Unterschiedliche Ansichten von Wissenschaftlern über die Natur des Lichts. Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts

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Die ersten Ideen zum Thema Licht

Auch die ersten Vorstellungen darüber, was Licht ist, stammen aus der Antike. In der Antike waren die Vorstellungen über die Natur des Lichts sehr primitiv, fantastisch und darüber hinaus sehr vielfältig. Trotz der Vielfalt der Ansichten der Alten über die Natur des Lichts gab es jedoch bereits damals drei Hauptansätze, um das Problem der Natur des Lichts zu lösen. Diese drei Ansätze nahmen anschließend in zwei konkurrierenden Theorien Gestalt an – der Korpuskular- und der Wellentheorie des Lichts. Die überwältigende Mehrheit der antiken Philosophen und Wissenschaftler betrachtete Licht als eine Art Strahlen, der den leuchtenden Körper und das menschliche Auge verbindet. Gleichzeitig wurden drei Hauptansichten über die Natur des Lichts unterschieden. Eye->item Item->eye Movement

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Erste Theorie

Einige der alten Wissenschaftler glaubten, dass die Strahlen aus den Augen einer Person kommen, sie scheinen das betreffende Objekt zu fühlen. Diese Sichtweise hatte zunächst eine große Anhängerschaft. Daran hielten sich so prominente Wissenschaftler und Philosophen wie Euklid, Ptolemäus und viele andere. Später, bereits im Mittelalter, verliert eine solche Vorstellung von der Natur des Lichts jedoch ihre Bedeutung. Immer weniger Wissenschaftler folgen diesen Ansichten. Und zu Beginn des 17. Jahrhunderts. dieser Gesichtspunkt kann als bereits vergessen betrachtet werden. Euklid Ptolemäus

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Zweite Theorie

Andere Philosophen hingegen glaubten, dass die Strahlen von einem leuchtenden Körper ausgehen und, wenn sie das menschliche Auge erreichen, den Abdruck eines leuchtenden Objekts tragen. Dieser Standpunkt wurde von den Atomisten Demokrit, Epikur, Lukrez vertreten. Diese Sichtweise auf die Natur des Lichts nahm später, im 17. Jahrhundert, in der Korpuskulartheorie des Lichts Gestalt an, wonach Licht ein Strom einiger Teilchen ist, die von einem leuchtenden Körper ausgesandt werden. Demokrit Epikur Lucretius

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Dritte Theorie

Der dritte Standpunkt zur Natur des Lichts wurde von Aristoteles zum Ausdruck gebracht. Er betrachtete Licht nicht als einen Ausfluss von etwas von einem leuchtenden Objekt in das Auge, und noch mehr nicht als eine Art Strahlen, die aus dem Auge ausgeht und das Objekt fühlt, sondern als eine Handlung oder Bewegung, die sich im Raum (in der Umgebung) ausbreitet. . Nur wenige Menschen teilten zu seiner Zeit die Meinung von Aristoteles. Aber später, wiederum im 17. Jahrhundert, wurde seine Sichtweise weiterentwickelt und legte den Grundstein für die Wellentheorie des Lichts. Aristoteles

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Mittelalter

Die interessanteste Arbeit zur Optik, die uns aus dem Mittelalter überliefert ist, ist die Arbeit des arabischen Wissenschaftlers Alhazen. Er untersuchte die Reflexion von Licht an Spiegeln, das Phänomen der Brechung und den Lichtdurchgang durch Linsen. Der Wissenschaftler hielt an der Theorie von Demokrit fest und brachte erstmals die Idee zum Ausdruck, dass Licht eine endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit hat. Diese Hypothese war ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Natur des Lichts. Alhazen

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17. Jahrhundert

Auf der Grundlage zahlreicher experimenteller Tatsachen entstanden Mitte des 17. Jahrhunderts zwei Hypothesen über die Natur von Lichterscheinungen: Die Newtonsche Korpuskulartheorie, die davon ausgeht, dass Licht ein Strom von Teilchen ist, die von leuchtenden Körpern mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden. Die Wellentheorie von Huygens, die besagt, dass Licht eine longitudinale Schwingungsbewegung eines speziellen Leuchtmediums (Äther) ist, die durch Schwingungen von Teilchen eines Leuchtkörpers angeregt wird.

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Die Hauptbestimmungen der Korpuskulartheorie

Licht besteht aus kleinen Materiepartikeln, die in geraden Linien oder Strahlen in alle Richtungen emittiert werden und von einem Körper wie einer brennenden Kerze beleuchtet werden. Wenn diese Strahlen, die aus Teilchen bestehen, in unser Auge eintreten, dann sehen wir ihre Quelle. Lichtteilchen haben unterschiedliche Größen. Die größten Partikel, die ins Auge gelangen, geben ein Gefühl von roter Farbe, die kleinsten - violett. Weiße Farbe ist eine Mischung aller Farben: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo, Violett. Die Reflexion von Licht von der Oberfläche erfolgt aufgrund der Reflexion von Korpuskeln von der Wand nach dem Gesetz des absolut elastischen Stoßes.

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Das Phänomen der Lichtbrechung erklärt sich dadurch, dass Teilchen von den Teilchen des Mediums angezogen werden. Je dichter das Medium ist, desto kleiner ist der Brechungswinkel als der Einfallswinkel. Das von Newton 1666 entdeckte Phänomen der Lichtstreuung erklärte er wie folgt. „Jede Farbe ist bereits im weißen Licht vorhanden. Alle Farben werden gemeinsam durch den interplanetaren Raum und die Atmosphäre übertragen und ergeben die Wirkung von weißem Licht. Weißes Licht – ein Gemisch aus verschiedenen Teilchen – wird beim Durchgang durch ein Prisma gebrochen. Newton skizzierte Möglichkeiten zur Erklärung der Doppelbrechung, indem er die Hypothese aufstellte, dass Lichtstrahlen „unterschiedliche Seiten“ haben – eine spezielle Eigenschaft, die ihre unterschiedliche Brechung beim Durchgang durch einen doppelbrechenden Körper verursacht.

