Хід уроку. І.Актуалізація опорних знань: (5хв)

І.Актуалізація опорних знань: (5хв)

Вводний інструктаж з техніки безпеки та ознайомлення з вимогами цього курсу.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності: (5хв)

Перегляд підібраних слайдів з вищезазначеної тематики, на яких відображені ті явища, які будемо пояснювати при вивченні нового матеріалу.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу: (50хв)

1. Ідеї стародавніх філософів. Питання «Що таке світло?» цікавило ще стародавніх філософів. Більшість із них дотримувалися тієї точки зору, що світло створюється усередині самої людини й випромінюється з її ока. Деякі філософи розглядали світло як матеріальні промені, що сполучають тіло, яке світиться, та людське око. Вони вважали, що відкрите око випромінює «флюїди» та «обмацує» ними, ніби найтоншими щупальцями, предмети, які бачить. Інші вважали, що з кожного предмета зриваються оболонки, подібні до самих предметів. Ці «образи», потрапляючи до ока, викликають відчуття форми й кольору предметів.

2. Корпускулярна теорія світла Ньютона. Першою науковою теорією, яка намагалася пояснити фізичну природу світла, стала теорія світлових частинок, розроблена І. Ньютоном і викладена ним у книзі «Оптика». Відповідно до її положень, світло являє собою потік частинок, які випускаються світним тілом у всіх напрямах (перенесення речовини). Виходячи з корпускулярних уявлень Ньютон пояснив більшість відомих тоді оптичних явищ: прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі, відбивання та заломлення світла.

3. Хвильова теорія Гюйгенса. Відповідно до теорії X. Гюйгенса світло — це хвилі, що поширюються в особливому, гіпотетичному середовищі — ефірі, який заповнює весь, простір і проникає усередину всіх тіл. Гюйгенс не розглядав справжнього хвильового процесу, його міркування стосувалися лише поширення хвильового фронту. Він суто математично описав явище відбивання й заломлення хвиль і показав, що швидкість світла в більш густому середовищі має бути меншою, ніж у повітрі.

У 1801 році Т. Юнг на підставі хвильових уявлень дуже просто й наочно роз'яснив інтерференцію світла та розвинув, таким чином, хвильову теорію світла.

У 1818 році О. Френель незалежно від Юнга вивів докладну теорію дифракції й інтерференції світла, показавши, що інтерференція є прямим наслідком хвильової природи світла.

Остаточний удар по корпускулярній теорії був нанесений дослідами Ж. Фуко. Він виміряв швидкість світла у воді й показав, що її значення збігається з теоретично здобутим у хвильовій теорії.

Хвильова теорія з єдиної точки зору пояснила усі відомі тоді явища й передбачила низку нових.

Понад сто років корпускулярна й хвильова гіпотези про природу світла існували паралельно. Жодна з них не могла здобути вирішальної перемоги. Лише авторитет І. Ньютона змушував більшість учених віддати перевагу корпускулярній теорії.

4. Електромагнітна теорія світла. У другій половині XIX століття
Дж. Максвелл довів, що світло являє собою окремий вид електромагнітних хвиль. Його роботи заклали підґрунтя електромагнітної теорії світла. Після експериментального Виявлення електромагнітних хвиль Г. Герцем не залишилося ніяких сумнівів у тому, що під час поширення світло «поводиться» як хвиля.

У 1899 році П. М. Лебедев навів новий доказ тотожності світлових і електромагнітних хвиль. Він виявив дослідним шляхом, що світло тисне на тіла, на які падає, й виміряв цей тиск. За теорією Максвелла електромагнітні хвилі також чинять подібний тиск.

Таким чином, у другій половині XIX століття була заснована електромагнітна теорія світла.

5. Квантова теорія світла. На початку XX століття уявлення про природу світла почали докорінно змінюватися. Раптом з'ясувалося, що відкинута корпускулярна теорія все-таки має відношення до реальності. У 1900році німецький фізик М. Планк припустив, що атоми тіл поглинають і випромінюють енергію скінченними порціями — квантами. У 1905 році А. Ейнштейн припустив, що світло поширюється в просторі у вигляді дискретних об'єктів — квантів світла.

Таким чином, були виявлені властивості переривисті або, як кажуть, квантові властивості світла.

6. Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Виникла надзвичайна ситуація: явища інтерференції та дифракції, як і раніше, можна було пояснити, вважаючи світло хвилею, а явища випромінювання й поглинання — вважаючи світло потоком частинок.

У результаті численних обговорень, пошуків і досліджень виникла сучасна теорія світла, що є синтезом корпускулярної та хвильової теорій. В основі цієї теорії лежить думка, що світло одночасно має і хвильові, й корпускулярні властивості.

7. Швидкість світла у вакуумі. У фізиці швидкість світла є однією з фундаментальних констант. Жодна константа не набула такого важливого значення, як швидкість світла: як параметр вона входить у численні рівняння теоретичної фізики, її значення використовується в радіолокації, при вимірюванні відстаней від Землі до інших планет, під час керування космічними польотами. Виразити швидкість світла через інші сталі неможливо, її можна тільки виміряти дослідним шляхом. У фізиці такі величини називаються фундаментальними.

