Цели урока:
· обобщение и систематизация знаний по теме: “Оптика”, расширение представлений о развитии взглядов на природу света;
· совершенствование умений совместной учебно-познавательной деятельности обучающихся, партнерских отношений обучающихся и обучаемых, диалогического общения между учащимися в процессе добывания знаний, конкурировать, вести полемику, отстаивать свои интересы на основе знания;
· развитие коммуникативной культуры общения, самостоятельности в добывании разноплановой информации по обозначенной проблеме, мышления, включая умения сопоставлять, сравнивать, анализировать, находить аналогии.
Ход урока:
Вступительное слово учителя (цели урока, тип урока, регламент урока, мотивация, представление тайм-спикера, экспертов-судей)
Дебаты организует и проводит председатель. Он не имеет права участвовать в самой дискуссии, поскольку является незаинтересованным лицом. Председателю помогает тайм-спикер, который информирует ораторов о времени, отведенном на выступление.
Оратор должен начинать свое выступление обращением к ведущему "Уважаемый председатель...". Участники дебатов обращаются друг к другу, употребляя форму "Уважаемый (Уважаемая)…" или любую другую вежливую форму.
В дебатах выступают поочередно защитники и противники тезиса. Вначале участники команд представляют друг друга.
Первый спикер (команды утверждения У1):
Ферма Пьер (1601–1665) – французский математик и физик. Родился в Бомон-де-Ломань. Получил юридическое образование. С 1631 г. был советником парламента в Тулузе.
Функции:
• представляет команду;
• формулирует основной тезис, показывает актуальность;
• объясняет ключевые понятия;
• выдвигает аргументы утверждающей команды.
Основной тезис:
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
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.
4) Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютно упругого удара
5) Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем оптически плотнее среда, тем угол преломления меньше угла падения
6) 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.
7) 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.
Аргументы (Ферма)
Принцип Ферма: Свет распространяется по такому пути, при котором время, необходимое для прохождения света от одной точки до другой, имеет наименьшее или наибольшее значение (экстремум).
Доказательство закона отражения с помощью принципа Ферма:
Пусть АС - падающий луч, а СВ - отраженный. Построим точку В’, симметричную точке В относительно границы раздела ОО’. Так как угол В’СО’ равен углу ВСО’, а угол ВСО’ дополняет угол отражения до прямого угла, то углы падения, отражения (равные), ВСО’ и В’СО’ составляют развернутый угол, т. е. АСВ’ - прямая. Пусть луч из точки А может также идти по пути АС’В, где С’ - произвольная точка границы раздела сред. Отразим ее также относительно границы раздела. Путь АСВ’ короче пути АС’В’. Так как путь АСВ’ равен пути АСВ, а путь АС’В’ равен пути АС’В, то путь АСВ короче АС’В, что в силу произвольности точки С’ означает, что путь АСВ - кратчайший из возможных.
Доказательство закона преломления с помощью принципа Ферма:
Пусть надо попасть из точки А в точку В за кратчайшее время. На пути лежит граница между двумя средами, в которых движение осуществляется с разными скоростями. Расстояния от точек А и В до границы сред равны соответственно a и b, расстояние А’В’ (основания перпендикуляров из А и В) равно ℓ. Пусть граница пересекается в точке С, отстоящей от А’ на х. Найдем зависимость времени движения от х:
.
Так как время движение должно принять минимальное значение, найдем производную t(x) и приравняем ее к нулю:
.
Так как 
, а 
,
получаем:
, т. е. закон преломления.
Третий спикер команды отрицания (О3) Задает вопрос У1.
Господин Ферма утверждает: «Природа всегда придерживается короткого пути». Не значит ли это, что при формировании миража природа поступилась своими принципами?
Первый спикер (команды отрицания О1):
Гюйгенс Христиан (1629–1695), нидерландский ученый. В 1665–1681 гг. работал в Париже. Изобрел (1657) маятниковые часы со спусковым механизмом, дал их теорию, установил законы колебаний физического маятника. Опубликовал в 1690 г. созданную им в 1678 г. волновую теорию света, объяснил двойное лучепреломление. Усовершенствовал телескоп; сконструировал окуляр, названный его именем. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Автор одного из первых трудов по теории вероятностей (1657 г.).
Функции:
• - представляет команду;
• - формулирует тезис отрицания;
• - принимает определения предложенные утверждающей командой
• - опровергает аргументы представленные У1, выдвигает аргументы отрицающей команды.
Основной тезис отрицания:
Основные положения волновой теории света Гюйгенса.
1) Свет - это распространение упругих апериодичных 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) Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения.
Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света. Используя свой принцип, ученому удалось объяснить многие явления геометрической оптики:
- явление отражения света и его законы;
- явление преломления света и его законы;
- явление полного внутреннего отражения;
- явление двойного лучепреломления;
- принцип независимости световых лучей.
Аргументы
Принцип Гюйгенса: Все точки до которых дошел волновой фронт в момент времени t можно рассматривать, как источники вторичных волн. Огибающая вторичных волн является фронтом волны через время t+Δt.
С помощью данного принципа Гюйгенса докажем законы отражения и преломления волн.
1. Закон отражения волн: падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.
Доказательство.
Рассмотрим два параллельных луча А1А и В1В плоской волны, падающих на поверхность MN под углом α. Луч В1В достигнет поверхности спустя время t после луча А1А. Если v – скорость волны, то ВС=vt. В момент касания поверхности луча В1В вторичные волны образуют ряд сферических поверхностей, огибающая к которым представляет собой плоскость BD, причем AD=vt. Треугольники ABD и ABC равны по 1 признаку, следовательно угол DBA равен углу CAB, а угол DBA равен углу γ, как углы с взаимно перпендикулярными сторонами, значит угол γ равен углу α (угол падения равен углу отражения.
2. Закон преломления волн: падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр к преломляющей поверхности лежат в одной плоскости. Отношение синусов углов падения и преломления есть величина постоянная для данных двух сред.
Доказательство.
Преломление волн вызвано различием их скоростей в различных средах. Пусть на поверхность MN падает плоская волна под углом α. Пусть скорости распространения волн в средах 1 и 2 равны соответственно v1 и v2. Тогда к моменту, когда луч В1В достигнет преломляющей поверхности (ВС=v1t), вторичная волна от точки А распространится на расстояние v2t. Волновая поверхность - плоскость BD. Угол γ = углу ABD, как видно из рисунка: 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑠𝑖𝑛𝛾 = 𝐶𝐵 𝐴𝐷 = 𝑣1𝑡 𝑣2𝑡 или 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑠𝑖𝑛𝛾 = 𝑣1 𝑣2 = 𝑛, где n - показатель преломления второй среды относительно первой.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
