«Волновые свойства света» 11 класс

Игра

«Счастливый случай»

Тема

 «Волновые свойства света»

11 класс

Филиппова ТА МБОУ «Гимназия №8» г.Шумерля Чувашия

     В игре принимают участие два 11 класса. Из их составов формируются две команды по 8 человек. Остальные учащиеся представляют собой группы поддержки и тоже участвуют в игре.

За каждый правильный ответ группы поддержки начисляется балл команде.

    Игра состоит из четырех геймов с различной формой постановки вопросов.

В первом гейме команды отвечают на качественные вопросы, во втором – номера вопросов из числа объявленных заранее выбираются командами по жребию, в третьем гейме команды дают краткие ответы на одинаковые вопросы, и в четвертом гейме каждый член команды выполняет самостоятельную работу по карточке.

      Игра занимает 90 минут (2 урока)

Вступительное слово учителя  10 минут.

Первый гейм  7 -10 минут для каждой команды,

На второй гейм – 15 -20 минут.

На третий гейм – 15 минут.

На четвертый гейм – 20 минут.

Подведение итогов – 15 минут.

                              Эпиграф к уроку

                              «Да из чего это вышло все? Что солнышко проглянуло, да небо полазоревело!

                                От этого что ли?»

Цель мероприятия:

Обобщение и закрепление знаний по теме; развитие практических умений и навыков использования теоретических знаний при решении количественных и качественных задач; развитие кругозора учащихся; экологическое воспитание средствами физики; воспитание чувства прекрасного путем использования межпредметных связей: физика + литература + музыка.

Оборудование.

Прибор для поляризации света, дифракционная решетка, призма, проигрыватель, Пластинка с музыкой К.Дебюсси «Лунный свет»

НАЧАЛО ИГРЫ.

Слово учителя.

Свет…такое короткое и в то же время емкое слово. Об этом говорил известный русский физике С.И.Вавилов: «В слове  «свет» заключена физика…» задолго до выявления истинной природы света выдающиеся мыслители и ученые осознавали его фундаментальную роль в природе. Достаточно назвать некоторых из них: Декарт, Ньютон, Евклид, Птолемей, Гюйгенс, Юнг, Френель, Вавилов. Они все придерживались разных точек зрения, но вместе с тем понимали, что свет…

Чудный дар природы вечной

Дар бесценный и святой.

В нем источник бесконечный

Наслажденья красотой.

Солнце, небо, звезд сиянье,

Море в блеске голубом,

Всю природу и созданья

Мы лишь в свете познаем.

Кстати, кто из оперных героинь пропел этот вдохновенный гимн свету?

(Иоланта в одноименной опере П.И.Чайковского)

Первый гейм  «ДАЛЬШЕ, ДАЛЬШЕ…»

Вопросы первой команде

1. В чем заключается явление отражения света?
2. Сформулируйте закон преломления света. Участник группы поддержки выполняет чертеж и делает математическую  запись закона.
3. З.Кульковский (прозвище шута Анны Иоанновны) ухаживал за пригожей и миловидной девицею. Однажды в разговоре сказала она ему, что хочет знать ту особу, которую он более всего любит. Кульковский долго отговаривался и наконец, в удовлетворение ее любопытства, обещал прислать ей портрет той особы. Утром получила она сверток с небольшим зеркалом и, поглядевшись, узнала о его любви к ней. Какое физическое явление использовал Кульковский для объяснения в любви? (отражение света от зеркала)
4. Сформулируйте закон, которому подчиняется свет при распространении в однородной среде. (Закон прямолинейного распространения света)
5. Кем был проделан базовый опыт, подтверждающий наличие дифракции света? (Юнгом.)
6. В зеркальных изображениях правая и левая стороны предмета меняются сторонами. Как в этом убедиться? (Если двигать перед зеркалом левой рукой, то изображение будет «двигать» рукой, которая была бы правой у реального человека, стоящего напротив.)
7. «Мыльный пузырь, витая в воздухе, зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы», - писал Марк Твен. Какое явление делает мыльный пузырь достойным восхищения? (Явление интерференции)
8. Почему на закате Солнце окрашивается в багрово-красный цвет? (находящиеся в воздухе пары воды и пыль сильнее всего поглощают и рассеивают в синей части спектра и, следовательно, красные лучи доходят до глаз с меньшими потерями.)
9. Почему звезды «мерцают»? (мерцание – преломление света звезды в беспорядочно движущихся слоях воздуха.)
10. Чему равна скорость света в вакууме? (300000км/с)
11. Можно ли разжечь костер при помощи льда? И как?  ( Можно, используя кусок льда как собирающую линзу)
12. Кто автор электромагнитной теории света? (Максвелл)

Вопросы второй команде.

