Методическая разработка по предмету Физика
Открытый урок на тему: «Дисперсия света»
Разработала: В.С. Овсянникова
Преподаватель физики
Аннотация
Явление дисперсии света было открыто И.Ньютоном и считается одной из важнейших его научных заслуг. Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году и украшенном фигурами юношей, которые держат в руках эмблемы его главнейших открытий, одна фигура держит призму, а в надписи на памятнике есть слова: «Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал». Последнее утверждение не совсем точно. Дисперсия была известна и ранее, но обстоятельно она не изучалась.
Урок изучения нового материала «Дисперсия света» проводится в виде лекции. Объяснение данного явления с точки зрения электромагнитной теории с использованием проблемных ситуаций и современной технологии с презентацией.
Тема: «Дисперсия света»
Тип урока: «Изучение нового материала».
Цель урока:
Образовательная: Дать понятие о дисперсии света, о сложном составе белого света, подтвердить опытами, что цвет тела зависит от состава падающего света и окружающих свойств тела;
Развивающая: развивать наблюдательность учащихся и умение самостоятельно применять полученные знания в познании окружающего мира.
Воспитывающая: Воспитывать эстетическое восприятие цветного мира, содержательность цветных картин и т.п.
Средства обучения:
Оборудование: на каждом столе учащихся лабораторное оборудование для разложения в спектр белого света,
Проведение демонстрационных экспериментов и практических наблюдений: опыт по дисперсии света с призмами. (Флинт, Крон), практическая работа «Наблюдение дисперсии света», неразложимость в спектр монохроматического света, сложение спектральных цветов.
Технические: мультимедийная система
Межпредметные связи: Биология «Мироощущение цвета», безопасность дорожного движения «Вертикальная разметка», «Проезд перекрёстков и ж/д переездов».
Практическое назначение урока: способствует развитию навыков работы с оборудованием – получать и изучать дисперсионный спектр, способствует формированию целостной картины мира, совершенствовать навыки высказывать собственное мнение, публичного выступления, работать с аудиторией, применять полученные теоретические знания при объяснении природных явлений.
Урок дает возможность применять исторические сведения, литературные образы, максимально использовать ресурсы кабинета физики, дополнительных источников, делая их субъектами образования. Урок является составной частью работы по самосовершенствованию компетентностей ученика, т.к. учащиеся в своем предметном «Портфолио» отметят свои успехи и достижения, смогут проанализировать свою деятельность на уроке.
Ход урока
Новый материал. (Слайд №1)
Но что мной зримая вселена?
И что перед тобою я?
Ничто! Но ты во мне сияешь
Величеством твоих доброт,
Во мне себя преображаешь,
Как Солнце в малой капле вод.
Г.Р. Державин
Сегодня на уроке мы рассмотрим очень интересное и необычное явление, благодаря которому можно видеть наш окружающий мир цветным. Начнем с изучения такого неповторимого и прекрасного явления как радуга.
А кто может ответить на вопрос, как образуется радуга?
(выслушать все ответы, без вывода).
Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 году. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях падающего дождя.
В.: Может ли радуга появляться не только на небе, но и в воздухе? Когда? При каких условиях?
О.: В воздухе радуга появляется в том случае, когда в нем находятся капельки воды, освещенные солнцем. Например, в фонтанах, в разбрызгивалках.
портрет И. Ньютона. (Слайд №2)
Спустя 30 лет Исаак Ньютон дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в капле дождя.
В 1666г. И. Ньютон провел ряд опытов и сделал гениальные предположения. В своем труде «Оптика» он описывал свои исследования так: (Слайд №3)
Интерактивная доска: «Я поместил в очень темной комнате у круглого отверстия около трети дюйма шириной в ставне окна стеклянную призму, благодаря чему пучок солнечного света, входившего в это отверстие, мог преломляться вверх к противоположной стене комнаты и образовывал там цветное изображение солнца….».
Итак, И.Ньютон получил радужную полоску, которую назвал спектром.
Спектральное разложение цветового луча.
На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов. (Слайд №4-5)
В конспектах: Вычертим схему опыта (Слайд № 6-7)
На столах цветные вклейки с изображением спектра.
Обратите внимание на чередование цветных пучков.
Сколько основных цветов можно выделить в спектре?
О: (Слайд №8) Будем выделять семь: К, О, Ж, З, Г, С, Ф. Они находятся в определенной последовательности, чтобы запомнить чередование цветов, надо знать присказку из начальных классов «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан», первая буква слов дает последовательность цветов.
Далее Ньютон делал так: закрывая отверстие в ставне красным стеклом, на стене наблюдал красное пятно, синим – синее и т.д.