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Newtons Korpuskulartheorie erklärte viele damals bekannte optische Phänomene zufriedenstellend. Ihr Autor genoss enormes Ansehen in der wissenschaftlichen Welt, und bald gewann Newtons Theorie viele Unterstützer in allen Ländern. Die größten Wissenschaftler, die an dieser Theorie festhalten: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac. Auf der Grundlage der Korpuskulartheorie war es schwierig zu erklären, warum Lichtstrahlen, die sich im Raum kreuzen, in keiner Weise aufeinander einwirken. Schließlich müssen Lichtteilchen kollidieren und sich streuen (Wellen passieren einander ohne gegenseitige Beeinflussung) Newton Arago Gay-Lussac

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Die Hauptbestimmungen der Wellentheorie

Licht ist die Verteilung elastischer periodischer Impulse im Äther. Diese Impulse sind longitudinal und ähneln Schallimpulsen in Luft. Äther ist ein hypothetisches Medium, das den himmlischen Raum und die Lücken zwischen den Teilchen der Körper füllt. Es ist schwerelos, gehorcht nicht dem Gesetz der universellen Gravitation und hat eine große Elastizität. Das Ausbreitungsprinzip der Ätherschwingungen ist so, dass jeder ihrer Punkte, zu denen die Erregung gelangt, das Zentrum der Sekundärwellen ist. Diese Wellen sind schwach, und der Effekt wird nur dort beobachtet, wo ihre Hüllfläche passiert - die Wellenfront (Prinzip von Huygens). Je weiter die Wellenfront von der Quelle entfernt ist, desto flacher wird sie. Lichtwellen, die direkt von der Quelle kommen, verursachen das Gefühl des Sehens. Ein sehr wichtiger Punkt in der Theorie von Huygens war die Annahme, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts endlich ist.

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Wellentheorie

Mit Hilfe der Theorie werden viele Phänomene der geometrischen Optik erklärt: – das Phänomen der Lichtreflexion und ihre Gesetze; - das Phänomen der Lichtbrechung und seine Gesetze; – das Phänomen der Totalreflexion; - das Phänomen der Doppelbrechung; - das Prinzip der Unabhängigkeit von Lichtstrahlen. Die Theorie von Huygens gab für den Brechungsindex des Mediums folgenden Ausdruck: Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Lichtgeschwindigkeit umgekehrt vom absoluten Index des Mediums abhängen sollte. Diese Schlussfolgerung war das Gegenteil der Schlussfolgerung, die aus Newtons Theorie folgt.

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Viele bezweifelten die Wellentheorie von Huygens, aber zu den wenigen Befürwortern der Wellenansichten über die Natur des Lichts gehörten M. Lomonosov und L. Euler. Aus der Forschung dieser Wissenschaftler nahm die Theorie von Huygens Gestalt an als eine Theorie von Wellen und nicht nur von aperiodischen Schwingungen, die sich im Äther ausbreiten. Die geradlinige Ausbreitung des Lichts, die zur Bildung scharfer Schatten hinter Objekten führt (nach der Korpuskulartheorie ist die geradlinige Bewegung des Lichts eine Folge des Trägheitsgesetzes), war nur aus der Sicht der Wellentheorie schwer zu erklären . Huygens Lomonosov Euler

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XI-XX Jahrhunderte

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zeigte Maxwell, dass Licht ein Sonderfall elektromagnetischer Wellen ist. Maxwells Arbeit legte den Grundstein für die elektromagnetische Theorie des Lichts. Nach der experimentellen Entdeckung elektromagnetischer Wellen durch Hertz stand außer Frage, dass sich Licht bei der Ausbreitung wie eine Welle verhält. Es gibt auch jetzt keine. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts begannen sich die Vorstellungen über die Natur des Lichts jedoch radikal zu ändern. Plötzlich stellte sich heraus, dass die verworfene Korpuskulartheorie immer noch realitätsrelevant ist. Es stellte sich heraus, dass sich Licht während der Emission und Absorption wie ein Teilchenstrom verhält. Maxwell Hertz

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Es wurden diskontinuierliche (Quanten-)Eigenschaften von Licht entdeckt. Es entstand eine ungewöhnliche Situation: Die Phänomene der Interferenz und Beugung konnten noch erklärt werden, indem man Licht als Welle betrachtete, und die Phänomene der Strahlung und Absorption, indem man Licht als Teilchenstrom betrachtete. Daher einigten sich die Wissenschaftler auf die Meinung über den Korpuskularwellen-Dualismus (Dualität) der Eigenschaften des Lichts. Heute entwickelt sich die Theorie des Lichts weiter.

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Gegenstand:

  • Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts. Die Lichtgeschwindigkeit.

  • (Physik. Klasse 11)

  • Abgeschlossen von: Physiklehrer

  • Absichtserklärung "Sekundarschule Nr. 6"

  • Kirow, Gebiet Kaluga

  • Kochergina V.E.

  • 2010

Ende des 17. Jahrhunderts entstanden fast zeitgleich zwei sich scheinbar ausschließende Lichttheorien.

  • Sie stützten sich auf zwei Möglichkeiten, eine Aktion von einer Quelle zu einem Empfänger zu übertragen.

  • I. Newton schlug eine Korpuskulartheorie des Lichts vor, wonach Licht ein Teilchenstrom ist, der von einer Quelle in alle Richtungen kommt (Stoffübertragung).

  • H. Huygens entwickelte eine Wellentheorie, in der Licht als Wellen angesehen wird, die sich in einem speziellen Medium ausbreiten - dem Äther, der den gesamten Raum ausfüllt und in alle Körper eindringt (den Zustand des Mediums ändert).


Newton Huygens


Was ist Licht?

  • Nach den Vorstellungen der modernen Physik hat Licht gleichzeitig die Eigenschaften kontinuierlicher elektromagnetischer Wellen und die Eigenschaften diskreter Teilchen, die Photonen oder Lichtquanten genannt werden.

  • Die Dualität der Lichteigenschaften wird Korpuskularwellen-Dualismus genannt.


Zwei große Konfrontationen in der Wissenschaft. Entwicklungsstufen von Ideen über die Natur des Lichts.



