«Дисперсия света» Методическая разработка открытого урока на тему:

Министерство образования и науки РД
ГБОУ СПО «Дагестанский механический техникум им.
С.Орджоникидзе»
Методическая разработка
открытого урока
на тему:
«Дисперсия света»
Каспийск, 2013г.
1
РАССМОТРЕНО
Утверждаю
на заседании цикловой комиссии
Зам. директора по УР
общеобразовательных дисциплин
_________ Д.С. Гаджиева
Протокол №____ от __________
«____»___________2013г.
Председатель
___________ Гудова З.У.
Автор: Махмудов А.С.
2
План урока:
Цели урока:
Образовательная: формирование знаний о дисперсии света и синтеза
монохроматических лучей всех цветов непрерывного спектра; сформировать
умение решать задачи по данной теме.
Развивающая: продолжить формирование умений устанавливать причинноследственные связи между фактами; выдвигать гипотезы, их обосновывать и
проверять; способствовать развитию умения самостоятельной работы.
Воспитательная: продолжить формирование познавательного интереса к
предмету «Физика»; коммуникативных умений.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Оснащение: компьютер, мультимедийный комплекс, приборы и материалы к
проведению экспериментов, компьютерная презентация.
Ход урока:
I. Организационный момент:
Проверка посещаемости. Проверка готовности к уроку.
Постановка целей урока.
II. Основная часть:
1. Вступительное слово преподавателя
(мотивация познавательной деятельности)
2. Актуализация знаний.
2.1. Фронтальный опрос.
2.2. Демонстрация и пояснение опыта со стаканом и монетой.
2.3. Демонстрация и пояснение опыта преломления света.
3. Изложение нового материала.
3.1. Опыты Ньютона по дисперсии света.
3.2. Фронтальный эксперимент по разложению света.
3.3. Опыт «Радуга».
3.4. Защита мини-проектов «Явление дисперсии света»,
«Сложение спектральных цветов» с комментариями
преподавателя и демонстрации фрагментов видеофильма.
3.5. Физический смысл дисперсии света.
3.6. Спектр. Спектральный круг. Спектральный анализ.
3.7. Законы сочетания цветов.
4. Закрепление изученного материала.
4.1. Контрольные вопросы
4.2. Решение задач.
4.3. Контрольное тестирование.
5. Рефлексия.
6. Домашнее задание.
III. Подведение итогов занятия.
Заключительное слово преподавателя.
3 мин.
3 мин.
20 мин.
30 мин.
24 мин.
2 мин.
2 мин.
6 мин.
3
Организационный момент
Вступительное слово преподавателя:
Мотивация познавательной
деятельности.
Сегодня на уроке мы рассмотрим очень
интересное и необычное явление,
благодаря которому можно видеть наш
окружающий мир цветным. А почему
мы можем с вами видеть красивые
цвета, удивительные картины? Почему
мир дарит нам целую гамму различных
по красоте и неповторимости пейзажей?
Ответы на эти вопросы вы сами дадите в конце урока.
1 студент: Дисперсия – звучит прекрасно слово.
Прекрасно и явление само
Оно нам с детства близко и знакомо,
Мы наблюдали сотни раз его!
2 студент: Гром отгремел, стих летний ливень быстрый,
И над умытой свежею землей
Мостом бесплотным радуга повисла
Пленяя нас своею красотой.
3 студент : Дисперсия здесь «руку приложила»
Обычный белый лучик световой
Она как будто в призме разложила,
Во встреченной им капле дождевой.
Актуализация знаний.
Для достижения цели занятия нам необходимо вспомнить изученный материал.
1. Что, по мнению физиков-шутников, является самым темным местом в физике?
2. Что называется светом?
3. С какой скоростью распространяется
свет в вакууме?
4. Как распространяется свет в однородной
прозрачной среде?
5. Как распространяется свет при переходе
из одной среды в другую?
6.Поясните опыт.
На дно стакана от колориметра
помещается монета. 4 студента
4
располагаются диаметрально противоположно и наблюдают так, чтобы каждый из
них со своей стороны видел только край монеты. Придерживая карандашом
монету, наливают в стакан воду.
Наблюдаемый каждым студентом край монеты смещается. Что является причиной
происходящего?
Преподаватель: При переходе из одной среды в другую луч света преломляется.
Что это за каприз природы? В малом виде воспроизведем наглядное пособие этого
на столе.
Опыт, поясняющий преломление света.
