Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Методическая разработка игры - дебаты
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Методическая разработка игры - дебаты

библиотека
материалов

Внеклассное мероприятие по физике в форме интеллектуальной игры.

Дебаты на тему «Природа света»,

посвященные 110 летней годовщине теории относительности.

Цели:

  • Углубление и получение новых знаний, обобщение теоретического материала по данному вопросу.

  • Развитие творческой активности, желания экспериментировать, умения работать в группе, отстаивать свою точку зрения, развитие аналитико – синтетических и коммуникативных умений, культуры ведения коллективного диалога, логического и критического мышления

  • Формирование опыта проведения дебатов.


Подготовка дебатов

  1. Знакомство участников с сущностью, особенностями, правилами организации и проведения дебатов.

Правила организации:

  • в дебатах принимают участие все (часть учащихся выступает в роли спикеров, председателя, секретаря и экспертов, остальные – в роли зрителей, которые подбирают аргументы «за» и «против», формулируют вопросы);

  • к концу игры каждый определяет свою позицию и аргументирует ее;

  • в процессе выступления все соблюдают регламент, в противном случае председатель имеет право прервать выступающего;

  • каждый участник команды имеет право выступить только один раз;

  • в случае затруднений при ответах на вопросы каждый спикер, кроме подводящего итоги, имеет право взять один - тайм аут длительностью до двух минут;

  • спикер имеет право не отвечать на вопрос без объяснения причин;

  • эксперты оценивают аргументы, а не участников.

  1. Определение исходного тезиса дебатов.

Тезис формулируют сами учащиеся во время подготовки к дебатам. Был выбран тезис «Свет – это поток частиц».

  1. Подбор, изучение и анализ основной литературы

Совместная деятельность педагога и учащихся.

  1. Результат. http://ifilip.narod.ru/web/web.html

Схемы, презентации.

  1. Распределение ролей.

Председатель, секретарь; команды, состоящие из 3-4 человек – спикеров; 3 эксперта, которые будут оценивать деятельность спикеров. Остальные участники играют роль зрителей.

Ход занятия

  1. Вступительное слово учителя в роли ведущего: формулировка плана занятия 2 минуты, мотивация.

Сегодня мы собрались на дебаты для того, чтобы попытаться дать ответ на вопрос о том, что такое свет, а также научиться отстаивать свою точку зрения, развить аналитико – синтетические и коммуникативные умения, культуру ведения коллективного диалога, логического и критического мышления.

Давайте представимся. ( Представление экспертов, спикеров)

Итак, мы начинаем игру. Тезис был выбран такой «Свет – это поток частиц». Давайте вспомним что мы знаем о свете.

Свет – самое темное пятно в физике. С древности свет очаровывает человека и в то же время представляется ему неразрешимой загадкой. Ничто в природе так неуловимо, ни один свой секрет природа не охраняла так тщательно, как секрет о том, что же представляет свет в действительности.

Самый факт существования света достаточен для того, чтобы вызвать ряд вопросов. Например: имеет ли свет вес? Занимает ли он пространство? Ударяет ли свет тело при падении на него? Горяч или холоден свет? С какой скоростью распространяется? Если свет не может пройти сквозь тонкий лист картона, то как он проходит через толстое стекло? Это только немногие из вопросов, на которые мы попытаемся ответить, изучая свет.[1]

Ученые выдвигали различные теории природы света.

Посмотрим что говорили различные ученые о природе света. Видео (см прил. Свет – волна – частица)

Одним из первых выдвинувших последовательную теорию света, основанную на наблюдении и эксперименте, был Исаак Ньютон. Приглашаю спикеров, поддерживающих его взгляды высказать свое предположение о природе света и доказать свою точку зрения.