Dies war der erste bekannte Versuch von Galileo Galilei, die Lichtgeschwindigkeit experimentell zu bestimmen. Aufgrund der hohen Lichtgeschwindigkeit war es jedoch nicht möglich, die Signalverzögerung zu erkennen.

  • Die erste experimentelle Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit erfolgte 1675 durch den dänischen Astronomen Olaf Römer.



  • Indem man den Durchmesser der Erdumlaufbahn durch die Verzögerungszeit dividiert, erhält man den Wert der Lichtgeschwindigkeit:

  • c \u003d 3 * 1011 m / 1320 s

  • s = 2,27 * 108 m / s

    • Das erhaltene Ergebnis hatte einen großen Fehler.

Die erste Labormessung der Lichtgeschwindigkeit wurde 1849 von dem französischen Physiker Armand Fizeau durchgeführt.

  • In seinem Experiment passierte das Licht der Quelle S den Unterbrecher K (die Zähne eines rotierenden Rades) und kehrte, vom Spiegel Z reflektiert, wieder zum Zahnrad zurück.


Fizeau-Methode:



Die Setup-Optionen von Fizeau lauten wie folgt. Die Lichtquelle und der Spiegel befanden sich im Haus von Fizeaus Vater in der Nähe von Paris, und der Spiegel - auf dem Montmartre. Der Abstand zwischen den Spiegeln war ℓ ~ 8,66 km hatte das Rad 720 Gebiss. Es drehte sich unter der Wirkung eines Uhrwerks, das durch ein absteigendes Gewicht in Bewegung gesetzt wurde. Anhand eines Drehzahlmessers und eines Chronometers fand Fizeau heraus, dass der erste Blackout bei einer Raddrehzahl von v = 12,6 U/min auftritt. Leichte Reisezeit t=2 ℓ/c, daher gibt mit = 3,14 10 8 m/s



Trotz des erheblichen Messfehlers war das Experiment von Fizeau von großer Bedeutung – die Möglichkeit, die Lichtgeschwindigkeit mit "terrestrischen" Mitteln zu bestimmen, wurde bewiesen.


  • Der amerikanische Physiker A. Michelson entwickelte eine perfekte Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit mit rotierenden Spiegeln.


Michelson-Methode:


In Anlehnung an direkte Messmethoden wird nun die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum gleichgesetzt

  • mit =299792458+1,2 m/s


Die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit wird experimentell durch direkte und indirekte Methoden bewiesen.

  • Derzeit wird mit Hilfe der Lasertechnik die Lichtgeschwindigkeit durch Messung der Wellenlänge und Frequenz der Radioemission nach voneinander unabhängigen Methoden bestimmt und nach der Formel berechnet :


"Wie viele Geschwindigkeiten hat Licht?"

  • Bis die Anzeichen für eine Änderung mit im Laufe der Zeit, nein, aber die Physik kann eine solche Möglichkeit nicht bedingungslos ablehnen. Nun, es bleibt abzuwarten

  • Nachrichten über neue Messungen der Lichtgeschwindigkeit. Diese Messungen können dem Wissen über die Natur, die in ihrer Vielfalt unerschöpflich ist, viel mehr geben.


Der Zweck des Unterrichts: die Vorstellungen der Schüler über die Natur des Lichts zu formen; Korpuskular oder Welle; wie bestimmt und dann die Lichtgeschwindigkeit gemessen.

Während des Unterrichts

1. Analyse der Kontrollarbeit.

2. Neues Material lernen

Newtons Korpuskulartheorie. Wellentheorie von Huygens.

1. Licht breitet sich in Form eines Stroms aus 1. Licht breitet sich im Äther aus

Partikel (Körperchen) - 17. Jahrhundert. wie ein Wellenstrom - 17. Jahrhundert.

Beweis: Einfacher Beweis: Unabhängigkeit

Die Ausbreitung von Licht, die Bildung von Lichtstrahlen an der Kreuzung.

Schatten. 1802 erhielt Jung die Lichtbeugung,

Im 19. Jahrhundert die Entdeckung des photoelektrischen Effekts und 1803_ - die Interferenz von Licht,

Es wurde bewiesen, dass Licht ein Teilchenstrom ist. beweist, dass Licht Wellen sind.

Diese Teilchen nennt man Quanten. Maxwell hat bewiesen, dass Licht existiert

Elektromagnetische Wellen.

Moderne Vorstellungen über die Natur des Lichts: Licht hat einen Korpuskular-Wellen-Dualismus – es wird portionsweise emittiert und absorbiert und breitet sich in Form von Wellen aus.

Die Lichtgeschwindigkeit.

1. Eine astronomische Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit.

Der dänische Astronom O. Römer bemerkte bei der Beobachtung der Finsternisse des Satelliten Io, der dem Planeten Jupiter am nächsten liegt, die Verzögerung seines Erscheinens aus dem Schatten des Planeten. Aus dieser Verzögerung von 22 Minuten konnte er die Lichtgeschwindigkeit berechnen.

Roemers Berechnungen waren ungefähr, aber vor allem bewies er, dass sich Licht nicht sofort ausbreitet, sondern eine endliche Geschwindigkeit hat.

2. Labormethoden zur Messung der Lichtgeschwindigkeit.

1849 konnte I. Fizeau (Franzose) die Lichtgeschwindigkeit mit einer Labormethode messen.

Licht von der Quelle fällt auf eine durchscheinende Platte und von dort auf ein schnell rotierendes Zahnrad. Beim Durchgang durch den Schlitz zwischen den Zähnen fiel das Licht auf einen Spiegel, der sich in einer Entfernung von 8,6 km befand. Vom Spiegel reflektiert, fiel das Licht wieder in den Spalt zwischen den Zähnen.

Fizeau kannte die Laufzeit des Zahns, die dem Durchgang des Lichts zum Spiegel und zurück entsprach, und berechnete die Lichtgeschwindigkeit. Nach seinen Berechnungen waren es 313.000 km / s.

Viele andere genauere Labormethoden wurden entwickelt, um die Lichtgeschwindigkeit zu messen. Dies ist die Installation des französischen Physikers Foucault, des amerikanischen Wissenschaftlers Michelson und die Installationen anderer Wissenschaftler.