Половину стола накрываем скатертью и, слегка наклонив стол, скатываем по
нему пару колесиков, наглухо посаженных на общую ось (например, от
сломанного детского паровоза).
Если направление движения колес
и край скатерти составляет
прямой угол, преломление пути не
происходит.
Это
является
иллюстрацией
оптического
правила: луч, перпендикулярный к
плоскости раздела сред, не
преломляется. При направлении,
наклонном к краю скатерти, путь
колес изламывается на этом
краю, то есть на границе между
средами с различной скоростью движения в них. Легко заметить, что при
переходе из части стола, где скорость движения больше (не покрытая часть), в
ту часть, где скорость меньше (скатерть), направление пути («луч»)
приближается к «перпендикуляру падения». В обратном случае наблюдается
удаление от этого перпендикуляра.
7. Какие величины, характеризующие световую волну, изменяются при переходе
из одной среды в другую?
8. Что называется относительным показателем преломления света?
9. Если свет переходит из вакуума в вещество, то как изменяется скорость света?
10. В чем заключается физический смысл абсолютного показателя преломления
среды?
11. Какая величина не изменяется при переходе из одной среды в другую?
5
Изложение нового материала
Ньютон обратился к исследованию цветов,
наблюдаемых при преломлении света в связи с
усовершенствованием телескопов. Он хотел
получить линзы хорошего качества и при этом
обратил внимание на наличие окрашенных
краев. Исследуя окрашенные при преломлении
края, Ньютон сделал свои открытия в области
оптики. Направив на призму световой пучок
малого поперечного сечения, он заметил, что
на противоположной стене преломленный
пучок света давал изображение с радужным
чередованием цветов. Мы знаем, что свет обладает волновыми свойствами при
распространении, поясняющими такие явления, как цвета тонких пленок, цвет
крыльев насекомых, проверка качества обработки поверхности с большой
точностью – интерференция и образование радужных полос, если смотреть через
узкую щель на нить лампы накаливания – явление дифракции.
Кроме этих двух явлений оказывается свет обладает еще таким свойством,
которое было названо дисперсией. Итак, когда происходит разложение света на
цвета?
Фронтальный эксперимент: учащиеся выполняют задание:
1. Посмотрите через скошенные грани плоскопараллельной пластинки на
лампочку. Есть ли окраска?
2. Посмотрите на свет через плоские стороны пластинки. Есть ли окраска?
3. Когда происходит разложение света на цвета?
Вывод: при прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол,
происходит разложение света на цвета.
Явление дисперсии света первым начал изучать И. Ньютон. Эта его работа
считается одной из важнейших его заслуг.
Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году, есть слова:
«Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные
свойства, чего ранее никто не подозревал»… Занимаясь усовершенствованием
телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое
объективом, по краям окрашено. Исследуя окрашенные при преломлении края,
Ньютон сделал свои открытия в области оптики. Итак, что же сделал Ньютон?
Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную
призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как
только свет переходит из воздуха в стекло. В описанных опытах использовалась
призма, изготовленная из стекла. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные
для света материалы. Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его
методика без существенных изменений используется в лабораториях до сих пор.
6
Сейчас мы с вами попробуем
воспроизвести
этот
опыт.
Работать будем в группах.
Каждая
группа
выполняет
демонстрационный эксперимент:
получить и исследовать спектр,
используя призмы из разного
стекла (флинт и крон).
Рассмотрите порядок
расположения цветов,
попытайтесь выяснить причины
явления. Для запоминания порядка расположения в тетрадях записываем
предложение: Каждый охотник желает знать где сидит фазан.
Выводы из эксперимента:
1.Скорость света зависит от среды.
2. Призма разлагает свет.
3. Белый свет – сложный.
Посмотрите как можно «сделать» радугу.
Наполняем кювету водой и помещаем у одного ее бортика плоское зеркало.
Устанавливаем кювету так, чтобы солнечный свет падал на зеркало. Ставим перед
зеркалом лист белой бумаги и медленно поворачиваем его, пока на листе не
появится радужная полоска. С тем же успехом можно изменять положение
зеркала.
Почему появляются цвета спектра при прохождении света через прозрачную
среду?
Студент: «Клин» воды между зеркалом и поверхностью воды в кювете
действует, как призма, и расщепляет свет Солнца так, что появляются
составляющие света. Это происходит потому, что лучи разного цвета
распространяются с чуть разной скоростью и отклоняются (преломляются)
внутри призмы по-разному. Больше всего преломляется фиолетовый цвет,
меньше всего красный.
Преподаватель: Что такое радуга? Как возникает радуга? И что такое вторая
радуга?
Защита проектов обучаемых.
Первый проект «Что такое радуга?».
Второй проект «Как возникает радуга?».
Третий проект «Вторая радуга».
7
Преподаватель: Если в темной комнате толстую стеклянную пластину осветить
пучком света от лампы накаливания, то присмотревшись, можно заметить, что в
стекле на границе с воздухом пучок белого света расщепляется на множество
плавно переходящих друг в друга цветных пучков. Это явление и свидетельствует
о дисперсии световых волн (от лат. disperqo – разбрасывают).
Дисперсия колебания.
это зависимость показателя преломления света от частоты
Среды, в которых наблюдается явление дисперсии называются
диспергирующими. (Фрагмент видеофильма «Явление дисперсии света»)
–
Преподаватель: Прекрасны цвета радуги, но она недолговечна. Не очень красивы
цветы сосны и кипариса, но они вечно зелены. Это китайская пословица. Ответьте
мне на вопрос брейн-ринга: Вот что о НЕМ писал ученый Розенберг: «Взяв
стеклянную призму, он стал смотреть сквозь нее на стену комнаты, целиком
окрашенной в белый цвет; при этом он, не взирая на
преломление, которое должно было иметь место, не
заметил абсолютно никаких цветов, кроме простого
белого цвета, за исключением цветной каймы на
границе между стеной и окном». А сам ОН в своем
произведении через 60 лет написал:
«Жизни годы прошли недаром;
Ясен предо мной конечный вывод мудрости земной:
Лишь тот достоин жизни и свободы,
Кто каждый день за них идет на бой!»
Кто же он, этот полутезка Штрауса и Моцарта, так
удачно сочетавший физику и лирику? (Иоган
Вольфганг Гёте)
Ему также принадлежат слова: «Все живое стремится к цвету». А почему мы
можем с вами видеть красивые цветы, удивительные по своей красоте картины?
Объяснение цветов и красок в природе.
Зная, что белый свет имеет сложную структуру можно объяснить удивительное
многообразие красок в природе. Если предмет отражает все падающие на него
лучи различных цветов, то он будет казаться белым: Покрытая слоем красной
краски бумага, отражает только красный луч, остальные же поглотятся слоем
краски. Трава и листы деревьев кажутся нам зелеными лишь потому, что из всех
падающих на них солнечных лучей они отражают зеленые, поглощая остальные.
Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные
лучи, то она будет казаться почти черной.
Теперь проверим, как происходит разложение и синтез белого света.
(Фрагмент видеофильма «Сложение спектральных цветов»).
8
Качественное представление о причине возникновения дисперсии.
Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания
электронов в атомах и молекулах. Колеблющиеся электроны становятся
вторичными излучателями электромагнитных волн такой же частоты, но со
сдвигом фазы. Первичные и вторичные волны интерферируют, и результирующая
волна распространяется со скоростью отлично от скорости света в вакууме.
Преподаватель: Объяснение физической природы дисперсии света.
Белый свет имеет сложный состав, но это не ново. При изучении явления
дифракции было установлено, что длины волн и их частоты различны для
каждого цвета.
Явление дисперсии свидетельствует о том, что фазовые скорости волн входящих
в состав белого света в стекле различны.
Фазовая скорость – скорость распространения фазы волны.
Действительно, непосредственно из опыта вытекает, что для показателей
преломления справедливо следующее неравенство:
𝒏к < 𝒏ор < 𝒏ж < 𝒏з < 𝒏г < 𝒏с < 𝒏ф
Но показатель преломления равен отношению скоростей света в воздухе к
фазовой скорости в стекле. Поэтому показатели преломления цветовых пучков
можно выразить через их фазовые скорости:
𝑛=
𝑐
𝑉к
; 𝑛=
𝑐
𝑉о
; 𝑛=
𝑐
𝑉ж
; … 𝑛=
𝑐
𝑉ф
Подставив найденные значения показателей преломления в предыдущее
неравенство, получим:
𝑐
𝑉к
<
𝑐
𝑉о
<
𝑐
𝑉ж
<⋯<
𝑐
𝑉ф
или 𝑉к > 𝑉о > 𝑉ж … > 𝑉ф
Таким образом, из явления дисперсии следует, что волны входящие в состав
белого света, в веществе распространяются с различными скоростями: с
наибольшей скоростью распространяются волны, которые мы воспринимаем как
красный свет. И с наименьшей волны, воспринимаемые нами как фиолетовый
свет.
Но восприятие цвета зависит от длины волны, а следовательно, и от частоты
колебаний. Следовательно, фазовые скорости распространения световых волн
зависят и от их частоты.
Ньютон в темной комнате направил пучок солнечного света, прошедшего через
отверстие в ставне, которым закрывалось окно, на треугольную призму. На
9
противоположной стене Ньютон увидел яркую цветную полосу, состоящую из
множества разноцветных полос, цвета которых, изменяясь плавно переходили от
красного к оранжевому к желтому и до фиолетового.
Наблюдаемую на стене картину Ньютон назвал – спектром (от лат. spectrum –
видение).
Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную
призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как
только свет переходит из воздуха в стекло. В описанных опытах использовались
пластина и призма, изготовленные из стекла. Вместо стекла можно взять и другие
прозрачные для света материалы. Чем больше показатель преломления материала,
тем ярче проявляется дисперсия света.
Определение спектра: распределение какого-либо излучения по частотам
колебаний называется спектром. ЭМВ определенной постоянной частоты
называется монохроматической.
Спектр – совокупность монохроматических излучений, составляющих данное
излучение. Еще Ньютон составил перечень основных цветов спектра, которые
легко запомнить с помощью знаменитой фразы: «Каждый охотник желает знать
где сидит фазан». Резкой границы среди них нет.
Обратите внимание на окружающие предметы. Какие цвета вы видите? Только ли
те, которые входят в состав белого цвета? Как можно получить такие цвета? М
выяснили, что белый свет состоит из семи цветов. Какой цвет мы получим при
сложении этих цветов? (Фрагмент видеофильма «Сложение спектральных
цветов»).
Синтез белого света с помощью призм был осуществлен Ньютоном. В своих
опытах ему удалось соединить цветные лучи в белый свет. Он пропустил лучи
солнечного света через призму, а затем вышедшие из нее цветные лучи собрал с
помощью другой призмы. В месте соединения цветовых лучей луч стал белого
цвета.
Спектральный круг. Объясни явление!
Существуют сплошные и линейчатые спектры. (Фрагменты видеофильма
«Непрерывный
и
линейчатый
спектр»)
Ныне
известно
трехцветная
природа зрения. На ней основано
воспроизводство цветов в кино,
телевидении, цветной фотографии.
Красный, желтый и синий наиболее чистые цвета, ибо их
нельзя получить смещением других
цветов. Из них же наоборот, можно
получить все остальные цвета.
10
Считается, что первоначально зрительно были восприняты зрением синий и
желтый цвета, а происхождение красного и зеленого сопровождалось развитием
эволюции. Кроме того восприятие цвета непосредственно зависит от настроения.
В некоторых странах Нидерландах коричневый цвет был введен вследствие
непосредственного общения с другими странами.
Цвет, видимый и воспринимаемый глазом, определяется частотой световой
волны.
Сочетание различных цветов играет важную роль в жизни человека: одежда,
мебель и т.д.
Законы сочетания цветов:
1.Цвета должны быть родственные.
2.Один цвет господствующий.
Задание:
Какая рубашка гармонирует к голубому костюму?
Цвета непрозрачных тел:
- многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление
дисперсии;
- при взаимодействии различными телами лучи света разного цвета по разному
отражаются и поглощаются этими телами;
- тела, окрашенные в белый цвет, отражают лучи света разных частот одинаково
хорошо;
- тела, окрашенные в черный цвет, поглощают лучи света разных частот
одинаково хорошо;
- непрозрачные тела окрашиваются в тот цвет, в лучи света которого они хорошо
отражают.
Цвета прозрачных тел:
- цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит
через него;
- если прозрачное тело равномерно поглощает лучи всех цветов, то в проходящем
белом свете оно бесцветно, а при цветном освещении имеет цвет тех лучей,
которыми освещено;
- при пропускании белого света через окрашенное стекло оно пропускает тот свет,
в который окрашено. Это свойство используется в различных светофильтрах.
Закрепление пройденного материала
Решение качественных и количественных задач №№ 1419, 1605, 1608, 1615, 1616,
1617, 1618. (М.Е. Тульчинский «Качественные задачи по физике»).
Задача №3 стр.281 «Задачи по физике» В.Ф. Дмитриева.
11
Контрольные вопросы:
1.Что называется дисперсией света?
2.Что называется спектром?
3. Перечислите основные цвета спектров.
4. Какой свет называют монохроматическим?
5. Какие из явлений, показанных на экране, объясняется дисперсия?
6. Почему при запрещающем сигнале светофора включается именно красный
свет?
7. На листе бумаги написано слово «Свет» зеленым карандашом. Через какое
цветное стекло нельзя будет прочесть надпись?
8. «Лампу зажгли в потемках… Вдруг потеряли свой цвет желтые хризантемы».
Е. Бусон. Лампу зажгли в потемках…
Возможно ли такое? Если да, то почему? (В дневном свете относительная доля
желтых, зеленых и синих лучей гораздо больше, чем в искусственном свете.
Поэтому желтые цветы при вечернем, искусственном освещении кажутся более
тусклыми).
9. Почему небо голубое?
10. Почему Солнце в зените – ослепительно-белое, а на закате – оранжевое или
красное?
Контрольное тестирование
(на интерактивной доске)
1.Светофор дает три сигнала: красный, зеленый, желтый, тогда как внутри него
установлены обычные лампы накаливания. Почему и как получаются
разноцветные сигналы светофора?
а) Стекла поглощают белый свет лампочек, а затем излучают красный, желтый,
зеленый;
б) Проходя через стекло частицы света расщепляются по-разному;
в) Свет от лампы проходит светофильтры, которые пропускают свет только
соответствующего цвета;
г) Разнообразие цветов связано со всевозможными комбинациями основных
цветов спектра;
д) Среди приведенных ответов отсутствуют правильные.
2. Свет, какого цвета распространяется с наибольшей скоростью в веществе?
а) красного;
б) желтого;
в) зеленого;
г) у всех одинаковый.
3.Почему на транспорте сигнал опасности выбран именно красного цвета?
а) красный цвет приятней для восприятия человеческим глазам;
б) красный свет имеет самую маленькую длину волны в видимой части спектра,
а потому больше всего рассеиваются в загрязненном воздухе;
в) красный свет имеет самую большую длину волны в видимой части спектра, а
потому меньше всего рассеивается в загрязненном воздухе;
г) среди ответов нет правильных.
12
4.Свет какого цвета обладает наименьшим показателем преломления при
переходе из воздуха в стекло?
а) красного;
б) желтого;
в) зеленого;
г) у всех одинаковый.
5.Дима рассматривает красные розы через зеленое стекло. Какого цвета будут
казаться ему розы?
а) красные;
б) розовые;
в) зеленые;
г) черные.
Рефлексия
- Что заинтересовало вас сегодня на занятии более всего?
- Как вы усвоили материал занятий?
- Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?
- Пригодятся ли вам знания, полученные на этом занятии? Где конкретно?
Итоги урока. Оценки.
Информация о домашнем задании.
Конспект занятия. Доклады «Свет и цвета тел».
«Физика для профессий и специальностей технического профиля» В.Ф.
Дмитриева §19.12 стр.362.
«Физика 11 класс» Касьянов §66 .
Заключительное слово преподавателя: Физик видит то, что видят все:
предметы и явления. Он, также как все восхищается красотой и величием мира,
но за этой, всем доступной красотой, ему открывается еще одна: красота
закономерности в бесконечном
разнообразии вещей и событий.
Физику доступна редкая радость –
понимать
Природу
и
даже
беседовать с ней. Вспомним Ф.И.
Тютчева
Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик.
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть
язык…
Язык Природы – это язык предметов и явлений, и «беседовать» с Природой
можно только на этом языке.
13
Литература
1. Лебедева И.Г., Презентация «Дисперсия», ГОУ СОШ № 43.
2.Громов С.В. «Физика 11 кл.», Просвещение, 2001г.
3. Касьянов В.А. «Физика 11 кл.», Дрофа, 2003г.
4. Дмитриева В.Ф. «Задачи по физике», М., Академия, 2012г.
5. Дмитриева В. Ф. «Физика. Для профессий и специальностей технического
профиля», М., Академия, 2012г.
6. Тульчинский «Сборник задач по физике».
7.Л. Ф. Жданов, Г.Л. Жданов «Физика для средних специальных учебных
заведений», М., «Наука»,1984г.
14