Швидкість світла є скінченною, граничною та інваріантною щодо різних інерціальних систем відліку.

У наш час за допомогою лазерної техніки швидкість світла визначається вимірюванням довжини хвилі й частоти радіовипромінювання незалежними один від одного способами й обчислюється за формулою c = λv. Вперше швидкість світла лабораторним методом удалося виміряти 1849 року французькому фізикові А. Фізо. У цьому методі використовується оптичний «затвор», у свій час запропонований Галілеєм. У досліді Фізо для швидкості світла було здобуто значення 313 000 км/с.

Було розроблено ще багато інших, більш точних лабораторних методів вимірювання швидкості світла. Зокрема, американський фізик А. Май-кельсон розробив досконалий метод її вимірювання із застосуванням обертових дзеркал. За результатами досліду Майкельсон дістав значення с=299796±4км/с.

Було обчислено швидкість світла й у різних прозорих речовинах. Так, у воді вона була виміряна 1856року й виявилася в 4/3 разу меншою, ніж у вакуумі. В усіх інших речовинах вона також менша, ніж у вакуумі.

За сучасними даними, швидкість світла у вакуумі дорівнює 299792458 м/с із точністю +1,2 м/с.

8. Геометричною оптикою називається розділ оптики, вякому вивчаються закони поширення світлової енергії в прозорих середовищах на основі уявлення про світловий промінь.

Геометрична оптика базується на трьох законах:

• закон прямолінійного поширення світла;

• закон відбивання світла;

• закон заломлення світла.

Основними поняттями геометричної оптики є пучок і промінь.

У першому наближенні пучок променів — це сукупність світлових променів.

9. Закон прямолінійного поширення світла. Деякі із законів оптики були відкриті задовго до того, як була встановлена природа світла. Одним із таких законів є закон прямолінійного поширення світла:

світло в оптично однорідному середовищі поширюється прямолінійно.

Оптично однорідним вважається таке середовище, в якому світло поширюється зі сталою швидкістю. Якщо є два середовища, в яких світло поширюється з різними швидкостями, то середовище, де світло поширюється з меншою швидкістю, називають оптично більш густим, а середовище, де світло поширюється з більшою швидкістю,— оптично менш густим.

Прямолінійність поширення світла підтверджується утворенням тіні. Якщо взяти невелике джерело світла, екран і між ними помістити непрозорий предмет, то на екрані з'явиться темне зображення його обрисів — тінь.

Тінь — область простору, до якої не потрапляє енергія від джерела світла (або інакше: область простору, з якої не можна побачити джерело світла).

Якщо джерело світла протяжне, то на екрані навколо тіні утвориться півтінь.

Півтінь — область простору, до якої енергія від джерела світла потрапляє частково (або інакше: область простору, з якої джерело світла можна побачити лише частково).

Утворенням тіні й півтіні пояснюються сонячні й місячні затемнення. Під час сонячного затемнення повна тінь від Місяця падає на Землю. З цього місця земної поверхні Сонця не видно. Коли Місяць, обертаючись навколо Землі, потрапляє в її тінь, то спостерігається місячне затемнення.

10. Закон відбивання світла. З відбиванням світла ми стикаємося щодня: день у день кожний із нас дивиться на себе в дзеркало; ми бачимо на спокійній поверхні води зображення Сонця й Місяця, дерев і хмар. Це приклади дзеркального відбиття світла.

Якщо напрямити вузький світловий пучок на поверхню води у великій посудині, то частина світла відіб'ється від поверхні води, інша частина пройде з повітря у воду. Під час поділу світлового пучка виконується закон збереження енергії.

Зобразимо розглянутий дослід графічно (рис. 78). Лінія MN — перпендикуляр до межі поділу двох середовищ. Промінь S — падаючий; промінь S₁ — відбитий; промінь S₂ — заломлений. Кутом падіння (α) називається кут між падаючим променем і перпендикуляром, опущеним у точку падіння. Кутом відбивання (β) називається кут між відбитим променем і тим самим перпендикуляром. Кутом заломлення (γ) називається кут між заломленим променем і перпендикуляром MN.

Закон відбивання світла, як і закон прямолінійного поширення світла, був відкритий давньогрецьким ученим Евклідом.

На основі експерименту (використовуючи рис. 78) сформулюємо закони відбивання світла:

• промінь падаючий і промінь відбитий лежать в одній площині з перпендикуляром, опущеним до відбиваючої поверхні у точці падіння;

• кут падіння дорівнює кутові відбивання.

Рис. 78

11. Закон заломлення світла. Вивчення заломлення світла почнемо з повторення дослідів з одночасного відбивання та заломлення світла на межі розділу двох прозорих середовищ. При зміні кута падіння пучка спостерігається зміна яскравості відбитого та заломленого пучків — яскравість одного збільшується, а іншого зменшується. Якщо кут падіння пучка світла на плоску межу дорівнїоє нулю, то заломлення немає. Зі збільшенням кута падіння зростає й кут заломлення.