Nach modernen Messungen beträgt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum 299792458 m/s.

Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Medien geringer als im Vakuum. In Wasser beträgt sie beispielsweise 3/4 der Geschwindigkeit im Vakuum.

Die Messung der Lichtgeschwindigkeit war von großer Bedeutung für die Entwicklung und Untersuchung optischer Phänomene. Es stellte sich heraus, dass sich kein Körper oder Teilchen schneller als Licht bewegen kann.

Konsolidierung des studierten Materials

1. Welche zwei Theorien über die Natur des Lichts tauchten im 17. Jahrhundert auf?

31. Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts. Die Lichtgeschwindigkeit. Huygens-Prinzip. Das Gesetz der Lichtreflexion. (Aslapovskaya S.V.)

Unterrichtstext

  • Abstrakt

    Fachname: Physik Klasse: 11 TMC: Physik Klasse 11, G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, 2010. Bildungsniveau: Grundlegendes Thema der Lektion: "Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts. Lichtgeschwindigkeit. Huygens-Prinzip. Gesetz der Lichtreflexion." Die Gesamtzahl der Stunden, die für das Studium des Themas vorgesehen sind: 19 Ort der Lektion im Unterrichtssystem zum Thema: die erste Lektion des Studiums des Themas "Optik". Der Zweck der Lektion: Wahrnehmung und Verständnis der Essenz der Natur des Lichts vermitteln. Unterrichtsziele: Lernen Sie den Beitrag kennen, den Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern zur Entwicklung von Ideen über die Natur des Lichts geleistet haben. Ziehen Sie auf der Grundlage der erhaltenen Informationen Rückschlüsse auf die Natur des Lichts. Erstellen Sie ein Referenz-Abstract "Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts". Geplante Ergebnisse: Die Schüler sollen erkennen, wie schwierig der Weg der menschlichen Erkenntnis von Naturphänomenen ist, die Gesetze der Lichtreflexion wiederholen, sich ein Bild vom Huygens-Prinzip machen. Technische Unterstützung des Unterrichts: Multimedia-Beamer, Präsentation für den Unterricht, Handouts. Zusätzliche methodische und didaktische Unterstützung des Unterrichts (Links zu Internet-Ressourcen möglich): Datum und Thema des Unterrichts werden an die Tafel geschrieben, die Tische werden für die Arbeit in Gruppen (je 2 Schüler) aufgestellt. Vorbereitung auf den Unterricht: Gruppen werden gebildet, Arbeitsmaterial liegt auf den Tischen (ein Archiv mit der notwendigen Literatur, Unterlagen und einer Aufgabe, die der DO erledigen muss). Der Lehrer erklärt die Ziele und Zielsetzungen des Unterrichts. Während der vorgegebenen Zeit bereiten die Gruppen die Aufgabe vor. Unterrichtsinhalt. I. Einführungsteil der Lektion 1. Organisatorische Phase (1 min). Die Klasse wird in 5 von der Lehrkraft vorab gebildete Gruppen (wissenschaftliche Gesellschaften (NS)) eingeteilt, die jeweils aus einem Leiter der NO, einem Literaturwissenschaftler und einem Forscher bestehen. Gruppen erhalten eine Aufgabe und die für die Umsetzung notwendigen Informationsquellen. 2. Aktualisierung der geistigen Aktivität (2 min). Lehrer. Guten Tag zusammen, setzt euch! Wie schön ist diese lichterfüllte Welt! Was ist Licht für dich? Welche Assoziationen weckt das Wort Licht bei Ihnen? (Präsentationsfolien von Nr. 1-8 mit musikalischer Begleitung werden auf dem Bildschirm gescrollt (durch Anklicken des Hyperlinks)). Lehrer. Licht ist eine vom Auge wahrgenommene Strahlungsenergie, die die Welt sichtbar macht. Licht kam in unser Haus. Wie wurde es geboren und entstand? Es gibt ein Geheimnis in seiner Natur, und seit vielen Jahren gibt es einen Streit. 3. Zweck und Ziele des Unterrichts (2 min). Auf dem Bildschirm Folie Nr. 9-12 Aufgaben: Informieren Sie sich über den Beitrag, den Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern zur Entwicklung von Ideen über die Natur des Lichts geleistet haben (um dieses Problem zu lösen, werden wir eine virtuelle wissenschaftliche Reise unternehmen). Machen Sie auf der Grundlage der erhaltenen Informationen Rückschlüsse auf die Natur des Lichts (Sie werden dieses Problem lösen, indem Sie im Programm "Offensichtlich und Unglaublich" mit den Ergebnissen Ihrer wissenschaftlichen Reise sprechen). Erstellen Sie ein Referenz-Abstract "Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts". Jeder von Ihnen hat eine OK-Matrix auf dem Tisch, die Sie ausfüllen müssen (Sie werden diese Aufgabe während der gesamten Lektion lösen). Ich habe bereits gesagt, dass wir heute nicht nur arbeiten, sondern gemäß der Planaufgabe des Programms „Offensichtlich und Unglaublich“ arbeiten werden. Ich schlage vor, dass Sie eine virtuelle wissenschaftliche Reise in verschiedene Länder und verschiedene Epochen unternehmen, um in Archiven zu arbeiten, Literatur und Dokumente zu studieren und festzustellen, was Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern getan haben, um die Natur des Lichts herauszufinden. Außerdem müssen Sie die Ergebnisse Ihrer Arbeit aufbereiten und präsentieren. 5 wissenschaftliche Gesellschaften (NO) gehen auf Dienstreise in folgende Länder: Dänemark, Frankreich, England, Holland (auf dem Bildschirm, Folie Nr. 13: eine Weltkarte mit diesen Ländern, durch Anklicken wird das genannte Land markiert die Karte). Jede wissenschaftliche Gesellschaft hat auf ihren Tischen ein Archiv mit der notwendigen Literatur, Dokumenten und einer Aufgabe, die der DO erfüllen muss. Die Fahrt dauert 10 Minuten. Während dieser Zeit erklingt Musik, und sobald sie endet, müssen Sie das Programm mit den Ergebnissen Ihrer Arbeit ausführen. Ich bitte Sie also, die Aufgabe zu starten (Musik ertönt nach dem Klicken auf den Hyperlink "Anrufen" auf Folie Nr. 13). II. Der Hauptteil des Unterrichts. 