Вывод I (запись в конспект): призма не окрашивает свет, а лишь разлагает его на составные части.
Белый свет имеет сложную структуру. Из него можно выделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета.
Если разложить свет, а с помощью второй призмы, повернутой на 1800 относительно первой, собрать все пучки спектра. то опять получится белый свет.
Если выделить какую-либо часть спектра, например, зеленую и заставить свет пройти еще через одну призму, то дальнейшего изменения окраски не получим.
Посмотрите на рисунок и скажите, какие лучи преломляются больше, а какие меньше
О: Красный преломляется слабо, а фиолетовый сильнее, чем остальные.
Обратите внимание, что каждому цвету соответствует определенная длина волны.
Резкой границы между цветами нет.
Различным цветам соответствуют волны различной длины. Никакой определенной длины волны белому свету не соответствует. Тем не менее, границы диапазонов белого света и составляющих его цветов принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Таким образом, белый свет – это сложный свет, совокупность волн длинами от 380 до 760 нм. (Слайд №10)
(на рисунке прочитать: красный цвет – 657 Нмжелтый цвет – 590 Нм
зеленый цвет – 546 Нм
синий цвет – 480 Нм
фиолетовый цвет – 400 Нм)
Вывод II: Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются и по степени преломляемости.
Зависимость показателя преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией (лат. слово dispersion – рассеяние).
Вернемся к опытам Исаака Ньютона. Почему в призме волны делятся? Какое явление наблюдается при прохождении света через призму? (О: преломление света) (Слайд №13)
Какой цвет в проводимых опытах испытывал наибольшее преломление? (О: фиолетовый) Наименьшее преломление? (О: красный). (Слайд №14)
Показатель преломления зависит от скорости света υ в веществе. Луч красного цвета преломляется меньше всего (n = c/ υ), так как υ кр. > υфиол., именно поэтому призма разлагает свет. В пустоте скорости разного цвета одинаковы.
Впоследствии была выяснена зависимость цвета от физических характеристик световой волны: λ и ν.
Поскольку длина волны и частота связаны формулой ν *λ= с, то можно сказать, что показатель преломления зависит от частоты (или длины) волны.
В конспект: n зависит от ν (λ).
Учебник стр 197
Значит, в одном и том же веществе скорости света для разных частот (или длин волн) различны. Различны будут и показатели преломления. Следовательно, показатель преломления света в среде зависит от его частоты.
При переходе из одной среды в другую изменяются скорость света и длина волны, частота же, определяющая цвет, остается постоянной. Границы диапазонов белого света и составляющих его цветов принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Т. о., белый свет – это совокупность волн длинами от 380 до 760 нм. (Слайды 15,16)
(Слайд №17) закончите утверждение
4. Выводы из опытов:
Скорость света зависит от среды.
Призма разлагает свет.
Белый свет – сложный свет, состоящий из световых волн различных цветов.
Вывод: при прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол, происходит разложение света на цвета.
Совместно с учащимися решаем вопрос о неразложимости в спектр монохроматического света.
Проверим, будет ли разлагаться на цвета свет, имеющий определенную окраску. Используем ту же установку по изучению дисперсии света, закроем щелевую диафрагму красным светофильтром. Призма не добавляет никаких новых оттенков в свет, в котором с самого начала присутствовала только цветовая составляющая. Объясняя наблюдаемый эффект, необходимо подчеркнуть, что светофильтр пропускает свет в некотором определенном интервале длин волн. При этом световые волны с другими длинами поглощаются в материале светофильтра. (Слайд 19)
Точно такой же вывод можно сделать, рассмотрев прохождение через призму излучения полупроводникового лазера. Излучаемый лазером свет является существенно более монохроматическим, чем свет графического проектора после светофильтра. Рассматривая результаты проведенных экспериментов, учащиеся делают вывод о том, что монохроматическое излучение в спектр разложить нельзя. Опыт с исчезновением предметов (направить свет с фильтром на рисунок).
II. Практическая часть: (Слайд №22)
На столе у меня предметы для практической части: полоски цветной бумаги, ткани, различные предметы: зеленое яблоко, роза, оранжевый апельсин, уголь, мел.
Зная, что белый свет имеет сложную структуру можно объяснить многообразие красок в природе.
Например: зеленое яблоко отражает только зеленый цвет и поглощает все другие. Оранжевый апельсин отражает оранжевый цвет и поглощает все другие. Красная роза отражает красный цвет, остальные поглощает. А как вы думаете, какие цвета будут отражать белый и черный предметы? (Слайд №23)
О: Белый мел отражает одновременно все цвета, а черный уголь все цвета поглощает, поэтому через все светофильтры он кажется черным.
С точки зрения физики, следует, что никаких цветов в природе нет, а есть лишь разные длины волн.
Законы физики способны не только обнаружить цвета, но и изменить их. Цвета могут накладываться друг на друга.
Опыт 1: (Слайд №24) С помощью синего светофильтра осветим красную ткань, она будет казаться черной.
Опыт 2: Можно сделать невидимыми белые буквы на синем фоне.
Опыт 3: Имеем отрезок разноцветной материи фитиль спиртовки «посыплем поваренной солью и зажжем (электрический свет выключим). Пламя – желтого цвета, отрезок материи кажется серым.
Объяснение: (Слайд №25)Это происходит из-за слабой освещенности.
При освещении электрическим светом, содержащим в своем излучении все цветные лучи, мы наблюдаем различную окраску материи. Спектр отражает огромную гамму чувств человека.
«Цвет способен на все: он способен успокоить и возбудить, он может создать гармонию или вызвать потрясение: от него можно ждать «чудес», но он может вызвать и «катастрофу» - так говорил французский ученый Жак Вьено.
Цвета делятся по температурным впечатлениям: теплые - красный, оранжевый, желтый; холодные - голубой, синий. Делятся цвета и по тяжести: легкие – светлые, тяжелые – темные.
Законы преломления и отражения света всегда учитываются художниками, модельерами, работниками типографий, малярами.
В: Сколько цветов может различить современный человек?
О: При большом уровне освещения мы различаем очень много цветов до 100 000 и более.
III. Закрепление:
(Фронтальный опрос. Учащимся необходимо закончить утверждение) (Слайд №26)Призма не изменяет свет, а лишь… (разлагает)
Белый свет как электромагнитная волна состоит из… (семи цветов)
Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются и по … (степени преломляемости)
Наиболее сильно преломляется … (фиолетовый свет)
Меньше преломляется… (красный свет)
Красный свет, который меньше преломляется, имеет … в среде, а фиолетовый … (наибольшую скорость, наименьшую скорость)
Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных, следовательно, …(nф> nк)
Дисперсия – зависимость … в веществе от частоты волны (скорости света). Зависимость показателя преломления света от … (частоты или длины волны) также называется дисперсией.
Решение качественных задач: (Слайд №27)
- Почему в ж/д практике для сигнала остановки выбран красный свет?
Красные лучи – лучи с большей длиной волны, рассеиваются слабее, нежели лучи других цветов, проникают дальше. Чтобы успеть остановить поезд, машинист должен начать торможение на значительном расстоянии от препятствия. Наш глаз больше чувствителен к красному цвету.
- Где еще есть сигнальные огни красного цвета?
- Почему спец. жилеты у ремонтников ж/д путей ярко оранжевого цвета?
IV. Итог урока: а) Оценки;
б) Похвалить отличившихся на уроке.
V. Домашнее задание: № 1158,1159,1160 (А.П. Рымкевич) § 66(Г.Я.Мякишев)
Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:
Чудный дар природы вечнойДар бесценный и святойВ нём источник бесконечныйНаслажденья красотой.Солнце, небо, звёзд сиянье,…Море в блеске голубом,Всю природу и созданияМы лишь в познаём. свете Как? Почему?Откуда? Дисперсия – звучит прекрасно слово,Прекрасно и явление самоОно нам с детства близко и знакомо,Мы наблюдали сотни раз его! Гром отгремел, стих летний ливень быстрый,И над умытой свежею землейМостом бесплотным радуга повислаПленяя нас своею красотой.Дисперсия здесь «руку приложила»Обычный белый лучик световойОна как будто в призме разложила Во встреченной им капле дождевой. « рад» – старославянский корень, означает «радость, веселье». В Украине радугу называют весёлкой. Как неожиданно и яркоНа влажной неба синеве Воздушная воздвиглась аркаВ своем минутном торжестве!Один конец в леса вонзила,Другим за облака ушла,Она полнеба обхватила И в высоте изнемогла. Цвет – одно из очевидных свойств света. Очевидное, но непонятное. Какое физическое свойство света создает столь прекрасные ощущения? Теорий было много, но только Ньютон провел систематические исследования и получил ответ на свой вопрос. Теория цветов Аристотеля «… различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к солнечному (белому) цвету»«…цвета появляются в результате смешивания белого цвета, проходящего через стеклянную призму с тьмой…»Аристотель выделял всего три цвета: красный, зелёный, фиолетовый. Английский учёныйТомас Хэрриот в 1605г. изучая преломлениесвета в жидкостях обнаружил, чтопоказательпреломления дляодного и того жевещества, но длясветовых лучей разногоцвета – разный.Следовательно, скоростьсветовых лучей разногоцвета в одном и том жевеществе будет разной. Освоём открытии онумолчал. Итальянский учёныйМарк Доминис в 1611 г.обнаружил подобноеявление для стекла.Опубликованныерезультаты не получилиширокой огласки. Через13 лет он умер втюрьме инквизиции.Придерживалсятеории Аристотеля осмешении темноты сбелым цветом. В 1648 г. результатыработы чешскогоучёного Марцыостались безвнимания. Придерживалсятеории Аристотеля осмешении темноты сбелым цветом. Ньютон сначала выделял пять, затем десять цветов. Но в конечном счёте остановился на семи цветах. Выбор объяснялся магической силой этого числа: семь чудес света, семь смертельных грехов, семь дней недели, семь отверстий в голове… В 1666 г. английскийфизик Исаак Ньютонэкспериментальнодоказал, что свет имеетсложную структуру искоростьраспространениясветовых лучей разногоцвета в одном и том жевеществе разная. Исаак Ньютон Над его могилой высится памятник с бюстом и эпитафией «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин… Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал ... Пусть смертные радуются, что существует такое украшение рода человеческого». 1643 - 1727 открыл явление дисперсии в1666 году Падая на стеклянную призму, луч преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. красный оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый spectrum (лат.) - видение. Каждому цвету соответствует своя частота (и длина волны). Световой луч одного цвета называется монохроматическим. Каждый охотник желает знать, где сидит фазан Кот-Обормот Жевал Зефир, Громко, Сердито ФыркаяКак Однажды Жак Звонарь Головой Сломал ФонарьКроме Основных Жизненных Задач, Главное - Сдать Физику. Закрыв отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал на стене только красное пятно. Закрыв отверстие синим стеклом, Ньютон наблюдал на стене только синее пятно. Почему белый свет, проходя сквозь призму, разлагается в цветной спектр? Преломление – явление …Преломление объясняется …Показатель преломления … А В О Световой луч красного цвета имеет наибольшую скорость в среде, а фиолетовый – наименьшую, поэтому призма и разлагает белый свет. Световые лучи различных цветов различаются по степени преломляемости. Меньше преломляется луч света красного цвета, больше – фиолетового. В 1802г. английский физик Томас Юнг первым измерилдлины волн световых лучейразного цвета. цвет Длина волны, нм Частота, ТГц красный 760-620 385-487 оранжевый 620-585 484-508 жёлтый 585-575 508-536 зелёный 575-510 536-600 голубой 510-480 600-625 синий 480-450 625-667 фиолетовый 450-380 667-789 ОБЪЯСНЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ dispersion (лат.) – рассеяние, развеиваниеЗависимость показателя преломления вещества и скорости света в нём от частоты колебаний (или длины волны). Что такое дисперсия? Попытайтесь самостоятельно сформулировать определение. Если с помощью второй призмы, перевернутой на 180 градусов относительно первой, собрать все пучки спектра, то опять получится белый цвет. Выводы: Дисперсия – явление разложения белого света в спектр;Призма не изменяет свет, а лишь раскладывает его на составные части;Белый свет – сложный, состоит из монохроматических цветов; Показатель преломления света в среде зависит от его частоты;Цвет светового луча зависит от его частоты колебаний;Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных; Красный свет, который меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый – наименьшую, поэтому призма и раскладывает свет;Частота – величина постоянная, скорость и длина волны изменяются при переходе луча из одной среды в другую. Повторим Что называют дисперсией света?Какой свет называют монохроматическим?Световой луч какого цвета будет распространяться в веществе призмы (из стекла) с большей скоростью?Что произойдет при соединении световых лучей спектра?Чем объяснить белый цвет снега, черный цвет сажи, зеленый цвет листьев, красный цвет флага? Каким цветом надо написать слова на следующем слайде, чтобы их не было видно? Время эксперимента. дисперсия дисперсия молодцы Призма не изменяет свет, а лишь Белый свет – это совокупность Красный свет преломляется, т. к. имеет скорость в среде, а фиолетовый – скорость.Дисперсия - раскладывает его на составные части. монохроматических волн различных частот. меньше наибольшую наименьшую зависимость показателя преломления света от частоты колебаний Подумай 1.На листке написано красным цветом «отлично» и зеленым «хорошо». Имеются два стекла красное и зеленое, через какое надо смотреть, чтобы увидеть оценку «отлично»?2.На сером фоне сцены находится фигура в красном. Каким светом её надо осветить, чтобы создать видимость исчезновения? Какие из этих явлений объясняются дисперсией? Д.з. §66Спасибо за внимание и работу.