2. Выступление спикеров

Спикер 1, утверждение тезиса:

« Ньютон рассматривал сначала 2 гипотезы: одну, согласно которой свет есть вещество, и другую, по которой свет – это волновая энергия. Основные оптические работы Ньютона докладывались в Лондонском Королевском обществе (1671-1675 гг.) и были напечатаны в трудах этого общества. Содержание этих сообщений, наряду с другими оптическими исследованиями Ньютона, было заимствовано из его "Лекций по оптике" (Исаак Ньютон «Лекции по оптике» перевод, комментарии и редакция академика С. И. Вавилова, издательство АН СССР, 1946.), которые он читал в Кембридже в 1669-1671гг. Спустя много лет, (в 1704 г.) вышла знаменитая книга Ньютона "Оптика" (И. Ньютон). Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. Перевод с примечаниями С. И. Вавилова. Гостехиздат, М., 1954. В оптике Ньютон сосредоточил основное внимание на экспериментальных исследованиях и стремился при изложении этого, как и других разделов физики, отделить достоверные факты от сомнительных гипотез.[2]

Все, что относится к физической природе света, он выделил в особый раздел, содержащий 31 "вопрос", которым заканчивается его "Оптика". Здесь после тщательного рассмотрения различных исключающих друг друга возможностей Ньютон пришел к заключению, что факты говорят больше в пользу корпускулярной теории, чем волновой. Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и вскоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах.

Аргумент

Звуковые и водяные волны обладают способностью огибать углы, которой свет не обладает, так как мы не можем видеть за углом. Ньютон решил вопрос в пользу вещественной теории. Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например Солнцем, горящей свечой или раскаленным докрасна углем. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник. Я считаю, что Ньютон прав.

Основные положения корпускулярной теории Ньютона:

1) Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник (рис. 1).

2) Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового.

3) Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Аргумент: Прямолинейное распространение света

Прямолинейность — это проявление первого закона динамики: световые корпускулы движутся равномерно и прямолинейно, если на них не подействуют какие-то силы. Отражение тоже объяснялось как упругое отскакивание корпускул от поверхностей тел. Несколько сложнее дело обстояло с преломлением, но и здесь Ньютон предложил объяснение. Он считал, что когда световая корпускула подлетает к границе тела, на нее начинает действовать сила притяжения со стороны вещества, сообщающая корпускуле ускорение. Это приводит к изменению направления скорости корпускулы (преломление) и ее величины; следовательно, по Ньютону, скорость света в стекле, к примеру, больше, чем в вакууме. Этот вывод важен хотя бы уже тем, что он допускает экспериментальную проверку». [1]

Спикер1 Опровержение:

Основные положения волновой теории света Гюйгенса:

  1. Свет – это распространение упругих периодичных импульсов в эфире. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе.

  2. Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью.

  3. Принцип распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая поверхность – фронт волны (принцип Гюйгенса).

  4. Чем дальше волновой фронт от источника, тем более плоским он становится.

То есть все пространство заполнено особой средой — эфиром, и свет — это волны в этом эфире. Пользуясь аналогией с волнами на поверхности воды, Гюйгенс пришел к такой картине: когда фронт (т. е. передний край) волны доходит до некоторой точки, т. е. колебания достигают этой точки, то эти колебания становятся центрами расходящихся во все стороны новых волн, и движение огибающей всех этих волн и дает картину распространения фронта волны, а перпендикулярное к этому фронту направление и есть направление распространения волны. Так, если фронт волны в пустоте в какой-то момент плоский, то он остается плоским всегда, что и соответствует прямолинейному распространению света. Если же фронт световой волны достигает границы среды, то каждая точка на этой границе становится центром новой сферической волны, и, построив огибающие этих волн в пространстве как над, так и под границей, нетрудно объяснить как закон отражения, так и закон преломления (но при этом приходится принять, что скорость света в среде в n раз меньше, чем в вакууме, где это n — тот самый показатель преломления среды, который входит в недавно открытый Декартом и Снеллиусом закон преломления.

Аргумент: Прямолинейное распространение света

Спикер1 Опровержение:

Обратимся теперь к объяснению прямолинейного распространения света, данному Гюйгенсом. Пусть точечный источник света 5 (рис. 12), расположенный перед непрозрачным экраном с отверстием АВ, излучает сферическую волну. Если в момент времени t волна дойдет до краев отверстия АВ, то оно вырежет из волнового фронта сферический участок АСВ.