Заломлення світла пояснюється зміною швидкості поширення світла під час його переходу з одного середовища в інше.

Історики науки приписують експериментальне відкриття закону заломлення світла в його сучасному вигляді голландському вченому В. Снелліу-су (1621 p.), однак теоретичне обґрунтування цього закону було здійснене французьким фізиком і математиком Р. Декартом (1630 p.).

Використовуючи демонстраційний експеримент і креслення, формулюємо закони заломлення світла:

• промінь падаючий і промінь заломлений лежать в одній площині з перпендикуляром, опущеним до межі розділу двох середовищ у точці падіння;

• відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для даних двох середовищ є величина стала, залежна тільки від оптичних властивостей цих середовищ: , де n_2,1 — відносний показник заломлення другого середовища відносно першого.

12.Досліди Ньютона з дисперсії світла. У 1666 році І. Ньютон спрямував тонкий пучок сонячного світла на скляну призму. За призмою спостерігалося розкладання білого світла в кольоровий спектр: 7 основних кольорів — червоний, жовтогарячий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий плавно переходили один в одного. Найменше відхилення від початкового напряму падіння мають червоні промені, а найбільше — фіолетові.

Ньютон дійшов висновку, що біле світло має складну структуру, тобто біле світло містить електромагнітні хвилі різних частот.

Другий висновок Ньютона полягає в тому, що світло різного кольору характеризується різними показниками заломлення в даному середовищі. Це означає, що абсолютний показник заломлення п_ф для фіолетового кольору більший, ніж для червоного п_ч. Залежністьиоказника заломлення світла від його кольору Ньютон назвав дисперсією (від лат. dispersio — розсіювання).

Дисперсія світла — це залежність швидкості світла в речовині від частоти прохідного світла.

Різним швидкостям поширення хвиль відповідають різні абсолютні показники заломлення середовища (n = c/u). Тому можна стверджувати, що дисперсія світла — залежність абсолютного показника заломлення від частоти світлової хвилі.

З дослідів Ньютона випливає, що абсолютний показник заломлення зростає зі збільшенням частоти світла. З огляду на те, що довжина хвилі обернено пропорційна частоті (λ = c/ u), можна стверджувати, що абсолютний показник заломлення зменшується зі збільшенням довжини світлової хвилі.

13. Забарвлення предметів. Оскільки біле світло є складним, тобто являє собою сукупність різних кольорів, забарвлення предмети дістають з двох причин:

1) вилучення якого-небудь кольору (або кольорів) зі складу білого світла під час поглинання речовиною світлових хвиль із певною довжиною хвилі. У результаті відбите від речовини або заломлене нею світло дістає забарвлення. Наприклад, зелений колір листків рослин зумовлений тим, що хлорофіл, який входить до їхнього складу, поглинає в основному червоні промені. Усі інші кольори спектра листок відбиває, але біле світло після вилучення з його складу червоного кольору сприймається оком як зелене;

2) розділення кольорів у пучку білого світла через те, що хвилі з різною довжиною хвилі заломлюються або розсіюються речовиною по-різному, а також у результаті інтерференції або дифракції. Наприклад, унаслідок того, що хвилі з різною довжиною хвилі заломлюються по-різному, пучок білого світла після заломлення в призмі розкладається у кольоровий спектр; під час інтерференції променів, відбитих двома поверхнями тонкої плівки, виникає райдужне забарвлення (мильні бульбашки, крила комах); через те, що хвилі з різною довжиною хвилі по-різному розсіюються скупченнями молекул у повітрі, виникає блакитний колір неба. Райдуга також зумовлюється розділенням кольорів під час заломлення світла крапельками води.

14.Застосування явища дисперсії. Відкриття явища розкладання білого світла на кольори під час заломлення дозволило пояснити появу райдуги й інших подібних метеорологічних явищ. Заломлення світла у водяних крапельках або крижаних кристаликах, які плавають в атмосфері, супроводжується завдяки дисперсії у воді або кризі розкладанням сонячного світла. Розраховуючи напрям заломлення променів у випадку сферичних водяних крапель, ми дістаємо картину розподілу кольорових дуг, точно відповідну тим, які спостерігаються в райдузі. Аналогічний розгляд заломлення світла в кристаликах криги дозволяє пояснити явища кіл навколо Сонця та Місяця в морозну пору року — утворення так званих несправжніх сонць тощо.

Знаючи, що біле світло має складну структуру, можна пояснити дивовижне різноманіття барв у природі. Вкриваючи папір шаром, наприклад червоної фарби, ми не створюємо при цьому світла нового кольору, але затримуємо на аркуші деяку частину наявного. Відбиватися тепер будуть тільки червоні промені, інші ж поглинатимуться шаром фарби. Трава й листки дерев здаються нам зеленими тому, що з усіх сонячних променів, які падають на них, вони відбивають лише зелені, поглинаючи інші. Якщо подивитися на траву крізь червоне скло, що пропускає лише червоні промені, то вона здаватиметься майже чорною.

ІV. Закріплення нового матеріалу: (10хв)

Дата добавления: 2014-01-04