snímka 2
Prvé myšlienky o svetle
Do staroveku patria aj prvé predstavy o tom, čo je svetlo. V dávnych dobách boli predstavy o podstate svetla veľmi primitívne, fantastické a navyše veľmi rôznorodé. Napriek rôznorodosti názorov staroveku na povahu svetla však už v tom čase existovali tri hlavné prístupy k riešeniu problému povahy svetla. Tieto tri prístupy sa následne formovali v dvoch konkurenčných teóriách – korpuskulárnej a vlnovej teórii svetla. Drvivá väčšina starovekých filozofov a vedcov považovala svetlo za akýsi druh lúčov spájajúcich svietiace telo a ľudské oko. Zároveň sa rozlišovali tri hlavné pohľady na povahu svetla. Eye->item Item->eye Movement
snímka 3
Prvá teória
Niektorí starí vedci verili, že lúče pochádzajú z očí človeka, zdá sa, že cítia predmetný predmet. Tento názor mal spočiatku veľký počet nasledovníkov. Držali sa ho takí významní vedci a filozofi ako Euclid, Ptolemaios a mnohí ďalší. Avšak neskôr, už v stredoveku, takáto predstava o povahe svetla stráca svoj význam. Čoraz menej vedcov sa riadi týmito názormi. A na začiatku XVII storočia. tento uhol pohľadu možno považovať už za zabudnutý. Euklides Ptolemaios
snímka 4
Druhá teória
Iní filozofi sa naopak domnievali, že lúče sú vyžarované svietiacim telesom a po dosiahnutí ľudského oka nesú odtlačok svietiaceho objektu. Tento názor zastávali atomisti Democritus, Epicurus, Lucretius. Tento uhol pohľadu na povahu svetla sa neskôr, v 17. storočí, sformoval v korpuskulárnej teórii svetla, podľa ktorej je svetlo prúd nejakých častíc vyžarovaných svietiacim telesom. Democritus Epicurus Lucretius
snímka 5
Tretia teória
Tretí uhol pohľadu na povahu svetla vyjadril Aristoteles. Svetlo nepovažoval za výstup niečoho zo svietiaceho predmetu do oka, a ešte viac nie za nejaký druh lúčov vyžarujúcich z oka a cítiaci predmet, ale za akciu alebo pohyb šíriaci sa v priestore (v prostredí) . Len málo ľudí zdieľalo názor Aristotela v jeho dobe. Ale neskôr, opäť v 17. storočí, sa jeho názor rozvinul a položil základy vlnovej teórie svetla. Aristoteles
snímka 6
Stredovek
Najzaujímavejšia práca o optike, ktorá sa k nám dostala zo stredoveku, je práca arabského vedca Alhazena. Študoval odraz svetla od zrkadiel, fenomén lomu a prechod svetla šošovkami. Vedec sa pridŕžal Demokritovej teórie a prvýkrát vyjadril myšlienku, že svetlo má konečnú rýchlosť šírenia. Táto hypotéza bola hlavným krokom k pochopeniu podstaty svetla. Alhazen
Snímka 7
17 storočie
Na základe početných experimentálnych faktov v polovici 17. storočia vznikli dve hypotézy o podstate svetelných javov: Newtonova korpuskulárna teória, ktorá predpokladala, že svetlo je prúd častíc vyvrhnutých veľkou rýchlosťou svietiacimi telesami. Huygensova vlnová teória, ktorá tvrdila, že svetlo je pozdĺžny kmitavý pohyb špeciálneho svietivého prostredia (éteru), excitovaného vibráciami častíc svietiaceho telesa.
Snímka 8
Hlavné ustanovenia korpuskulárnej teórie
Svetlo sa skladá z malých častíc hmoty vyžarovaných vo všetkých smeroch v priamych líniách alebo lúčoch, ktoré svietia telom, ako je horiaca sviečka. Ak tieto lúče, pozostávajúce z teliesok, vstúpia do nášho oka, potom vidíme ich zdroj. Svetlé telieska majú rôzne veľkosti. Najväčšie častice, ktoré sa dostanú do oka, dávajú pocit červenej farby, najmenšie - fialové. Biela farba je zmesou všetkých farieb: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová, fialová. K odrazu svetla od povrchu dochádza v dôsledku odrazu teliesok od steny podľa zákona absolútneho elastického nárazu.
Snímka 9
Fenomén lomu svetla sa vysvetľuje skutočnosťou, že častice média sú priťahované. Čím je médium hustejšie, tým je uhol lomu menší ako uhol dopadu. Fenomén rozptylu svetla, ktorý objavil Newton v roku 1666, vysvetlil nasledovne. „Každá farba je už prítomná v bielom svetle. Všetky farby sa prenášajú cez medziplanetárny priestor a atmosféru spolu a vytvárajú efekt bieleho svetla. Biele svetlo - zmes rôznych teliesok - sa pri prechode hranolom láme. Newton načrtol spôsoby vysvetlenia dvojitého lomu na základe hypotézy, že svetelné lúče majú „rôzne strany“ – špeciálnu vlastnosť, ktorá spôsobuje ich rozdielny lom pri prechode cez dvojlomné teleso.