Построим из каждой точки этого участка, как из центра, вторичные волны радиусом dt. Огибающая всех этих вторичных волн оборвется на краях сферического участка A1В1, за пределы которого проникнут только отдельные вторичные волны. Действие таких волн, согласно предположению Гюйгенса, пренебрежимо мало, а потому волновой фронт возмущения в момент t + dt ограничится только сферическим участком A1В1. Взяв этот фронт за исходный, можно таким же построением найти волновой фронт A2В2 в более поздний момент времени, и т. д. Построение показывает, что волновое возмущение будет резко обрываться на поверхности телесного угла с вершиной S, вырезаемого диафрагмой АВ. А это и означает прямолинейное распространение света. Из принципа Гюйгенса вытекает, что свет, как и любая волна, может и огибать препятствия. Это представляющее принципиальный интерес явление действительно существует, но Гюйгенс счел, что «боковые волночки» , возникающие при таком огибании, не заслуживают большого внимания. [3]

Возражение У1:

Рассуждение Гюйгенса лишено доказательной силы. В нем доказывается то, что по существу содержится в исходных предположениях. А само построение Гюйгенса есть только один из возможных рецептов построения волнового фронта, согласующийся с представлением о распространении света вдоль лучей. Непонятно, почему объяснение Гюйгенса применимо к световым, но не применимо к звуковым волнам, которые, как известно, огибают препятствия, стоящие на их пути.

Ответ О1: самостоятельно


hello_html_m34591ed6.png

У2: Аргумент: явления отражения света и преломления света.

Отражение и преломление света корпускулярная теория объясняла силами притяжения и отталкивания, действующими на световые корпускулы в очень тонком приграничном слое вблизи границы раздела сред, на которую падает свет. Внутри приграничного слоя путь световой корпускулы искривляется, по выходе из него корпускула движется снова прямолинейно и равномерно, но уже в другом направлении. Если корпускула отражается, то она возвращается в первую среду с прежним значением скорости. Если же корпускуле проходит во вторую среду, то величина ее скорости изменяется (рис. 9 и 10). Ввиду тонкости приграничного слоя явление воспринимается так, как если бы на границе сред происходил резкий излом траектории корпускулы (как показано на рис. 9 и 10 пунктирными линиями).

Для вывода количественных законов отражения и преломления света надо было ввести предположение, что силы, действующие на световую корпускулу в приграничном слое, нормальны к границе раздела сред. Такие силы меняют только нормальные скорости световой корпускулы, оставляя касательные без изменения. Рассмотрим, например, преломление света. Обозначим через v1 скорость световой корпускулы в первой среде, а через v2 - во второй.

В силу равенства касательных составляющих этих скоростей v1 sin φ = v2 sin ψ (рис. 11), или

hello_html_53aeccc2.png(3.1.)hello_html_m5e1e5640.png

Эта формула была получена Ньютоном. Из нее следует, что в сильнее преломляющих средах скорость света должна, быть больше, чем в менее преломляющих. Однако, чтобы из формулы (3.1) вывести закон преломления Снеллиуса, необходимо добавочное предположение, что отношение скоростей света v1 и v2 для световых корпускул одного и того же типа постоянно, т. е. определяется только свойствами сред 1 и 2, в которых корпускулы движутся, но не зависит от того, каким путем они туда попали.

При справедливости введенных предположений показатель преломления среды 2 относительно среды 1 определяется выражением

n21 = v2 / v1 (3.2.)

В частности, для абсолютного показателя преломления получаем

n = v / c (3.3.)

где с - скорость света в вакууме. Следовательно, n1 = v1 / c,

n2 = v2 /c, а потому n21 = n2 / n1 (3.4.)

что совпадает с формулой (2.2).

(Однако это обстоятельство нельзя рассматривать как аргумент в пользу корпускулярной теории, так как такое же соотношение следует и из волновой теории.)[3]

Возражение О2:

Опыт показывает, что световой пучок, падающий, на границу раздела сред, разделяется на два пучка: отраженный и преломленный (исключением является случай полного отражения). В волновой теории объяснение этого факта не встречает затруднений. Но как истолковать его с точки зрения корпускулярной? Корпускула всегда ведет себя как целое. Она не может разделиться на две части, из которых одна отражается, а другая проходит во вторую среду. В противном случае падающий, отраженный и прошедший свет был бы окрашен различно.

Ответ У2:

Для преодоления этой трудности Ньютон ввел идею о приступах легкого отражения и легкого прохождения, в которых периодически может находиться световая корпускула. Если корпускула подходит к границе сред в приступе легкого отражения, то она отталкивается и отражается. Если же это случится в приступе легкого прохождения, то произойдет притяжение и прохождение корпускулы во вторую среду.[1]

О2 Аргумент: явления отражения и преломления

Перейдем к вопросу об отражении и преломлении света в волновой теории Гюйгенса. Пусть плоская волна падает на плоскую границу раздела двух сред. В некоторый момент в точке А волновой фронт АВ достигнет границы раздела сред (рис. 13).