1. В чем заключается явление преломление света?
2. Сформулируйте закон отражения света. Участник группы поддержки выполняет рисунок и делает математическую запись закона.
3. – Что это ты делаешь, Коля?

- Смотрю на комету, дядя.

- Для чего же ты приставил к глазу пистолет?

- На комету нужно смотреть «вооруженным» глазом!

Чего не понимал Коля? Какие оптические приборы используют для наблюдения небесных тел? (Бинокли, телескопы, подзорные трубы)

4. Какие явления природы подтверждают закон прямолинейного распространения света? (образование тени, затмения)
5. Сформулируйте принцип Гюйгенса.
6. Перечислите явления, которые подтверждают волновые свойства света. (интерференция, дисперсия, поляризация(
7. Может ли стать темно там, где встречаются две световые волны? (Да. При интерференции)
8. Почему радуга появляется после дождя? (Радуга – результат разложения солнечного света на составляющие его цветовые лучи. После дождя в воздухе много мельчайших водяных капелек, в которых и разлагаются солнечные лучи, как в призмах.)
9. У берегов какого государства раньше всего сегодня взошло Солнце? (У берегов России на мысе Дежнева.  Там проходит линия перемены дат и раньше, чем во всех других местах, начинаются новые сутки.
10. Во сколько раз скорость света в стекле меньше, чем в  вакууме? (в 1,5 раза)
11. Почему мы видим одни предметы белыми, другие – черными?  (Различные вещества по – разному поглощают свет)
12. Почему растения не поливают в жаркий солнечный день на открытом Солнце? ( капельки воды играют роль собирающих линз и растение может получить ожег).

Второй гейм «ЗАМОРОЧКИ ИЗ БОЧКИ»

Члены команд вытаскивают по очереди бочонки от лото с номерами вопросов по теории, которые были сообщены учащимся заранее.

1. Интерференция света (определение). Объяснение интерференции в тонких пленках.
2. Кольца Ньютона. (чертеж и объяснение)
3. Условие максимумов и минимумов при интерференции.
4. Дифракция света. Опыт Юнга.
5. Дифракционная решетка.
6. Условие отчетливого наблюдения дифракции.
7. Как с помощью дифракционной решетки определить длину световой волны?
8. Что называется дисперсией? Каков интервал длин волн видимого света?
9. Длина волны красного света в вакууме 7*10^-7м. определите длину этой волны в воде. (5,3*10^-7м)
10. Дифракционная решетка освещена светом длиной волны 0,4 мкм. Определите период решетки, если первый максимум отстоит от центрального на расстоянии 3,6 мм. Расстояние от решетки до дифракционной картины 1,8 м. ( Ослабление)

  Бочонки с № 90 и № 80 – «счастливый случай.

№ 90 – уступить свое место в команде учащемуся из группы поддержки.

№ 80 – объявить музыкальную паузу (Проигрывается песня в исполнении Т.Булановой «Ясный мой свет»)

Шуточный вопрос : Почему звучит именно эта песня?

Третий гейм  «ТЕМНАЯ ЛОШАДКА».

Учитель.