Snímka 10
Newtonova korpuskulárna teória uspokojivo vysvetlila mnohé v tom čase známe optické javy. Jej autor sa tešil obrovskej prestíži vo vedeckom svete a čoskoro si Newtonova teória získala mnoho priaznivcov vo všetkých krajinách. Najväčší vedci, ktorí sa držia tejto teórie: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac. Na základe korpuskulárnej teórie bolo ťažké vysvetliť, prečo svetelné lúče, križujúce sa v priestore, na seba nijako nepôsobia. Svetelné častice sa predsa musia zraziť a rozptýliť (vlny prechádzajú cez seba bez vzájomného ovplyvňovania) Newton Arago Gay-Lussac
snímka 11
Hlavné ustanovenia vlnovej teórie
Svetlo je rozloženie elastických periodických impulzov v éteri. Tieto impulzy sú pozdĺžne a sú podobné zvukovým impulzom vo vzduchu. Éter je hypotetické médium, ktoré vypĺňa nebeský priestor a medzery medzi časticami telies. Je beztiažový, nepodriaďuje sa zákonu univerzálnej gravitácie a má veľkú elasticitu. Princíp šírenia kmitov éteru je taký, že každý jeho bod, do ktorého sa dostane excitácia, je stredom sekundárnych vĺn. Tieto vlny sú slabé a efekt je pozorovaný len tam, kde prechádza ich obalový povrch – čelo vlny (Huygensov princíp). Čím ďalej je vlnoplocha od zdroja, tým je plochejšia. Svetelné vlny prichádzajúce priamo zo zdroja spôsobujú pocit videnia. Veľmi dôležitým bodom Huygensovej teórie bol predpoklad, že rýchlosť šírenia svetla je konečná.
snímka 12
vlnová teória
Pomocou teórie sú vysvetlené mnohé javy geometrickej optiky: – fenomén odrazu svetla a jeho zákonitosti; - fenomén lomu svetla a jeho zákonitosti; – fenomén úplného vnútorného odrazu; - jav dvojitého lomu; - princíp nezávislosti svetelných lúčov. Huygensova teória dala nasledujúci výraz pre index lomu média: Zo vzorca je zrejmé, že rýchlosť svetla by mala závisieť nepriamo od absolútneho indexu média. Tento záver bol opakom záveru, ktorý vyplýva z Newtonovej teórie.
snímka 13
Mnohí pochybovali o Huygensovej vlnovej teórii, ale medzi pár zástancov vlnových názorov na povahu svetla patrili M. Lomonosov a L. Euler. Z výskumu týchto vedcov sa Huygensova teória začala formovať ako teória vĺn, a nie len aperiodických kmitov šíriacich sa v éteri. Priamočiare šírenie svetla, vedúce k vzniku ostrých tieňov za predmetmi (podľa korpuskulárnej teórie je priamočiary pohyb svetla dôsledkom zákona zotrvačnosti) bolo ťažké vysvetliť len z pohľadu vlnovej teórie. . Huygens Lomonosov Euler
Snímka 14
storočia XI-XX
V druhej polovici 19. storočia Maxwell ukázal, že svetlo je špeciálnym prípadom elektromagnetických vĺn. Maxwellova práca položila základy elektromagnetickej teórie svetla. Po experimentálnom objave elektromagnetických vĺn Hertzom nebolo pochýb o tom, že svetlo sa pri šírení správa ako vlna. Ani teraz nie sú žiadne. Začiatkom 20. storočia sa však predstavy o povahe svetla začali radikálne meniť. Zrazu sa ukázalo, že odmietnutá korpuskulárna teória je stále relevantná pre realitu. Ukázalo sa, že pri emisii a absorpcii sa svetlo správa ako prúd častíc. Maxwell Hertz
snímka 15
Boli objavené diskontinuálne (kvantové) vlastnosti svetla. Vznikla neobvyklá situácia: javy interferencie a difrakcie sa ešte dali vysvetliť tak, že svetlo sa bude považovať za vlnu a javy žiarenia a absorpcie sa budú považovať za prúd častíc. Preto sa vedci zhodli na názore o korpuskulárno-vlnnom dualizme (dualite) vlastností svetla. Dnes sa teória svetla naďalej rozvíja.
Zobraziť všetky snímky
Predmet:
Vývoj názorov na povahu svetla. Rýchlosť svetla.
(Fyzika. 11. ročník)
Vyplnil: učiteľ fyziky
MOU "Stredná škola č. 6"
Kirov, región Kaluga
Kochergina V.E.
2010
Na konci 17. storočia takmer súčasne vznikli dve zdanlivo sa navzájom vylučujúce teórie svetla.
Spoliehali sa na dva možné spôsoby prenosu akcie zo zdroja do prijímača.
I. Newton navrhol korpuskulárnu teóriu svetla, podľa ktorej je svetlo prúd častíc vychádzajúcich zo zdroja všetkými smermi (prenos látok).
H. Huygens vypracoval vlnovú teóriu, v ktorej sa svetlo považovalo za vlny šíriace sa v špeciálnom prostredí – éteri, ktoré vypĺňa celý priestor a preniká do všetkých telies (zmena skupenstva média).
Newton Huygens
čo je svetlo?
Svetlo má podľa predstáv modernej fyziky súčasne vlastnosti spojitých elektromagnetických vĺn a vlastnosti diskrétnych častíc, ktoré sa nazývajú fotóny alebo svetelné kvantá.
Dualita vlastností svetla sa nazýva dualizmus korpuskulárnych vĺn.
Dve veľké konfrontácie vo vede. Etapy vývoja predstáv o povahe svetla.