В этот момент из А начнут распространяться вторичные волны Гюйгенса: одна в первую, другая во вторую среду. В точках Е и D аналогичные волны возникнут несколько позднее. Согласно принципу Гюйгенса, от наложения таких вторичных волн в первой среде образуется отраженная, а во второй - преломленная волны. Огибающая вторичных волн во второй среде FGD есть плоскость, определяющая волновой фронт преломленной волны. Аналогично строится волновой фронт и отраженной волны (на рис. 13 он не указан). Таково объяснение отражения и преломления света в волновой теорий Гюйгенса. Оно не раскрывает детальный механизм возникновения отраженной и преломленной волн. Для этого надо было бы явно использовать физическую природу световых волн, о которой в эфирной теории Гюйгенса, в сущности, ничего не говорится.

Геометрические законы отражения и преломления, однако, совершенно не зависят от физической природы волн и от конкретного механизма отражения и преломления. Они одинаковы в любой волновой теории. Действительно, падающая волна возбуждает возмущение, бегущее вдоль границы раздела со скоростью АD = ВD/sin φ = V1/sin φ (если воспользоваться надлежащими единицами), где V1 - скорость света в первой среде. Но отраженная и преломленная волны порождаются падающей волной и поэтому бегут вместе с ней вдоль границы раздела с той же скоростью. Следовательно, можно написать также, что АD = V1/sin φ' = V2/sin ψ, где V2 - скорость света во второй среде, φ' - угол наклона фронта отраженной волны к границе раздела сред (не показанный на рис. 13). В результате получаетсяhello_html_m41ec9fdb.png

hello_html_32a8df5a.png(3.5.)

Этими соотношениями определяются направления фронтов отраженной и преломленной волн. А так как в плоской волне световые лучи перпендикулярны к волновым фронтам, то те же соотношения определяют также направления отраженных и преломленных лучей. Легко видеть, что φ есть угол падения, φ' - угол отражения, ψ - угол преломления. Из (3.5) следует, что φ = φ' (закон отражения) и (закон преломления)

hello_html_m398d02fb.png(3.6.)

В противоположность корпускулярной теории (см. (3.1)), волновая теория приводит к заключению, что скорость света в более преломляющей среде меньше, чем в менее преломляющей. И это заключение справедливо независимо от того, какова физическая природа световых волн.

Для относительного показателя преломления волновая теория дает

n21 = v1 / v2 (3.7.)

а для абсолютного

n = c / v (3.8.)

т. е. выражения, обратные соответствующим выражениям в корпускулярной теории (3.2) и (3.3). Из (3.7) и (3.8) снова получается формула (3.4), которая, следовательно, справедлива как в корпускулярной, так и в волновой теориях.[3]


У2 Аргумент: Дисперсия

Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму. С точки зрения механической теории, преломления обязано силам со стороны частиц стекла, действующим на световые корпускулы. Эти силы различны для разных корпускул. Они наибольшие для фиолетового и наименьшие для красного цвета. Путь корпускул в призме для каждого цвета будет преломляться по- своему, поэтому белый сложный луч расщепится на цветные составляющие лучи. Если использовать экспериментальный факт, что в вакууме скорость света одна и та же, то для выполнения этого условия необходимо потребовать, чтобы все силы, действующие на световые корпускулы в приграничных слоях, были потенциальны. (Заметим, что цвета света тогда можно объяснить, например, различными размерами корпускул.)

Возражение О2:

Однако то обстоятельство, что скорость световой корпускулы зависит только от среды, в которую она испускается, но не зависит от способа испускания, представляется малопонятным с точки зрения классической механики. В этом отношений корпускулярная теория уступает волновой теории, поскольку в пoследней скорость света, естественно, есть характеристика только самой среды, в которой он распространяется.

Ответ У2: самостоятельно.

О2: Аргумент: дисперсия

Юнг (1807) измерил на опыте длину световой волны. Оказалось, что волны красного света длиннее, чем синего и фиолетового. Тем самым в волновой теории было дано экспериментально обоснованное объяснение цветов света, которое связывало это явление с длиной световой волны. (Такое объяснение предлагалось еще Эйлером, но он не мог указать, длина каких волн больше - красных или синих.)

О3: Аргумент: поляризация, интерференция, дифракция.