Этот гейм я проведу от имени известного ученого, слова которого пережили века. Надпись на его могиле гласит: «Здесь лежит «……….». Разумом он превосходил род человеческий». Человек, который в 1665 году, выполнив свои знаменитые опыты, написал секретарю Королевского научного общества, что « цвета не являются, как думают обыкновенно, видоизменениями света, претерпеваемыми  им при преломлении и отражении от естественных тел, но суть первоначальные природные свойства света. Мы видели, что причина цветов находится не в телах, а в свете.  Поэтому у нас имеется прочное основание считать свет «субстанцией».  Слово «субстанция» - от латинского, что означает сущность, то, что лежит в основе, существует само по себе и не зависит ни от чего другого. Итак, этот человек….(Ньютон)

  Мы уже говорили, что представления о природе света в древности были примитивными. Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривали свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз. При этом одни из них полагали, что лучи исходят из глаз человека и как бы ощупывают рассматриваемый предмет. Другие, наоборот, считали, что лучи  испускаются светящимся телом и, достигая человеческого глаза, несут на себе отпечаток светящегося предмета.  Эта точка зрения позже, в 17 веке. Оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток неких частиц, испускаемых светящимся телом. Третья точка зрения на природу света была высказана Аристотелем. Он рассматривал свет не как испускание чего-то светящимся предметом в направлении глаза и тем более не как некие лучи, исходящие из глаза и ощупывающие предмет, а как распространяющиеся в пространстве (в среде) действие и движение. Позднее идеи Аристотеля развил Рене Декарт, Франческо Гримальди, Роберт Гук, и,, наконец, в 70-х годах 17 века Христиан Гюйгенс в своей работе «Трактат о свете». В своей работе ученый изложил основы волновой теории света.

   Ньютон был сторонником корпускулярной теории света. И от его имени я и задаю вопросы.

1. На экране демонстрируются два спектра: один получен с помощью призмы, другой -  с помощью дифракционной решетки. Определите, где какой спектр, в чем их различие? (ответ в учебнике)
2. В период полного солнечного затмения поверхность Земли покрывают широкие интерференционные полосы (скользящие тени). Какое явление приводит к этому? (Дифракция света на краю диска Луны).
3. Почему в центральной части спектра, полученного на экране при освещении дифракционной решетки белым светом, всегда наблюдается белая полоса? (Для всех волн выполняется условие максимума освещенности).
4. Однажды сосед увидел, что Мола положил перед своим ослом вместо травы щепки. И спросил:

- Ай, Мола, разве животное может  есть щепки?

-Я знаю, но что мне делать? Травы нет, а бедный осел голоден.

-Ты что же, хочешь обмануть его?- спросил сосед.- Он не такой дурак, чтобы вместо травы есть щепки.

-Я не позволю ему поступать так, как он хочет,- возразил Мола,- сейчас он будет есть.

И Мола надел ослу очки с зелеными стеклами. Какого цвета покажутся предмета белого, синего, красного цветов через зеленые очки? (Зеленого, остальные почти черного)

    5.   Объясните явление (демонстрируется опыт по поляризации света – свечение   

            деформированного образца). Какое свойство света доказывает это явление?

            (Поперечность световых волн)

Итак, я доволен вашими ответами. Конечно, мне было обидно, что неизвестный господин Гюйгенс потеснил меня, но еще настанет мое время, и вы поймете, что я был прав, утверждая, что свет – это поток частиц.

   И Ньютон действительно оказался прав. Его теория, хотя и обновленная,  в начале 20 века вновь заняла достойное место в физике. Но об этом на ближайших уроках.

Четвертый гейм  «ПРОВЕРЬ СЕБЯ»

Учащиеся выполняют самостоятельную работу, включающую две задачи на явление дисперсии и интерференции и качественный вопрос.

Вариант 1

1. Длина волны красного света в воздухе равна 700нм. Какова длина волны данного света в воде?
2. Найдите наибольший порядок дифракционного спектра для желтой линии натрия длиной волны 589нм, если период дифракционной решетки равен 2мкм.
3. Могут ли интерферировать световые волны, идущие от двух электрических ламп?

Вариант2.

1. Какова длина волны желтого света паров натрия в стекле с показателем преломления 1,56? Длина волны этого света в воздухе равна 589нм.
2. При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02мм первый дифракционный максимум получен на расстоянии 3,6 см от центрального и на расстоянии 1,8 м до решетки. Найдите длину световой волны.
3. Почему возникают радужные полосы в тонком слое керосина на поверхности воды?

Вариант 3.