Išlo o prvý známy pokus o experimentálne určenie rýchlosti svetla od Galilea Galileiho. Oneskorenie signálu však nebolo možné zistiť kvôli vysokej rýchlosti svetla.
Prvé experimentálne určenie rýchlosti svetla urobil dánsky astronóm Olaf Römer v roku 1675.
Vydelením priemeru zemskej obežnej dráhy časom oneskorenia sa získala hodnota rýchlosti svetla:
c \u003d 3 * 1011 m / 1320 s
s = 2,27 x 108 m/s
- Získaný výsledok mal veľkú chybu.
Prvé laboratórne meranie rýchlosti svetla urobil v roku 1849 francúzsky fyzik Armand Fizeau.
V jeho experimente svetlo zo zdroja S prešlo cez prerušovač K (zuby rotujúceho kolesa) a odrazené od zrkadla Z sa vrátilo opäť do ozubeného kolesa.
Fizeauova metóda:
Možnosti nastavenia Fizeau sú nasledovné. Zdroj svetla a zrkadlo sa nachádzali v dome Fizeauovho otca neďaleko Paríža a zrkadlo - na Montmartri. Vzdialenosť medzi zrkadlami bola ℓ ~ 8,66 km, koleso malo 720 zuby. Otáčal sa pôsobením hodinového stroja uvádzaného do pohybu klesajúcim závažím. Pomocou otáčkomera a chronometra Fizeau zistil, že prvý výpadok prúdu nastáva pri rýchlosti kolesa v = 12,6 ot./min. Čas cesty svetla t=2 ℓ/c, teda dáva s = 3,14 108 m/s
Napriek značnej chybe merania mal Fizeauov experiment veľký význam – bola preukázaná možnosť určenia rýchlosti svetla „pozemskými“ prostriedkami.
Americký fyzik A. Michelson vyvinul dokonalú metódu na meranie rýchlosti svetla pomocou rotujúcich zrkadiel.
Michelsonova metóda:
V súlade s metódami priameho merania sa rýchlosť svetla vo vákuu teraz rovná
s =299792458 + 1,2 m/s
Konečnosť rýchlosti svetla sa dokazuje experimentálne priamymi a nepriamymi metódami.
V súčasnosti sa pomocou laserovej technológie rýchlosť svetla určuje meraním vlnovej dĺžky a frekvencie rádiového vyžarovania metódami navzájom nezávislými a vypočítava sa podľa vzorca :
"Koľko rýchlostí má svetlo?"
Až do náznakov zmeny sčasom nie, ale fyzika nemôže takúto možnosť bezpodmienečne odmietnuť. No ostáva čakať
správy o nových meraniach rýchlosti svetla. Tieto merania môžu poskytnúť oveľa viac poznaniu prírody, nevyčerpateľnej v jej rozmanitosti.
Účel hodiny: formovať predstavy študentov o povahe svetla; korpuskulárne alebo vlnové; podľa určenia a následne zmeranej rýchlosti svetla.
Počas vyučovania
1. Analýza kontrolnej práce.
2. Učenie sa nového materiálu
Newtonova korpuskulárna teória. Huygensova vlnová teória.
1. Svetlo sa šíri vo forme prúdu 1. Svetlo sa šíri v éteri
Častice (telieska) - 17. storočie. ako prúd vĺn - 17. storočie.
Dôkaz: Priamočiary Dôkaz: Nezávislosť
Šírenie svetla, tvorba lúčov svetla na križovatke.
Tiene. V roku 1802 Jung získal difrakciu svetla,
V 19. storočí objav fotoelektrického javu a v roku 1803_ - interferencia svetla,
Dokázané, že svetlo je prúd častíc. dokazuje, že svetlo sú vlny.
Tieto častice sa nazývajú kvantá. Maxwell dokázal, že svetlo je
Elektromagnetické vlny.
Moderné predstavy o povahe svetla: svetlo má korpuskulárno-vlnový dualizmus - je vyžarované a absorbované po častiach a šíri sa vo forme vĺn.
Rýchlosť svetla.
1. Astronomická metóda na meranie rýchlosti svetla.
Dánsky astronóm O. Römer pri pozorovaní zatmení satelitu Io, ktorý je najbližšie k planéte Jupiter, si všimol oneskorenie jeho objavenia sa z tieňa planéty. Z tohto oneskorenia 22 minút dokázal vypočítať rýchlosť svetla.
Roemerove výpočty boli približné, no hlavne dokázal, že svetlo sa nešíri okamžite, ale má konečnú rýchlosť.
2. Laboratórne metódy merania rýchlosti svetla.
V roku 1849 dokázal I. Fizeau (Francúz) zmerať rýchlosť svetla pomocou laboratórnej metódy.
Svetlo zo zdroja dopadá na priesvitnú dosku a z nej na rýchlo sa otáčajúce ozubené koleso. Svetlo prešlo štrbinou medzi zubami a dopadlo na zrkadlo umiestnené vo vzdialenosti 8,6 km. Svetlo odrazené od zrkadla opäť dopadlo do štrbiny medzi zubami.
Fizeau, ktorý poznal čas prechodu zuba, ktorý sa rovnal prechodu svetla do zrkadla a späť, vypočítal rýchlosť svetla. Podľa jeho výpočtov to bolo rovných 313 000 km/s.
Na meranie rýchlosti svetla bolo vyvinutých mnoho ďalších presnejších laboratórnych metód. Ide o inštaláciu francúzskeho fyzika Foucaulta, amerického vedca Michelsona a inštalácie ďalších vedcov.
Podľa moderných meraní je rýchlosť svetla vo vákuu 299792458 m/s CITÁT .
Rýchlosť svetla v akomkoľvek médiu je menšia ako vo vákuu. Napríklad vo vode je to 3/4 rýchlosti vo vákuu.
Veľký význam pre vývoj a štúdium optických javov malo meranie rýchlosti svetla. Ukázalo sa, že žiadne teleso ani častica sa nemôžu pohybovať rýchlejšie ako svetlo.
Konsolidácia študovaného materiálu
1. Aké dve teórie o povahe svetla sa objavili v 17. storočí?
31. Vývoj názorov na povahu svetla. Rýchlosť svetla. Huygensov princíp. Zákon odrazu svetla. (Aslapovskaya S. V.)
Text lekcie
Abstraktné
Názov predmetu: Fyzika Grade: 11 TMC: Physics Grade 11, G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, 2010. Úroveň vzdelania: základná Téma hodiny: "Vývoj názorov na povahu svetla. Rýchlosť svetla. Huygensov princíp. Zákon odrazu svetla." Celkový počet hodín pridelených na štúdium témy: 19 Miesto hodiny v systéme hodín na tému: prvá hodina štúdia témy „Optika“. Účel lekcie: poskytnúť vnímanie a pochopenie podstaty podstaty svetla. Ciele lekcie: Dozvedieť sa o prínose vedcov z rôznych krajín k rozvoju myšlienok o povahe svetla. Na základe získaných informácií vyvodzujte závery o povahe svetla. Vytvorte referenčný abstrakt "Vývoj názorov na povahu svetla." Plánované výsledky: študenti by si mali uvedomiť, aká náročná je cesta ľudského poznania prírodných javov, zopakovať si zákony odrazu svetla, získať predstavu o Huygensovom princípe. Technické zabezpečenie hodiny: multimediálny projektor, prezentácia na hodinu, písomky. Doplnková metodická a didaktická podpora hodiny (možné sú odkazy na internetové zdroje): dátum a téma hodiny je napísaný na tabuľu, tabuľky sú usporiadané pre prácu v skupinách (po 2 žiakoch). Príprava na hodinu: vytvoria sa skupiny, na stoloch je pracovný materiál (archív s potrebnou literatúrou, dokumentmi a úlohou, ktorú musí DO splniť). Učiteľ vysvetľuje ciele a ciele hodiny. Vo vyhradenom čase si skupiny pripravia úlohu. Obsah lekcie. I. Úvodná časť vyučovacej hodiny 1. Organizačná fáza (1 min). Trieda je rozdelená do 5 skupín vopred vytvorených učiteľom (vedecké spoločnosti (NS)), z ktorých každá má vedúceho NO, literárneho kolegu a výskumníka. Skupiny dostanú úlohu a zdroje informácií potrebné na jej realizáciu. 2. Aktualizácia duševnej činnosti (2 min). učiteľ. Dobré popoludnie všetkým, sadnite si! Aký krásny je tento svet plný svetla! Čo je pre teba svetlo? Aké asociácie vo vás vyvoláva slovo svetlo? (snímky prezentácie od č. 1-8 s hudobným sprievodom sa posúvajú na obrazovke (kliknutím na hypertextový odkaz)). učiteľ. Svetlo je žiarivá energia vnímaná okom, ktorá zviditeľňuje svet. Svetlo vstúpilo do nášho domu. Ako sa zrodil a vznikol? V jeho povahe je tajomstvo a mnoho rokov sa vedie spor. 3. Účel a ciele vyučovacej hodiny (2 min). Na obrazovke snímka č. 9-12 Úlohy: Zistite, ako prispeli vedci z rôznych krajín k rozvoju predstáv o povahe svetla (na vyriešenie tohto problému sa vyberieme na virtuálny vedecký výlet). Urobte závery o povahe svetla na základe prijatých informácií (tento problém vyriešite vystúpením v programe „Zjavné a neuveriteľné“ s výsledkami vašej vedeckej cesty). Vytvorte referenčný abstrakt "Vývoj názorov na povahu svetla." Každý z vás má na stole OK maticu, ktorú musíte vyplniť (tento problém budete riešiť počas celej hodiny). Už som povedal, že dnes nebudeme len pracovať, ale budeme pracovať podľa plánu-úlohy programu „Zjavné a neuveriteľné“. Odporúčam vám ísť na virtuálny vedecký výlet do rôznych krajín a rôznych období, aby ste pracovali v archívoch, študovali literatúru, dokumenty a zistili, čo vedci z rôznych krajín urobili, aby zistili povahu svetla. Musíte tiež pripraviť a prezentovať výsledky svojej práce. 5 vedeckých spoločností (NO) ide na služobnú cestu do týchto krajín: Dánsko, Francúzsko, Anglicko, Holandsko (na obrazovke snímka č. 13: mapa sveta s týmito krajinami, kliknutím na pomenovanú krajinu sa označí mapa). Každá vedecká spoločnosť má na stoloch archív s potrebnou literatúrou, dokumentmi a úlohou, ktorú musí DO splniť. Cesta trvá 10 minút. Počas tejto doby bude znieť hudba a hneď ako skončí, musíte na programe vystúpiť s výsledkami svojej práce. Poprosím vás teda o spustenie úlohy (hudba zaznie po kliknutí na hypertextový odkaz „zavolať“ na snímke č. 13). II. Hlavná časť lekcie. 