Экспериментальная работа «Дебаты» в преподавании физики как средство формирования личностных результатов (стр. 3 )

Второй спикер команды утверждения У2. Задает вопрос О1

Господину Гюйгенсу, как никому из здесь присутствующих, ясно, что явления интерференции, дифракции и поляризации можно объяснить только в том случае, если световые волны считать поперечными. С другой стороны, если световые волны — поперечные, то их носитель — эфир — должен обладать свойствами твердых тел. Однако доказано, что эфир не оказывает заметного воздействия на движущиеся в нем тела. Далее эксперименты показали, что скорость распространения света в разных средах различна, поэтому эфир должен обладать в разных средах различными свойствами.

В 1717 г. мною был проведен эксперимент по двойному лучепреломлению. Он показал, что луч, образующийся при двойном лучепреломлении, отличается от луча обыкновенного света так же, как длинный прут с прямоугольным сечением отличается от такого же прута с круглым сечением.

Второй спикер (команды утверждения У2):

Сэр Исаа́к Нью́тон ( 4 января 1643 года - 31 марта 1727 года по григорианскому календарю) - английский физик, математик, механик и астроном, один из создателей классической физики. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисления, теорию цвета, заложил основы современной физической оптики, создал многие другие математические и физические теории.

Функции

•  опровергает аргументы представленные О1;

•  восстанавливает аргументы утверждающей команды;

•  усиливает утверждающую линию;

•  представляя новые доказательства

Я, Ньютон, открыл явление дисперсии света и существование простых цветов, что подтверждает корпускулярную теорию света. Простые лучи являются неизменными и представляют, можно сказать, атомы света, подобно атомам вещества. Неизменные атомы света, простые лучи, являются потоком и однородных частиц, которые, попадая в наш глаз, вызывают ощущение определенного цвета. Смесь же разнородных световых частиц является белым светом. При прохождении через призму белый свет разлагается. Призма сортирует световые частицы, отклоняя их на разный угол в соответствии с их цветностью.

Что касается явления дифракции, то корпускулярная теория дает исчерпывающий ответ.

Когда свет проходит мимо экрана, то между частицами, из которых состоит экран, и световыми лучами (атомами света) действуют силы притяжения. Вследствие этого лучи заходят в область геометрической тени.

Количественные исследования в этой области трудны, так как толщина споев – порядка 1/1000 мм. Нужно измерять такие малые толщины. Соответственных устройств для этого тогда не было. Мною был предпринят замечательный прием. На плоскую стеклянную поверхность я положил выпуклой стороной плоско-выпуклую линзу - объектив телескопа с очень большим радиусом кривизны. Тогда между нижней плоской и верхней выпуклой поверхностями образуется чрезвычайно тонкий слой воздуха, обнаруживающий пестрые яркие цвета; цветные кольца в белом свете и чередование одноцветных светлых и темных колец - в однородном.

«Гвоздь» устройства в том, что, во-первых, толщина слоя различна в различных местах, т. е. мы имеем здесь как бы набор слоев различной величины, а главное, геометрия здесь такова, что расстояние от центра до данного места значительно, в несколько сот раз больше толщины слоя в этом месте. Измеряя это расстояние, мы определяем толщину, которая по малости не поддается непосредственному измерению, уже при помощи расчета.

Вот результат. Слой воздуха не отражает, если его толщина h равна некоторой величине d или кратному d: h = d, 2d, 3d и т. д. Это уже замечательное явление. Если отставить нижнюю поверхность, то отражение получается; при присоединении второй поверхности это отражение, как этим опытом показал Ньютон, пропадает. Наоборот, слой сильно отражает, если толщина его равна h = 1/2 d, 3/2 d, 5/2 d и т. д.

Экспериментально определенная, эта толщина d, для цвета на границе между красным и желтым она оказалась равной 1/89000 дюйма.

Падая сверху на линзу, световые лучи на определенных расстояниях от центра либо отражаются, либо преломляются и проходят через установку. В результате чего мы видим систему светлых и темных колец.

Почему же на одних расстояниях от центра линзы свет отражается, а на других преломляется? В одних местах световые лучи (световые частицы) испытывают «приступы легкого отражения», а в других – «приступы легкого преломления».

Первый спикер отрицания О1задает вопрос У2

Как так могло случиться, что господин Ньютон не заметил светлой полосы внутри тени волоса, а радужные внешние полосы он не только наблюдал, но даже объяснил действием краев на малых расстояниях?