1. длина волны паров желтого света натрия в вакууме 590 нм, а в воде 442 нм. Каков показатель преломления воды для этого света?
2. Длина желтого света паров натрия равна 589 нм. Третий дифракционный максимум при освещении решетки этим светом оказался на расстоянии 16,5 см от центрального, а от решетки на расстоянии1,5 м. каков период решетки?
3. Почему крылья стрекоз имеют радужную окраску?

Вариант 4.

1. Длина волны, соответствующая красной линии спектра водорода, в вакууме равна 656,3 нм. Найдите длину волны этого же света в стекле, если коэффициент преломления стекла для данного света 1,6.
2. Найдите наибольший порядок спектра красной линии спектра лития длиной волны 671 нм, если период дифракционной решетки  0,01 мм.
3. При помощи зеркала Френеля получили интерференционные полосы, взяв красный свет. Как изменится картина интерференционных полос, если взять фиолетовый цвет?

Ответы  к задачам

задача	вариант
	1	2	3	4
1	525 нм	378 нм	1,335	410 нм
2	3	400 нм	16 мкм	14
3	Нет. Источники не когерентные.	Вследствие интерференции при отражении белого света от двух поверхностей раздела тонкой пленки		Светлые и темные полосы меняются метами, полосы и промежутки между ними сузятся.

Итог урока.

Учитель.

  Подводя итог, хотелось бы обратиться к поэтическим строкам, которые прозвучали в начале урока. А все ли мы делаем, чтобы сохранить этот «чудный дар природы вечной»? На сегодня существуют по крайне мере две экологических угрозы. Известно, что на Земле накоплены огромные запасы ядерного оружия, способные в случае их использования несколько раз уничтожить все живое. Но применение атомного оружия даже в ограниченном масштабе обначало бы планетную катастрофу. В результате неизбежных многочисленных пожаров нашу планету окутают плотные сажевые облака, которые будут пропускать всего лишь тысячную часть обычного для нас солнечного потока. Это вызовет снижение температуры на 15 – 20 градусов. На всей суше установится отрицательная температура, большинство высших растений и животных погибнут. Если угрозу ядерной зимы можно свести на нет усилиями человечества, то масштабы другой экологической угрозы все нарастает. В результате деятельности человека в атмосферу выбрасывается все больше и больше углекислого газа. Уже сейчас его на 17 % больше, чем в начале прошлого века, а через 50 лет его содержание удвоится. Молекулы этого газа поглощают идущее от Земли тепловое излучение, и температура атмосфера постепенно растет (парниковый эффект). Глобальное потепление климата приведет к уменьшению площади пригодных к сельскохозяйственной деятельности территорий, а таяние льдов северных морей и Антарктики стало бы трагедией для Земли.

  Однако, не хотелось бы заканчивать урок о свете так мрачно.  Свет ежедневно, ежечасно дарит нам волшебные мгновения «наслажденья красотой».  В заключении приведу стихотворение И.Бунина. оно все из света. Я ставлю пластинку с записью «Лунного света» К.Дебюсси, этой сказочной музыки, уносящей нас далеко-далеко. Пусть вдохновенное единство Слова и Музыки озарит ваши души.

Набегает впотьмах,

И узорною пеною светится,

И лазурным сиянием рдеет у скал на песке…

О божественный отблеск незримого, жизни, мерцающей

В мириадах незримых существ.

Ночь была бы темна,

Но все море насыщенно тонкою

Пылью света… и звезды над морем горят.

В полусвете все видно: и рифы, и взморье зеркальное,

И обрывы прибрежных холмов.

В полусвете ночном

Под обрывами волны качаются –

Переполнено зыбкое, звездное зеркало волн!

Но, колеблясь упруго, лишь изредка складки тяжелые

Набегают на влажный песок.

И тогда, фосфорясь,

Загораясь мистическим пламенем,

Рассыпаясь по гравию кипенью бледных огней,

Море светит сквозь сумрак таинственно, тонко и трепетно,

Озаряя песчаное дно.

И тогда вся душа

У меня загорается радостью:

Я в пригоршни ловлю закипевшую пену волны –

И сквозь пальцы течет не вода, а сапфиры, несметные

Искры синего пламени Жизнь!

Наш урок начался словами Ф.М.Достоевского, и закончим словами этого же писателя: «Красота спасет мир!»