1. Samostatná práca žiakov v skupinách (10 min, príprava žiakov na vystúpenia NIE): Prvá NIE: Krajina: Dánsko, vedec: Olaf Römer, 1676 - astronomická metóda merania rýchlosti svetla. Vedúci NO (informuje, kde boli) Literárni pracovníci (vybrať materiál o vedcovi) Vedeckí pracovníci (pripravujú správu o spôsobe merania rýchlosti svetla (teória podstaty svetla)) Príklady odpovedí NIE: 1 študent. Naše VUT navštívilo Dánsko. Pracovali sme v Akadémii vied na oddelení, kde sa zhromažďujú dokumenty o Olafovi Römerovi (1644-1710), ktorý astronomickou metódou meral rýchlosť svetla (na obrazovke snímka č. 14). 2 študent. Römer Olaf Christensen (1644-1710), dánsky fyzik a astronóm. V roku 1676 urobil dôležitý objav: dokázal konečnosť rýchlosti svetla a zmeral jeho veľkosť. Vedcovo posolstvo na stretnutí Parížskej akadémie vied však bolo ostro kritizované. Napriek kritike jeho závery prijali H. Huygens, Leibniz, I. Newton. Konečná platnosť Roemerovej teórie bola potvrdená v roku 1725. po objavení fenoménu aberácie svetla astronómom Bradleym. Po návrate do Dánska v roku 1681 viedol katedru matematiky na univerzite v Kodani a vytvoril observatórium. Podieľal sa aj na politickom a spoločenskom živote Dánska. Na sklonku života sa stal predsedom Štátnej rady. Vynašiel nové astronomické prístroje. Römerovo meno je zapísané na mape Mesiaca (na obrazovke snímka č. 15). 3 študent. V roku 1676 pri pozorovaní zatmenia Jupiterovho mesiaca Io objavil Römer. Že keď Zem za šesť mesiacov prejde na druhú stranu Slnka, vzdialenejšiu od Jupitera, potom sa Io objaví o 22 minút neskôr, ako je vypočítaný čas. Toto oneskorenie bolo vysvetlené zväčšením vzdialenosti od Jupitera k Zemi. Pri znalosti veľkosti zemskej dráhy a času oneskorenia vypočítal Roemer rýchlosť šírenia svetla (na obrazovke snímka č. 15: kliknutím na hypertextový odkaz „diagram metódy“, snímka č. 16 – schéma laboratórnej metódy na celej obrazovke ). C = 300 000 km/s (po dodatkoch učiteľa sa kliknutím na snímku č. 15 objaví záver na snímke č. 15) Druhé NO: Krajina: Francúzsko, vedec: Fizeau Armand Hippolyte Louis, 1849 - laboratórna metóda merania rýchlosti svetlo 1 študent. Naše VUT navštívilo Francúzsko. Pracovali sme v Parížskej akadémii vied, na oddelení, kde sa zbierajú dokumenty o Armandovi Fizeauovi, ktorý laboratórnou metódou meral rýchlosť šírenia svetla (snímka č. 17 na obrazovke). 2 študent. Fizeau (1819-1896) – francúzsky fyzik. V roku 1863 sa stal profesorom na Polytechnickej škole v Paríži. Prvým veľkým úspechom Fizeau v optike boli jeho experimenty s interferenciou svetla. V roku 1849 uskutočnil klasický experiment na určenie rýchlosti svetla. Navrhol množstvo zariadení: indukčnú cievku. Interferenčný spektroskop; skúmali kryštály pri fotografovaní. V roku 1875 bol zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti v Londýne, v roku 1866 mu bola udelená Rumfoordova medaila (snímka č. 18 na obrazovke). 3 študent. Podľa schémy: po prvý raz sa I. Fizeauovi podarilo zmerať rýchlosť svetla laboratórnou metódou v roku 1849. Experiment: svetlo zo zdroja prechádzajúce cez šošovku dopadlo na priesvitnú dosku. Po odraze od dosky bol zaostrený úzky lúč nasmerovaný na rýchlo sa otáčajúce ozubené koleso. Svetlo prešlo medzi zubami a dosiahlo zrkadlo umiestnené vo vzdialenosti niekoľkých kilometrov od kolesa. Svetlo odrazené od zrkadla sa opäť vrátilo na ozubené koleso a muselo opäť prejsť medzi zuby. Keď sa koleso pomaly otáčalo, bolo vidieť svetlo odrazené od zrkadla. Ako sa rýchlosť zvyšovala, postupne mizla. prečo? Kým svetlo prešlo do zrkadla a späť, koleso sa stihlo otočiť tak, že na mieste štrbiny stál zub a svetlo prestalo byť viditeľné. S ďalším zvýšením rýchlosti otáčania kolesa sa svetlo opäť stalo viditeľným. Počas tejto doby šírenia svetla k zrkadlu a späť sa koleso stihlo otočiť, aby sa namiesto predchádzajúcej štrbiny zdvihla nová štrbina. Poznaním tohto času a vzdialenosti medzi kolesom a zrkadlom môžete určiť rýchlosť svetla (c = 313 km/s) (po správe žiaka kliknutím na snímku č. 18 ukážka pokusu zo zbierky Na obrazovke (snímka č. 19) je zobrazený „Cyril a Metod“. (Po doplnení učiteľa sa kliknutím na snímku č. 20 objaví záver na snímke č. 20) Tretie ALE: Krajina: Anglicko, vedec: Isaac Newton, teória podstaty svetla 1 študent. Naše VUT navštívilo Anglicko. Pracovali sme v Anglickej akadémii vied na oddelení, kde sa zhromažďujú dokumenty o I. Newtonovi: (na obrazovke snímka č. 22) 2 študent. Newton Isaac (1643-1727) – anglický matematik, mechanik, astronóm a fyzik, tvorca klasickej mechaniky. Člen (1672) a prezident (1703) Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Základné diela "Matematické princípy prírodnej filozofie" (1687) a "Optika" (1704). Objavil rozptyl svetla, študoval interferenciu a difrakciu. Rozvinul korpuskulárnu teóriu svetla. Postavil zrkadlový ďalekohľad. Formuloval základné zákony klasickej mechaniky. Objavil zákon univerzálnej gravitácie, dal teóriu pohybu nebeských telies. Vytvoril základy nebeskej mechaniky (na obrazovke snímka č. 23). 3 študent. Newton bol zástancom korpuskulárnej teórie svetla – svetlo je prúd častíc-teliesok vychádzajúcich zo zdroja všetkými smermi. Táto teória ľahko vysvetlila priamočiare šírenie, odraz a lom svetla. Vynikajúci vedec Newton mal medzi svojimi kolegami veľkú autoritu, a preto väčšina z nich podporovala korpuskulárnu teóriu, pričom verila, že svetlo sa šíri ako prúd častíc, nie ako vlna (na obrazovke snímka č. 23 - po kliknutí sa objaví záver , obrázok po druhom kliknutí). Štvrté ALE: Krajina: Holandsko, vedec: Christian Huygens, teória podstaty svetla 1 študent. Navštívili sme Holandsko: (na snímke obrazovky č. 24) 2 študenti. H. Huygens (1629-1695) – holandský matematik, fyzik, astronóm. Vynašiel kyvadlové hodiny so spúšťou, stanovil zákony kmitania fyzického kyvadla. Vytvoril a zverejnil vlnovú teóriu svetla. Zdokonalil ďalekohľad, navrhol okulár, objavil prstenec Saturna a jeho satelit Titan. Bol zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Časť jeho práce: výsledky štúdie o elastickom ráze a odstredivej sile boli vytlačené po jeho smrti (na obrazovke, snímka č. 25). 3 študent. H. Huygens sa postavil proti korpuskulárnej teórii svetla. Huygensova vlnová teória svetla vysvetlila také optické javy, ako je interferencia a difrakcia, ktoré korpuskulárna teória nedokázala vysvetliť. Svetlo je podľa Huygensovej vlnovej teórie vlna šíriaca sa v špeciálnom hypotetickom (elastickom) strednom éteri, ktorá vypĺňa celý priestor a všetky telesá (snímka č. 25 na obrazovke - po kliknutí sa objaví záver, na obr. druhé kliknutie). Piata NO: Krajina: Anglicko, vedec: Thomas Jung, vývoj vlnovej teórie svetla Krajina: Francúzsko, vedec: Augustin Jean Fresnel, vývoj vlnovej podstaty svetla 1 študent. Navštívili sme Anglicko a navštívili Francúzsko (na snímke obrazovky č. 26) 2 študent. Mladý Thomas (1773-1829) anglický fyzik. Ako 21-ročný (1794) sa stal členom Kráľovskej spoločnosti. Získal doktorát z medicíny. Otvorila si súkromnú prax v Londýne. Jungov výskum v oblasti optiky tvoril základ jeho článku „Mechanizmus oka“ (1800), v ktorom vysvetlil podstatu akomodácie, astigmatizmu a farebného videnia. Bol vymenovaný za profesora Kráľovského inštitútu. Jeden zo zakladateľov vlnovej teórie svetla. V roku 1803 vysvetlil fenomén interferencie svetla. Predložil hypotézu o priečnosti svetelných vibrácií. Meria vlnové dĺžky svetla rôznych farieb. V teórii pružnosti patrí Young k štúdiu šmykovej deformácie (na obrazovke snímka č. 27 - pri prvom kliknutí sa objaví fotografia). 3 študent. T. Jung prvýkrát predstavil pojem „interferencie“. Jung objavil interferenciu pozorovaním tohto javu pre vodné vlny. Výsledky svojho výskumu v optike Jung prezentoval na vedeckom stretnutí Kráľovskej spoločnosti v Londýne a začiatkom 19. storočia ich aj publikoval. Ale napriek presvedčivosti Jungových diel ich nikto nechcel spoznať. znamenalo to opustiť konvenčnú múdrosť a navyše postaviť sa proti Newtonovej autorite. Jungova práca zostala nepovšimnutá a dokonca sa v tlači objavil článok s hrubými útokmi na neho. 4 študent. Fresnel Augustin Jean (1788-1827), francúzsky fyzik, jeden z tvorcov vlnovej teórie svetla. Fresnelove diela sa venujú fyzikálnej optike. Začal samostatne študovať fyziku a čoskoro začal robiť experimenty v optike. V roku 1815 znovu objavil princíp interferencie, pričom k experimentom T. Junga pridal niekoľko nových. V roku 1821 dokázal priečnosť svetelných vĺn, v roku 1823 stanovil zákony polarizácie svetla. Vynašiel množstvo rušivých zariadení. V roku 1823 bol Fresnel zvolený za člena Parížskej akadémie vied. V roku 1825 sa stal členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Francúzsky inžinier, ktorý sa neskôr stal slávnym fyzikom O. Fresnel, začal od roku 1814 skúmať javy interferencie a difrakcie. O Jungovom diele nevedel, no podobne ako on videl v týchto javoch dôkaz vlnovej teórie svetla. Postupne však, napriek všetkým ťažkostiam, ktorým