1. Eigenständiges Arbeiten der Studierenden in Gruppen (10 min, Vorbereitung auf Aufführungen NO): 1. NO: Land: Dänemark, Wissenschaftler: Olaf Römer, 1676 – eine astronomische Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit. Leiter des NO (informiert, wo sie gewesen sind) Literaturmitarbeiter (ausgewähltes Material über den Wissenschaftler) Forscher (Erstellung eines Berichts über die Methode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit (Theorie der Natur des Lichts)) Beispiele für Antworten NO: 1 Schüler. Unser ABER hat Dänemark besucht. Wir arbeiteten an der Akademie der Wissenschaften in der Abteilung, in der Dokumente über Olaf Römer (1644-1710) gesammelt werden, der die Lichtgeschwindigkeit nach astronomischer Methode maß (Dia Nr. 14 auf dem Bildschirm). 2 Schüler. Römer Olaf Christensen (1644-1710), dänischer Physiker und Astronom. 1676 machte er eine wichtige Entdeckung: Er bewies die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit und maß ihre Größe. Die Botschaft des Wissenschaftlers auf einer Tagung der Pariser Akademie der Wissenschaften wurde jedoch scharf kritisiert. Trotz Kritik wurden seine Schlussfolgerungen von H. Huygens, Leibniz, I. Newton akzeptiert. Die endgültige Gültigkeit von Roemers Theorie wurde 1725 bestätigt. nach der Entdeckung des Phänomens der Lichtaberration durch den Astronomen Bradley. Als er 1681 nach Dänemark zurückkehrte, leitete er die Fakultät für Mathematik an der Universität Kopenhagen und gründete ein Observatorium. Er nahm auch am politischen und gesellschaftlichen Leben Dänemarks teil. Am Ende seines Lebens wurde er Vorsitzender des Staatsrates. Erfand neue astronomische Instrumente. Römers Name wird auf der Mondkarte eingetragen (auf dem Bildschirm, Folie Nr. 15). 3 Schüler. 1676 entdeckte Römer, als er die Sonnenfinsternis des Jupitermondes Io beobachtete. Wenn die Erde in einem halben Jahr von der Sonne auf die andere Seite übergeht, die weiter vom Jupiter entfernt ist, dann erscheint Io 22 Minuten später als die berechnete Zeit. Diese Verzögerung wurde durch die Zunahme der Entfernung von Jupiter zur Erde erklärt. In Kenntnis der Größe der Erdumlaufbahn und der Verzögerungszeit berechnete Römer die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit (am Bildschirm Folie Nr. 15: durch Klick auf den Hyperlink "Methodendiagramm", Folie Nr. 16 - Labormethodendiagramm im Vollbildmodus). ). C = 300.000 km/s (nach den Ergänzungen des Lehrers erscheint ein Fazit auf Folie Nr. 15 durch Anklicken) 2. NEIN: Land: Frankreich, Wissenschaftler: Fizeau Armand Hippolyte Louis, 1849 - Labormethode zur Messung der Geschwindigkeit von Licht 1 Schüler. Unser ABER hat Frankreich besucht. Wir haben an der Pariser Akademie der Wissenschaften gearbeitet, in der Abteilung, in der Dokumente über Armand Fizeau gesammelt werden, der die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit mit einer Labormethode gemessen hat (Folie Nr. 17 auf dem Bildschirm). 2 Schüler. Fizeau (1819-1896) - französischer Physiker. 1863 wurde er Professor an der Polytechnischen Schule in Paris. Fizeaus erste große Errungenschaft in der Optik waren seine Experimente zur Interferenz von Licht. 1849 führte er ein klassisches Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durch. Er entwarf eine Reihe von Geräten: eine Induktionsspule. Interferenz-Spektroskop; erforschte Kristalle beim Fotografieren. 1875 wurde er zum Mitglied der Royal Society of London gewählt, 1866 erhielt er die Rumfoord-Medaille (Dia Nr. 18 auf dem Bildschirm). 3 Schüler. Nach dem Schema: Erstmals gelang es I. Fizeau 1849, die Lichtgeschwindigkeit mit einer Labormethode zu messen. Experiment: Licht von einer Quelle fiel durch eine Linse auf eine durchscheinende Platte. Nach der Reflexion an der Platte wurde der fokussierte schmale Strahl auf ein schnell rotierendes Zahnrad gelenkt. Zwischen den Zähnen hindurch gelangte das Licht zu einem mehrere Kilometer vom Rad entfernten Spiegel. Vom Spiegel reflektiert, kehrte das Licht wieder zum Zahnrad zurück und musste erneut zwischen den Zähnen hindurch. Wenn sich das Rad langsam drehte, war das vom Spiegel reflektierte Licht sichtbar. Als die Geschwindigkeit zunahm, verschwand es allmählich. Wieso den? Während das Licht zum Spiegel und zurück ging, hatte das Rad Zeit, sich zu drehen, so dass ein Zahn anstelle des Schlitzes stand und das Licht nicht mehr sichtbar war. Bei einer weiteren Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Rades wurde das Licht wieder sichtbar. Während dieser Zeit der Ausbreitung des Lichts zum Spiegel und zurück hatte das Rad Zeit, sich zu drehen, so dass ein neuer Schlitz anstelle des vorherigen Schlitzes entstehen würde. Wenn Sie diese Zeit und den Abstand zwischen Rad und Spiegel kennen, können Sie die Lichtgeschwindigkeit (c = 313 km/s) bestimmen (nach der Mitteilung des Schülers, indem Sie auf Folie Nr. 18 klicken, eine Demonstration des Experiments aus der Sammlung). Auf dem Bildschirm wird "Cyril and Methodius" angezeigt (Folie Nr. 19)). (Nach den Ergänzungen des Lehrers erscheint auf Folie Nr. 20 durch Anklicken eine Schlussfolgerung) Drittes ABER: Land: England, Wissenschaftler: Isaac Newton, Theorie der Natur des Lichts 1 Student. Unser ABER hat England besucht. Wir haben an der English Academy of Sciences in der Abteilung gearbeitet, in der Dokumente über I. Newton gesammelt werden: (auf dem Bildschirm, Folie Nr. 22) 2 Student. Newton Isaac (1643-1727) - Englischer Mathematiker, Mechaniker, Astronom und Physiker, Schöpfer der klassischen Mechanik. Mitglied (1672) und Präsident (1703) der Royal Society of London. Grundlegende Werke „Mathematische Grundlagen der Naturphilosophie“ (1687) und „Optik“ (1704). Er entdeckte die Lichtstreuung, studierte Interferenz und Beugung. Entwickelte die Korpuskulartheorie des Lichts. Spiegelteleskop gebaut. Formuliert die Grundgesetze der klassischen Mechanik. Er entdeckte das Gesetz der universellen Gravitation, gab die Theorie der Bewegung von Himmelskörpern. Er schuf die Grundlagen der Himmelsmechanik (am Bildschirm Folie Nr. 23). 3 Schüler. Newton war ein Befürworter der Korpuskulartheorie des Lichts – Licht ist ein Strom von Teilchen – Korpuskeln, die aus einer Quelle in alle Richtungen kommen. Diese Theorie erklärte leicht die geradlinige Ausbreitung, Reflexion und Brechung von Licht. Der herausragende Wissenschaftler Newton hatte unter seinen Kollegen eine große Autorität, und daher unterstützten die meisten von ihnen die Korpuskulartheorie und glaubten, dass sich Licht als Teilchenstrom und nicht als Welle ausbreitet (auf dem Bildschirm, Folie Nr. 23 - eine Schlussfolgerung erscheint mit einem Klick , ein Bild auf einen zweiten Klick). Viertes ABER: Land: Holland, Wissenschaftler: Christian Huygens, Theorie der Natur des Lichts 1 Student. Wir besuchten Holland: (auf der Bildschirmfolie Nr. 24) 2 Student. H. Huygens (1629-1695) - niederländischer Mathematiker, Physiker, Astronom. Erfand eine Pendeluhr mit Auslöser, stellte die Schwingungsgesetze eines physikalischen Pendels auf. Erstellt und veröffentlicht die Wellentheorie des Lichts. Er verbesserte das Teleskop, konstruierte ein Okular, entdeckte den Saturnring und seinen Trabanten Titan. Er wurde zum Mitglied der Royal Society of London gewählt. Teil seiner Arbeit: Nach seinem Tod wurden die Ergebnisse einer Studie über elastische Stoß- und Zentrifugalkraft veröffentlicht (Folie Nr. 25 auf dem Bildschirm). 3 Schüler. H. Huygens widersetzte sich der Korpuskulartheorie des Lichts. Huygens' Wellentheorie des Lichts erklärte solche optischen Phänomene wie Interferenz und Beugung, die die Korpuskulartheorie nicht erklären konnte. Nach der Wellentheorie von Huygens ist Licht eine Welle, die sich in einem speziellen hypothetischen (elastischen) Medium ausbreitet, dem Äther, das den gesamten Raum und alle Körper erfüllt (Folie Nr. 25 auf dem Bildschirm - eine Schlussfolgerung erscheint auf einen Klick, ein Bild erscheint auf ein zweiter Klick). 5. NEIN: Land: England, Wissenschaftler: Thomas Jung, Entwicklung der Wellentheorie des Lichts Land: Frankreich, Wissenschaftler: Augustin Jean Fresnel, Entwicklung der Wellennatur des Lichts 1 Student. Wir besuchten England und besuchten Frankreich (auf der Bildschirmfolie Nr. 26) 2 Studenten. Young Thomas (1773-1829), englischer Physiker. Im Alter von 21 Jahren (1794) wurde er Mitglied der Royal Society. Hab in Medizin promoviert. Eröffnung einer Privatpraxis in London. Jungs Forschungen auf dem Gebiet der Optik bildeten die Grundlage für seinen Artikel "Der Mechanismus des Auges" (1800), in dem er die Natur der Akkommodation, des Astigmatismus und des Farbensehens erklärte. Er wurde zum Professor am Royal Institute ernannt. Einer der Begründer der Wellentheorie des Lichts. 1803 erklärte er das Phänomen der Lichtinterferenz. Er stellte eine Hypothese über die Transversalität von Lichtschwingungen auf. Gemessen die Wellenlängen von Licht verschiedener Farben. In der Elastizitätstheorie gehört Young zum Studium der Scherverformung (auf dem Bildschirm Folie Nr. 27 - beim ersten Klicken erscheint ein Foto). 3 Schüler. T. Jung führte erstmals den Begriff „Interferenz“ ein. Jung entdeckte die Interferenz, indem er dieses Phänomen für Wasserwellen beobachtete. Die Ergebnisse seiner optischen Forschung stellte Jung auf einer wissenschaftlichen Tagung der Royal Society of London vor und veröffentlichte sie Anfang des 19. Jahrhunderts auch. Aber trotz der Überzeugungskraft von Jungs Werken wollte niemand sie anerkennen. es bedeutete, konventionelle Weisheiten aufzugeben und sich darüber hinaus Newtons Autorität zu widersetzen. Jungs Arbeit blieb unbemerkt, und in der Presse erschien sogar ein Artikel mit groben Angriffen auf ihn. 4 Schüler. Fresnel Augustin Jean (1788-1827), französischer Physiker, einer der Schöpfer der Wellentheorie des Lichts. Fresnels Arbeiten sind der physikalischen Optik gewidmet. Er begann selbstständig Physik zu studieren und begann bald mit Experimenten in der Optik. 1815 entdeckte er das Prinzip der Interferenz wieder und fügte den Experimenten von T. Jung mehrere neue hinzu. 1821 bewies er die Transversalität von Lichtwellen, 1823 stellte er die Gesetze der Lichtpolarisation auf. Erfand eine Reihe von Interferenzgeräten. 1823 wurde Fresnel zum Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften gewählt. 