Начиная с XIX века, положение стало складываться в пользу волновой теории благодаря работам Юнга (1773-1829) и в особенности Френеля (1788-1827), систематически исследовавших явления интерференции и дифракции света. На основе волновых представлении была создана стройная теория этих явлений, выводы и предсказания которой полностью согласовывались с экспериментом. Объяснение прямолинейного распространения света содержалось в этой теории как частный случай. Были открыты и исследованы новые оптические явления: поляризация света при отражении (Малюс, 1808) и преломлении (Малюс и Био, 1811), угол полной поляризации (Брюстер, 1815), интерференция поляризованных лучей (Френель и Араго, 1816), количественные законы и теория отражения и преломления света (Френель, 1821), двойное преломление сжатым стеклом (Брюстер, 1815), двуосные кристаллы (Брюстер, 1815), законы и теория распространения света в двуосных кристаллах (Френель, 1821), вращение плоскости поляризации в кварце (Араго, 1811) и жидкостях (Био, 1815; оба явления исследовались далее Био, Брюстером и др.).

Юнг (1817) высказал также мысль о поперечности световых волн. К такому же заключению независимо от него пришел Френель (1821) и обосновал это заключение путем исследования поляризации света и интерференции поляризованных лучей. Все эти факты и в особенности явления интерференции и дифракции света находили непринужденное объяснение в рамках волновой теории света. Корпускулярная теория не могла противопоставить ничего эквивалентного и к началу 30-х годов XIX века была оставлена.

Смертельный удар корпускулярной теории в ее ньютоновской форме был нанесен в 1850 г. К этому времени Физо (1819-1896) и Фуко (1819-1868) впервые измерили скорость света лабораторными методами. Как было сказано спикером У2, по корпускулярной теории скорость света в воде больше, а по волновой теории меньше, чем в вакууме. В 1850 г. Фуко и независимо от него Физо и Бреге сравнили обе скорости. Опыт оказался в согласии с волновой и противоречии с корпускулярной теориями света. Физики XIX века восприняли это как решающий опыт, окончательно доказавший неправильность корпускулярной теории света. [2] Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают "различными сторонами" – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.

У3: Объяснить интерференцию, дифракцию, поляризацию с точки зрения корпускулярной теории не можем, но и у волновой теории есть недостатки.

Аргумент: эфир не существует

О́пыт Ма́йкельсона — физический опыт, поставленный Майкельсоном в 1881 году, с целью измерения зависимости скорости света от движения Земли относительно эфира. Под эфиром тогда понималась среда, аналогичная объёмнораспределённой материи, в которой распространяется свет подобно звуковым колебаниям. Результат эксперимента был отрицательный — скорость света никак не зависела от скорости движения Земли и от направления измеряемой скорости. Позже, в 1887 году Майкельсон, совместно с Морли, провёл аналогичный, но более http://dic.academic.ru/pictures/wiki/files/51/320px-aetherwind-ru.svg.pngточный эксперимент, известный как эксперимент Майкельсона-Морли и показавший тот же результат.

Общий вид интерферометра в перспективе. Изображение из доклада А.Майкельсона по результатам его экспериментов, выполненных в 1881 г.[4]

Движение Земли вокруг Солнца и через эфир.







Подведение итогов. Рефлексия.

Предлагается всем желающим принять участие в обсуждении - 6 минут Ваше личное отношение к обсуждаемой теме?

Разделяете ли вы точку зрения своей команды по заявленной позиции?

Оцените ваше собственное участие и работу команды – активность, просчеты и т.д.

Удалось ли выполнить поставленные цели и ваше отношение к технологии дебаты

занятия учителем, награждение победителя -2 минуты.





































Литература для подготовки урока:


  1. А. Эйнштейна и Л. Инфельда «Эволюция физики»

  2. http://bono-esse.ru/blizzard/A/Fiz/evol_predstavl_o_prirode_sveta.html

  3. http://premgoods.ru/2teoria.html

  4. Albert A. Michelson, Edward W. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. The American Journal of Science. III series. Vol. XXII, No. 128, P.120 – 129 (имеется перевод данной статьи в книге "Эфирный ветер" под редакцией доктора технических наук В.А. Ацюковского. М. Энергоатомиздат, 1992)


























Автор
Дата добавления 24.03.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров173
Номер материала ДВ-550919
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх