Выясним природу света
Задания на дом
узнать о том вкладе, который внесли ученые разных стран в развитие представлений о природе света;
сделать выводы о природе света на основе полученной информации;
создать опорный конспект «Развитие взглядов на природу света».
Что же такое свет? Люди задумывались об этом с древности
«Пусть три столетья минуло с тех пор,
Еще не разрешился этот спор.
Один сказал, что свет это – волна,
подобна механической она.
Другой сказал, что свет – поток частиц
В любой среде не знает он границ.
Свет твоего окна –
Частица он или волна.»
Запишите:
Свет - это лучистая энергия, воспринимаемая глазом, делающая мир видимым.
История возникновения
6 в. до н. э. Пифагор, 4 в. до н.э. Аристотель, 3 в. до н. э. Евклид занимались изучением света. Евклид изложил 2 закона геометрической оптики закон прямолинейного распространения и отражения света.
Архимед ок. 287 – 212 гг. до н.э. писал:
«…Почему вогнутые зеркала, помещенные против Солнца, зажигают подложенный прут?»
Клавдий Птолемей 2 в. до н.э. рассматривал явление преломления света
Развитие представлений о природе света(записать в тетрадь)
• Пифогор считал, что тела испускают частицы, благодаря которым мы и видим.
• Аристотель выдвинул теорию о том, что свет представляет собой возбуждение среды.
• Эти две основные идеи о природе света развивались и сосуществуют и до настоящего времени.
Сегодня мы не просто поработаем, а будем работать по плану-заданию программы "Очевидное и невероятное". Предлагаю вам отправиться в виртуальную научную командировку в разные страны и разные эпохи для того, чтобы поработать в архивах, изучить литературу, документы и установить, что сделали ученые разных стран, для того чтобы выяснить природу света.
Мы побываем с Вами в странах: Дания, Франция, Англия, Голландия (на экране слайд №: карта Мира с этими странами, по щелчку названная страна отмечается на карте)
Скорость света
С ---? (м/с)
С помощью каких методов измерили скорость света? Опыт, с помощью которого Галилей в 16 веке предлагал измерить скорость света. Открывая заслонку фонаря, нужно было определить, через сколько времени вернется свет, отразившись от зеркала…Невероятно, но у него это не получилось, а очевидно- похожий опыт был проведён, к этому мы ещё вернёмся.
этап:Переместимся в Данию
Страна: Дания, ученый: Олаф Рёмер, 1676 г.- астрономический метод измерения скорости света
Невероятно, но сколько веков человечество не занималось этим вопросом,а очевидно, что после Галилея,учёные задумались
Рёмер Олаф Кристенсен (1644-1710гг), датский физик и астроном. В 1676 году сделал важное открытие: доказал конечность скорости света и измерил ее величину. Однако сообщение ученого на заседании Парижской Академии наук подверглось резкой критике. Несмотря на критику, выводы его были приняты Х.Гюйгенсом, Лейбницем, И. Ньютоном. Окончательная справедливость теории Рёмера была подтверждена в 1725г. после открытия астрономом Бредли явления абберации света. Вернувшись в Данию в 1681г. возглавил кафедру математики Капенгагенского университета и создал обсерваторию. Также принимал участие в политической и общественной жизни Дании. В конце жизни стал главой Государственного совета. Изобрел новые астрономические приборы. Имя Рёмера занесено на карту Луны
Записываем в левой части тетради.
В 1676г., наблюдая затмение спутника Юпитера Ио, Рёмер обнаружил. Что когда земля через полгода переходит на другую сторону от Солнца, более удаленную от Юпитера, то Ио появляется на 22 минуты позже рассчитанного времени. Эта задержка объяснялась увеличением расстояния от Юпитера до Земли. Зная размер земной орбиты и время запаздывания, Рёмер рассчитал скорость распространения света (C = 216000 км/с)
Страна: Франция, ученый: Физо Арман Ипполит Луи, 1849г.- лабораторный метод измерения скорости света
Мы перемещаемся в Парижскую Академию наук, в том отделе, где собраны документы об Армане Физо, который лабораторным методом измерил скорость распространения света.
Физо (1819-1896гг)-французский физик. В 1863 году стал профессором Политехнической школы в Париже. Первым серьезным достижением Физо в оптике были опыты по интерференции света. В 1849 году поставил классический опыт по определению скорости света. Сконструировал ряд приборов: индукционную катушку. Интерференционный спектроскоп; исследовал кристаллы, занимаясь фотографией. В 1875 году был избран членом Лондонского королевского общества, в 1866 году награжден медалью Румфорда.
. По схеме: впервые скорость света лабораторным методом удалось измерить И.Физо в 1849г.