Второй спикер  (команды отрицания О2):

То́мас Юнг ( Thomas Young; 13 июня 1773, Милвертон, графство Сомерсет — 10 мая 1829, Лондон) — английский физик, механик, врач, астроном и востоковед, один из создателей волновой теории света.

Функции:

•  опровергает аргументы представленные У1;

•  восстанавливает аргументы утверждающей команды;

•  усиливает утверждающую линию;

•  представляя новые доказательства

Примерно Одновременно с господином Ньютоном в те же годы другой случай интерференции исследовал английский физик Роберт Гук (1635 – 1703). Он изучал цвета мыльных пленок и тонких пластинок из слюды. При этом он обнаружил, что эти цвета зависят от толщины мыльной пленки или слюдяной пластинки.

Гук подошел к изучению этих явлений с правильной точки зрения. Он полагал, что свет – это колебательные движения, распространяющиеся в эфире. Он даже считал, что эти колебания являются поперечными.

Явление интерференции света в тонких пленках Гук объяснял тем, что от верхней и нижней поверхности тонкой, например мыльной, пленки происходит отражение световых волн, которые, попадая в глаз, производят ощущение различных цветов.

По поводу же колец Ньютона, у меня есть собственное толкование. Тёмные кольца соответствуют интерференционным минимумам, а светлые — максимумам .

Все больше и больше ученых встают на сторону волновой теории природы света. Из крупных ученых можно назвать русских академиков и Л. Эйлера.

Ломоносов считал, что свет – это распространяющееся колебательное движение частиц эфира, т. е. неощутимой среды, заполняющей все мировое пространство и пронизывающей поры весомых тел.

Против корпускулярной теории света, по Ломоносову, говорит то обстоятельство, что световые лучи, проходя через прозрачное тело с разных сторон, не мешают друг другу. Вокруг алмаза, пишет Ломоносов, можно поставить тысячи свечей, так что тысячи пучков света будут пересекать друг друга и при этом ни один луч не будет мешать другому. Этот факт противоречит представлению о том, что свет – это поток световых частиц, но он не противоречит волновой теории света. Подобно волнам на воде, которые проходят через одну и ту же точку не изменяясь, световые волны проходят через прозрачные тела, не мешая друг другу.

Эйлер, так же как и Ломоносов, высказывался против корпускулярной теории света. Он уже отчетливо представлял свет как волны, распространяющиеся в эфире. При этом Эйлер впервые высказал идею о том что цвет определяется частотой колебаний в световой волне.

Первый спикер утверждения У1 задает вопрос О2

Господин Юнг, объясните с точки зрения волновой теории прямолинейное распространение света. Если следовать Вашим рассуждениям, то волна должна огибать препятствия и загибаться внутрь геометрической тени?

Третий спикер команды утверждения У3:

Альбе́рт Эйнште́йн ( 14 марта 1879, Ульм, Вюртемберг, Германия - 18 апреля 1955, Принстон, Нью-Джерси, США) - физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист. Жил в Германии (1879—1893, 1914—1933), Швейцарии (1893—1914) и США (1933—1955).Почётный доктор около 20 ведущих университетов мира, член многих Академий наук

Функции:

•  представляет финальный контраст игры с целью усиления утверждающей линии;

•  выделяет наиболее важные области столкновения позиций  команд;

•  проводит сравнительный анализ позиций сторон по ключевым вопросам и объясняет, почему приводимые утверждающей командой аргументы более убедительны;

•  делает эффектное заключение.

Концепция волновой природы света не позволяет интерпретировать некоторые явления, такие, как, например, фотоэлектричество. Если металлическую поверхность подвергнуть действию света с достаточно малой длиной волны ( ниже некоторой предельной величины, называемой границей фотоэффекта), то металл начинает испускать электроны. Изучение этого явления показывает, что кинетическая энергия электронов, вырываемых из металлической пластинки, не зависит от интенсивности света, а зависит только от его частоты. Граница фотоэффекта соответствует минимальной частоте света νo (или максимальной длине волны λ), которая освобождает не обладающие кинетической энергией электроны. Эта граница различна для разных металлов, поскольку она зависит от легкости, с которой электроны могут быть вырваны с поверхности металла. Однако, согласно классической теории электромагнитных излучений, эта кинетическая энергия должна зависеть от интенсивности света, что находится в противоречии с экспериментальными результатами. В 1900 г. Планком, а затем в 1905 г. мною были введены новые понятия, позволяющие, в частности, объяснить и это явление. Таким образом, я утверждаю что монохроматическое световое излучение проявляется в виде частиц света, названных фотонами. Эти частицы света соответствуют импульсам энергии - квантам.