1825 wurde er Mitglied der Royal Society of London. Der französische Ingenieur und spätere berühmte Physiker O. Fresnel begann ab 1814 mit der Erforschung der Phänomene der Interferenz und Beugung. Er wusste nichts von Jungs Arbeit, aber wie er sah er in diesen Phänomenen einen Beweis für die Wellentheorie des Lichts. Trotz aller Schwierigkeiten, mit denen die Hypothese der Transversalität von Lichtwellen konfrontiert war, begann die Wellentheorie, das Licht allmählich zu siegen und die Korpuskulartheorie des Lichts zu verdrängen (Folie Nr. 27 auf dem Bildschirm - ein Foto erscheint beim zweiten Klick ). (Nach den Ergänzungen des Lehrers erscheint ein Fazit auf Folie Nr. 27 durch Anklicken) 2. Präsentation der Ergebnisse der Arbeit des NO (15 - 20 Min.): Lehrer. Jetzt beginnen wir damit, die Ergebnisse unserer wissenschaftlichen Reise zu präsentieren. Zu Beginn des Unterrichts haben wir uns das Problem gestellt - die Natur des Lichts herauszufinden. Vergessen Sie bei Präsentationen nicht, die OK-Vorlage auszufüllen (auf den Schülertischen liegen Blätter mit einer Vorlage für die Referenznotizen aus). Der erste große Fortschritt in der Erforschung der Natur des Lichts war die Messung der Lichtgeschwindigkeit. Es stellte sich heraus, dass die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit nicht unendlich groß ist. Das Problem der Messung der Lichtgeschwindigkeit wurde erstmals von Galileo (16. Jahrhundert) formuliert, der die Frage nach der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit aufwarf. Aber er konnte die Frage, die er stellte, nicht beantworten. Die Lichtgeschwindigkeit wurde schließlich gemessen (auf Bildschirmfolie Nr. 21). I ABER: (Dänemark, Römer) - Schülervorstellungen (Präsentationsfolien Nr. 14-16). Lehrer Ergänzungen. Römer selbst erhielt aufgrund der geringen Messgenauigkeit und ungenauen Kenntnis des Radius der Erdumlaufbahn einen Wert von 215.000 km/s für die Lichtgeschwindigkeit. II NO: (Frankreich, Fizeau) - Studentenaufführungen (Präsentationsfolien Nr. 17-20). Lehrer Ergänzungen. Genauer gesagt wurde die Lichtgeschwindigkeit nach 1960 gemessen, als der erste Laser zu arbeiten begann. Nach modernen Daten entspricht die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum dem Wert, den Sie auf dem Bildschirm (Folie Nr. 21) sehen, mit einer Genauigkeit von + (-) 0,2 m/s. Ungefähr c \u003d 3 * 108 m / s (muss beachtet werden). Wo sind Sie dieser Figur begegnet? (Dieser experimentell ermittelte Wert stimmt mit dem von Maxwell vorhergesagten und erstmals von Hertz experimentell gemessenen Wert überein - der Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen). Der Wert der Lichtgeschwindigkeit hilft dabei, die Natur des Lichts zu bestimmen. Seit der Antike interessiert sich der Mensch für die Natur des Lichts. Es gab verschiedene Legenden, Mythen, Hypothesen, wissenschaftliche Arbeiten. Im 16. Jahrhundert kannte der Mensch die Natur des Lichts noch nicht. Im 17. Jahrhundert begannen fast gleichzeitig völlig unterschiedliche Theorien darüber zu existieren, was Licht ist, was seine Natur ist?! III ABER: (England, Newton) - Schülerleistungen (Präsentationsfolien Nr. 22-23). IV NO: (Holland, Huygens) - Schüleraufführungen (Präsentationsfolien Nr. 24-25). Lehrer Ergänzungen. Schlussfolgerung: Die erste Theorie besagt: Licht ist ein Teilchenstrom, der von einer Quelle in alle Richtungen kommt; Die zweite Theorie besagt: Licht ist eine Welle, die sich in einem speziellen hypothetischen Medium ausbreitet - dem Äther. V NO: (England, T. Jung; Frankreich, O. Fresnel) - Schüleraufführungen (Präsentationsfolien Nr. 26-27). Lehrer Ergänzungen. So wurde eine Wendung zur Wellennatur des Lichts gemacht. Eine Reihe von Experimenten, die im 19. Jahrhundert durchgeführt wurden, sowie die Arbeiten von Maxwell, die dann in den Experimenten von Hertz bestätigt wurden, bewiesen die Gültigkeit der Wellentheorie: Licht breitet sich als elektromagnetische Welle aus. III. Letzter Teil der Lektion Nachbesprechung (5 min): Welches Produkt haben wir bekommen? Kommen wir zurück zu deinem OK. Bitte beachten Sie, dass Sie alles ausgefüllt haben. Vergleichen wir Ihre Referenznotizen (MC) mit denen auf dem Bildschirm (Präsentationsfolie Nr. 28). Aber was ist mit Newtons Theorie? Er hatte die brillante Idee, dass Licht als Teilchen betrachtet werden kann. Hatte er recht? Und er hatte recht, denn. Im 20. Jahrhundert begannen sich die Vorstellungen über die Natur des Lichts zu ändern, als die Quanteneigenschaften des Lichts entdeckt wurden, mussten sich die Wissenschaftler an die Korpuskulartheorie erinnern. Was ist die Natur des Lichts? Fazit: Licht hat eine duale Natur - Korpuskularwelle (Präsentationsfolie Nr. 29, beim ersten Klick erscheint die Ausgabe, beim zweiten Klick erscheint das Bild). Licht ist ein Teilchenstrom; Licht ist eine Welle. „Was nicht klar ist, soll geklärt werden“ (Konfuzius). Dies erfahren Sie später (Präsentationsfolien Nr. 30-37, Musik erklingt nach Anklicken des Hyperlinks). Hausaufgaben: S. 168-170, S. 59, ind. Aufgabe S. 60. Zur Vorbereitung habe ich folgende Seiten verwendet: 1. http://nsportal.ru 2. http://festival.1september.ru/articles/614775/ 3. https://videouroki.net/razrabotki/ fizika/uroki -1/11-class/3 4. https://infourok.ru/konspekt_otkrytogo_uroka_po_fizike_otrazhenie_sveta_11_klass-565783.htm