Опыт: свет от источника, пройдя через линзу, падал на полупрозрачную пластину. После отражения от пластины сфокусированный узкий пучок направлялся к быстровращающемуся зубчатому колесу. Пройдя между зубцами, свет достигал зеркала, находящегося на расстоянии нескольких км от колеса. Отразившись от зеркала, свет возвращался опять к зубчатому колесу и должен был пройти опять между зубцами. Когда колесо вращалось медленно, свет, отраженный от зеркала был виден. При увеличении скорости он постепенно исчезал. Почему? Пока свет шел до зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, что на месте прорези вставал зубец, и свет переставал быть видимым. При дальнейшем увеличении скорости вращения колеса свет снова становился видимым. За это время распространения света до зеркала и обратно, колесо успевало повернуться так, чтобы на месте прежней прорези вставала уже новая прорезь. Зная это время и расстояние между колесом и зеркалом можно определить скорость света (c=313 км/с) (после сообщения ученика по щелчку на слайде показывается демонстрация опыта из коллекции "Кирилл и Мефодий").
Невероятно, но этот опыт очень похож на опыт….?(Галилея) И очевидно, что он получился.
Кроме этого есть Метод Майкельсона (с помощью зеркал)
Американский физик А. Майкельсон разработал совершенный метод измерения скорости света с применением вращающихся зеркал
ЭТО ОЧЕВИДНО
Пока указаний на изменение с с течением времени нет, но физика не может безоговорочно отбросить такую возможность. Что ж, остается ждать сообщений о новых измерениях скорости света. Эти измерения могут дать еще много нового для познания природы, неисчерпаемой в своем разнообразии.
ХОТЬ ЭТО И КАЖЕТСЯ НЕВЕРОЯТНЫМ Природа света. Что же всё-таки такое свет? Существует два способа передачи взаимодействия:
• 1.Путем переноса вещества(частиц). (движение математического маятника при соударении с маленьким пластилиновым шариком)
• 2.Путем изменения среды(возникновение волн). (движение математического маятника при воздействии на нитку)
Это всё очевидно и мы с Вами это уже изучали
Страна: Англия, ученый: Исаак Ньютон, теория о природе света
Мы работали в Английской Академии наук в отделе, где собраны документы о И.Ньютоне:(Ньютон Исаак (1643-1727гг) - английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики. Член (1672г) и президент (1703г) Лондонского Королевского общества. Фундаментальные труды "Математические начала натуральной философии" (1687г) и "Оптика" (1704г). Открыл дисперсию света, исследовал интерференцию и дифракцию. Развил корпускулярную теорию света. Построил зеркальный телескоп. Сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел. Создал основы небесной механики.
Ньютон был сторонником корпускулярной теории света - свет представляет собой поток частиц-корпускул, идущих от источника во все стороны. Эта теория легко объясняла прямолинейное распространение, отражение и преломление света.
Выдающийся ученый Ньютон обладал большим авторитетом среди своих коллег, и поэтому очевидно, что большинство из них поддерживали корпускулярную теорию, считая, что свет распространяется как поток частиц, а не волна
Страна: Голландия, ученый: Христиан Гюйгенс, теория о природе света
Мы побывали в Голландии: (1629-1695гг) - голландский математик, физик, астроном. Изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом, установил законы колебаний физического маятника. Создал и опубликовал волновую теорию света. Усовершенствовал телескоп, сконструировал окуляр, открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Был избран членом Лондонского Королевского общества. Часть его трудов: результаты исследования об упругом ударе и центробежной силе были напечатаны уже после смерти. Невероятно, но:
. Х.Гюйгенс выступал против корпускулярной теории света. Волновая теория света Гюйгенса объясняла такие оптические явления как интерференция и дифракция, которые не могла объяснить корпускулярная теория. Согласно волновой теории Гюйгенса свет представляет собой волну, распространяющуюся в особой гипотетической (упругой) среде-эфире, которая заполняет все пространство и все тела
Страна: Англия, там у нас отдельно побывал: ученый: Томас Юнг, развитие волновой теории света
. Юнг Томас (1773-1829гг) - английский физик. В 21 год (1794г) стал членом Королевского общества. Получил степень доктора медицины. Открыл в Лондоне частную практику. Исследования Юнга в области оптики легли в основу его статьи "Механизм глаза" (1800г), в которой он дал объяснение природе аккомодации, астигматизма и цветового зрения. Был назначен профессором Королевского института. Один из создателей волновой теории света. В 1803 году объяснил явление интерференции света. Высказал гипотезу о поперечности световых колебаний. Измерил длины волн света разных цветов. В теории упругости Юнгу принадлежат исследования деформации сдвига
. Т.Юнг впервые ввел понятие "интерференции". Интерференцию Юнг открыл, наблюдая это явление для водяных волн. Результаты своих исследований по оптике Юнг доложил на ученом заседании Лондонского Королевского общества, а также опубликовал их в начале 19 века. Но, не смотря на убедительность работ Юнга, никто не хотел их признавать т.к. это означало отказаться от привычных взглядов и, кроме того, выступить против авторитета Ньютона. На работы Юнга не обратили внимания, а в печати даже появилась статья, содержащая грубые нападки на него.ЭТО БЫЛО ДЛЯ ТОГО ВРЕМЕНИ ОЧЕВИДНО
Страна: Франция, там был: ученый: Огюстен Жан Френель, развитие волновой природы света
Френель Огюстен Жан (1788-1827гг), французский физик, один из создателей волновой теории света. Работы Френеля посвящены физической оптике. Стал самостоятельно изучать физику и вскоре начал проводить эксперименты по оптике. В 1815 году переоткрыл принцип интерференции, добавив к опытам Т. Юнга несколько новых. В 1821 году доказал поперечность световых волн, 1823г. установил законы поляризации света. Изобрел ряд интерференционных приборов. В 1823 году Френель был избран членом Парижской Академии наук. В 1825 году стал членом Лондонского Королевского общества. Французский инженер, ставший впоследствии знаменитым физиком О.Френель начал заниматься изучением явлений интерференции и дифракции с 1814года. Он не знал о работах Юнга, но подобно ему увидел в этих явлениях доказательство волновой теории света. Однако постепенно, несмотря на все трудности, стоявшие перед гипотезой о поперечности световых волн волновая теория, света стала побеждать и вытеснять корпускулярную теорию света
Невероятно, но теория Гюйгенса была подтверждена
. В начале урока, мы, поставили перед собой проблему - выяснить природу света.
В ходе повторения проверьте, всё ли Вы записали.
Вопрос:Какие учёные, в древности, задумывались о свете? Было очевидным на протяжении многих веков, что свет распространяется мгновенно
Первым большим успехом в изучении природы света было измерение скорости света. Оказалось, что скорость распространения света не бесконечно велика.
Проблема измерения скорости света впервые была сформулирована Галилеем (16 век), который поставил вопрос о конечности скорости света. И это было НЕВЕРОЯТНЫМ для того времени.
Он не смог ответить на поставленный им вопрос.
Всё-таки БЫЛО ОЧЕВИДНЫМ, что Скорость света была, в конце концов, измерена
Мы побывали в Дании (Рёмер).Сам Рёмер вследствие малой точности измерений и неточного знания радиуса орбиты Земли получил для скорости света значение 215000 км/с.
Затем во Франции (Физо)Какую скорость света он получил?
. Более точно скорость света начали измерять после 1960г., когда заработал первый лазер. По современным данным скорость света в вакууме равна значению: Приближенно с = 3*10 в8 м/с (необходимо запомнить).
А где вы встречались с этой цифрой? (эта величина, полученная экспериментально, совпадает с величиной предсказанной Максвеллом и экспериментально впервые измеренной Герцем - скоростью электромагнитных волн).
Значение скорости света помогла определить природу света. С давних времен человека интересовала природа света. Были различные легенды, мифы, гипотезы, научные работы. В 16 веке человек еще не знал природу света.
В 17 веке почти одновременно начали свое существование, совершенно различные, теории о том, что такое свет, какова его природа?! Было очевидно, что большинство учёных доверяли Ньютону, это очевидно.
В(Голландия, Гюйгенс) Гюйгенс пошёл против такого великого учёного.
Вывод: первая теория утверждала: свет - это поток частиц, идущих от источника по всем направлениям; вторая теория утверждала: свет - это волна, распространяющаяся в особой гипотетической среде - эфире.
(Англия, Т.Юнг; Франция, О.Френель) -
... Таким образом, поворот был сделан к волновой природе света. Ряд экспериментов проведенных в 19 веке, а также труды Максвелла нашедшие затем подтверждение в опытах Герца, доказали справедливость волновой теории: свет распространяется как электромагнитная волна.
ЭТО БЫЛО ОЧЕВИДНО
А как же быть с теорией Ньютона? Мысль у него гениальная, что свет можно рассматривать как частицу. Был ли он прав?
НЕВЕРОЯТНО, А он был прав, т.к. в 20 веке представления о природе света начали меняться, когда были открыты квантовые свойства света, ученым пришлось вспомнить о корпускулярной теории.
Какую же природу имеет свет?Вывод: свет имеет двойственную природу - корпускулярно-волновую
Свет - это поток частиц; свет - это волна.
"То, что неясно, следует выяснить" (Конфуций).
Об этом вы узнаете в дальнейшем
О свет! Ты чудо из чудес
И вызываешь интерес.
Еще не раз умы людей
Займешь теорией своей.