čelila hypotéza o priečnosti svetelných vĺn, vlnová teória, svetlo začalo víťaziť a vytláčať korpuskulárnu teóriu svetla (snímka č. 27 na obrazovke - na druhé kliknutie sa objaví fotografia ). (Po doplnení učiteľa sa kliknutím zobrazí záver na snímke č. 27) 2. Prezentácia výsledkov práce NO (15 - 20 min.): Učiteľ. Teraz začíname prezentovať výsledky našej vedeckej cesty. Na začiatku hodiny sme si stanovili problém – zistiť povahu svetla. Pri prezentáciách nezabudnite vyplniť OK šablónu (na laviciach študentov sú hárky so šablónou pre referenčné poznámky). Prvým veľkým pokrokom v štúdiu povahy svetla bolo meranie rýchlosti svetla. Ukázalo sa, že rýchlosť šírenia svetla nie je nekonečne veľká. Problém merania rýchlosti svetla prvýkrát sformuloval Galileo (XVI. storočie), ktorý nastolil otázku konečnosti rýchlosti svetla. Nevedel však odpovedať na otázku, ktorú položil. Nakoniec sa zmerala rýchlosť svetla (na snímke obrazovky č. 21). I VUT: (Dánsko, Römer) - študentské vystúpenia (prezentačné snímky č. 14-16). Učiteľské dodatky. Samotný Roemer vďaka nízkej presnosti meraní a nepresnej znalosti polomeru obežnej dráhy Zeme získal pre rýchlosť svetla hodnotu 215 000 km/s. II NO: (Francúzsko, Fizeau) - študentské vystúpenia (prezentačné snímky č. 17-20). Učiteľské dodatky. Presnejšie povedané, rýchlosť svetla sa začala merať po roku 1960, kedy začal fungovať prvý laser. Podľa moderných údajov sa rýchlosť svetla vo vákuu rovná hodnote, ktorú vidíte na obrazovke (snímka č. 21) s presnosťou + (-) 0,2 m/s. Približne c \u003d 3 * 108 m / s (treba si zapamätať). Kde ste sa stretli s touto postavou? (Táto hodnota získaná experimentálne sa zhoduje s hodnotou predpovedanou Maxwellom a experimentálne nameranou prvýkrát Hertzom - rýchlosťou elektromagnetických vĺn). Hodnota rýchlosti svetla pomôže určiť povahu svetla. Od staroveku sa človek zaujímal o povahu svetla. Existovali rôzne legendy, mýty, hypotézy, vedecké práce. V 16. storočí človek ešte nepoznal podstatu svetla. V 17. storočí začali takmer súčasne existovať úplne odlišné teórie o tom, čo je svetlo, aká je jeho povaha?! III VUT: (Anglicko, Newton) - študentské vystúpenia (prezentačné snímky č. 22-23). IV NO: (Holandsko, Huygens) - vystúpenia študentov (prezentačné snímky č. 24-25). Učiteľské dodatky. Záver: prvá teória uviedla: svetlo je prúd častíc prichádzajúci zo zdroja vo všetkých smeroch; druhá teória tvrdila: svetlo je vlna šíriaca sa v špeciálnom hypotetickom prostredí – éteri. V NO: (Anglicko, T. Jung; Francúzsko, O. Fresnel) - študentské vystúpenia (prezentačné snímky č. 26-27). Učiteľské dodatky. Tak došlo k obratu k vlnovej povahe svetla. Množstvo experimentov uskutočnených v 19. storočí, ako aj práce Maxwella, ktoré boli potom potvrdené v experimentoch Hertza, dokázali platnosť vlnovej teórie: svetlo sa šíri ako elektromagnetické vlnenie. III. Záverečná časť lekcie Debriefing (5 min): Aký produkt sme získali? Vráťme sa k vášmu OK. Upozorňujeme, že ste všetko dokončili. Porovnajme vaše referenčné poznámky (MC) s tými, ktoré sú zobrazené na obrazovke (prezentačná snímka č. 28). Ale čo Newtonova teória? Mal skvelý nápad, že svetlo možno považovať za časticu. mal pravdu? A mal pravdu, pretože. v 20. storočí sa začali meniť predstavy o podstate svetla, keď boli objavené kvantové vlastnosti svetla, vedci museli pripomenúť korpuskulárnu teóriu. Aká je povaha svetla? Záver: svetlo má dvojakú povahu - korpuskulárne vlnenie (prezentácia č. 29, na prvé kliknutie sa zobrazí výstup, na druhé kliknutie obrázok). Svetlo je prúd častíc; svetlo je vlna. „Čo nie je jasné, treba objasniť“ (Konfucius). O tom sa dozviete neskôr (prezentačné snímky č. 30-37, hudba zaznie po kliknutí na hypertextový odkaz). Domáca úloha: s. 168-170, s. 59, ind. Úloha s. 60. Pri príprave som použil stránky: 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
Otázky o povahe svetla a zákonoch šírenia vzniesli grécki filozofi. Euclid (300 pred Kr.) vysvetlil zrakové vnímanie vizuálnymi lúčmi vychádzajúcimi z očí, ktoré cítili predmet. Sformuloval aj zákon priamočiareho šírenia svetla. Optika zaznamenala prudký rozvoj koncom 16. a začiatkom 17. storočia, keď holandský vedec Jansen (1590) zostrojil prvý dvojšošovkový mikroskop a Galileo (1609) urobil so svojím ďalekohľadom množstvo astrologických objavov (fázy Wienera, mesiace Jupitera, hory na Mesiaci). V roku 1620 holandský vedec Snell konečne zaviedol zákon lomu, ktorý pre nás v bežnej forme napísal francúzsky vedec Descartes.
Veľkým prínosom pre rozvoj optiky bol Isaac Newton (koniec 17. storočia). Na základe priamosti svetla, ako aj zákonov odrazu a lomu, navrhol, že svetlo je prúd teliesok vyžarovaných svietiacim telesom a letiacich veľkou rýchlosťou podľa mechanických zákonov. Dokázal vysvetliť priamočiarosť šírenia svetla v homogénnom prostredí, krvinky sa pohybujú zotrvačnosťou. Zákon odrazu: krvinky sa odrážajú od hranice 2 médií, ako loptičky od rovného povrchu. Newton tiež vysvetlil zákon lomu, ale nie znížením, ale zvýšením rýchlosti pohybu teliesok v hustejšom prostredí. Newton tiež ukázal, že biele svetlo je zložené a obsahuje „čisté farby“, ktorých krvinky sa líšia hmotnosťou: fialové krvinky sú najľahšie a červené krvinky sú najťažšie (nehádal som).
Spolu s Newtonovým korpuskulárnym konceptom svetla vznikla a v 17. storočí sa rozvinula Hooke-Huygensova vlnová teória (šírenie pozdĺžnych deformácií v tzv. svetovom étere). Pomocou Huygensovho princípu je zdroj sekundárnych vĺn každý bod, do ktorého sa svetelná vlna dostane, je možné vysvetliť aj zákon odrazu a lomu a javy difrakcie (obalovanie prekážok) a interferencie (superpozícia).
Do konca 17. storočia sa tak v optike vyvinuli dva protichodné systémy názorov na povahu svetla (korpuskulárny a vlnový), z ktorých oba vysvetľovali základné zákony geometrickej optiky, ale každý mal svoje nedostatky. Huygens nebol schopný vysvetliť rozptyl rôznych indexov lomu pre rôzne farby (Newton mohol). Ale Newton, keď vysvetľoval, že svetlo sa čiastočne odráža a čiastočne láme, musel naznačiť, že teliesko zažíva záchvaty odrazu a lomu. Newtonova autorita však viedla k tomu, že počas 18. storočia väčšina fyzikov inklinovala ku korpuskulárnej teórii svetla. Ani jedna teória nedokáže vysvetliť dvojlom objavený v roku 1724 Bartalimusom, ako aj fenomén svetelnej korelácie. V roku 1717 Newton ukázal, že koreláciu svetla možno vysvetliť iba priečnymi vlnami, o ktorých sa Newton domnieval, že vyvracajú vlnovú teóriu svetla. Začiatkom 19. storočia vyvinuli matematici teóriu kmitov a vĺn, ktorá sa úspešne aplikovala na niektoré optické javy. Takže v roku 1801 anglický vedec Jung stanovil princíp interferencie, Fresnel (v roku 1815) objasnil Huygensov princíp a pridal k nemu, že sekundárne vlny rušia, čo umožnilo vysvetliť interferenciu svetla. Na základe experimentov Faradaya a Arga o interferencii polarizovaného svetla Jung navrhol, že svetlo je priečna vlna, bolo potrebné prisúdiť éteru elastické vlastnosti (to znamená, že éter nie je kvapalina alebo plyn, ale pevné telo).
Faradayove experimenty v roku 1846 o interakcii s magnetickým poľom, ako aj Maxwellov výskum v roku 1845 umožnili dokázať, že svetlo je elektromagnetické vlnenie. Maxwellova teória umožnila vysvetliť a kvantifikovať rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn, a teda aj svetla, v rôznych médiách. Zdalo sa, že vyhrala vlnová teória, ale výsledky štúdia spektrálnych vlastností žiarenia absolútne čierneho telesa, ktoré sa objavili koncom 19. storočia. V roku 1901 Planck ukázal, že emisia a absorpcia elektromagnetických vĺn neprebieha nepretržite. Elektromagnetické vlny sa vyžarujú po častiach (kvantách) a energia každej časti je určená iba frekvenciou E = h v. Einstein v roku 1905 vysvetlil zákony fotoelektrického javu zavedením svetelných častíc – fotónov. To znamená, že Einstein ukázal, že svetlo nie je len absorbované a emitované kvantami, ale šíri sa aj vo forme častíc, pričom zostáva vlnou. Tieto objavy Plancka a Einsteina viedli k vzniku kvantovej mechaniky, ktorá sa rozvíjala v priebehu 20. storočia.