Fragen über die Natur des Lichts und die Ausbreitungsgesetze wurden von griechischen Philosophen aufgeworfen. Euklid (300 v. Chr.) erklärte die visuelle Wahrnehmung durch visuelle Strahlen, die von den Augen ausgehen, die das Objekt fühlen. Er formulierte auch das Gesetz der geradlinigen Ausbreitung des Lichts. Die Optik erlebte im späten 16. und frühen 17. Jahrhundert eine rasante Entwicklung, als der niederländische Wissenschaftler Jansen (1590) das erste Mikroskop mit zwei Linsen baute und Galileo (1609) mit seinem Teleskop eine Reihe astrologischer Entdeckungen machte (Wiener Phasen, Jupitermonde, Berge auf dem Mond). 1620 stellte schließlich der niederländische Wissenschaftler Snell das Brechungsgesetz auf, das in der für uns üblichen Form von dem französischen Wissenschaftler Descartes niedergeschrieben wurde.

Einen großen Beitrag zur Entwicklung der Optik leistete Isaac Newton (Ende des 17. Jahrhunderts). Basierend auf der Geradlinigkeit des Lichts sowie den Reflexions- und Brechungsgesetzen schlug er vor, dass Licht ein Strom von Teilchen ist, die von einem leuchtenden Körper ausgesandt werden und gemäß den mechanischen Gesetzen mit großer Geschwindigkeit fliegen. Er konnte die Geradlinigkeit der Lichtausbreitung in einem homogenen Medium erklären, Teilchen bewegen sich durch Trägheit. Reflexionsgesetz: Korpuskeln werden an der Grenze zweier Medien reflektiert, wie Kugeln an einer ebenen Fläche. Newton erklärte auch das Brechungsgesetz, aber nicht durch eine Abnahme, sondern durch eine Zunahme der Bewegungsgeschwindigkeit von Teilchen in einem dichteren Medium. Newton zeigte auch, dass weißes Licht zusammengesetzt ist und „reine Farben“ enthält, deren Teilchen sich in der Masse unterscheiden: Die violetten Teilchen sind die leichtesten und die roten Teilchen die schwersten (ich habe es nicht erraten).

Zusammen mit Newtons Korpuskularkonzept des Lichts entstand und entwickelte sich im 17. Jahrhundert die Hooke-Huygens-Wellentheorie (die Ausbreitung von Längsdeformationen im sogenannten Weltäther). Mit dem Huygens-Prinzip, jeder Punkt, den eine Lichtwelle erreicht hat, ist eine Quelle von Sekundärwellen, lassen sich auch das Reflexions- und Brechungsgesetz sowie die Phänomene der Beugung (Einhüllen von Hindernissen) und der Interferenz (Überlagerung) erklären.

So hatten sich bis zum Ende des 17. Jahrhunderts in der Optik zwei gegensätzliche Sichtweisen auf die Natur des Lichts (Korpuskel und Welle) herausgebildet, die beide die Grundgesetze der geometrischen Optik erklärten, aber jeweils ihre eigenen Mängel aufwiesen. Huygens konnte die Streuung unterschiedlicher Brechungsindizes für verschiedene Farben nicht erklären (Newton konnte es). Aber Newton musste, als er erklärte, dass Licht teilweise reflektiert und teilweise gebrochen wird, darauf hinweisen, dass ein Korpuskel Anfälle von Reflexion und Brechung erfährt. Die Autorität von Newton führte jedoch dazu, dass die meisten Physiker im 18. Jahrhundert der Korpuskulartheorie des Lichts zugeneigt waren. Beide Theorien können weder die 1724 von Bartalimus entdeckte Doppelbrechung noch das Phänomen der Lichtkorrelation erklären. 1717 zeigte Newton, dass die Korrelation von Licht nur durch Transversalwellen erklärt werden kann, was seiner Ansicht nach die Wellentheorie des Lichts widerlegt. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts entwickelten Mathematiker die Theorie der Schwingungen und Wellen, die erfolgreich auf einige optische Phänomene angewendet wurde. So stellte der englische Wissenschaftler Jung 1801 das Prinzip der Interferenz auf, Fresnel (1815) verdeutlichte das Huygens-Prinzip und fügte hinzu, dass Sekundärwellen interferieren, und dies ermöglichte es, die Interferenz von Licht zu erklären. Auf der Grundlage der Experimente von Faraday und Argo zur Interferenz von polarisiertem Licht schlug Jung vor, dass Licht eine Transversalwelle ist, es sei notwendig, dem Äther elastische Eigenschaften zuzuschreiben (das heißt, der Äther ist keine Flüssigkeit oder Gas, sondern ein fester Körper).



Faradays Experimente von 1846 zur Wechselwirkung mit einem Magnetfeld sowie Maxwells Forschungen von 1845 ermöglichten den Nachweis, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist. Die Maxwellsche Theorie ermöglichte es, die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen und damit von Licht in verschiedenen Medien zu erklären und zu quantifizieren. Es schien, dass die Wellentheorie gewann, aber die Ergebnisse der Untersuchung der spektralen Eigenschaften der Strahlung eines absoluten schwarzen Körpers, die Ende des 19. Jahrhunderts erschienen. 1901 zeigte Planck, dass die Emission und Absorption elektromagnetischer Wellen nicht kontinuierlich erfolgt. Elektromagnetische Wellen werden in Portionen (Quanten) ausgesandt, und die Energie jeder Portion wird nur durch die Frequenz E = h bestimmt v. Einstein erklärte 1905 die Gesetze des photoelektrischen Effekts, indem er Lichtteilchen - Photonen - einführte. Das heißt, Einstein zeigte, dass Licht nicht nur von Quanten absorbiert und emittiert wird, sondern sich auch in Form von Teilchen ausbreitet, während es eine Welle bleibt. Diese Entdeckungen von Planck und Einstein führten zur Entstehung der Quantenmechanik, die sich im Laufe des 20. Jahrhunderts entwickelte.

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