Світлові явища.Джерела та приймачі світла

Фізика, 9 клас

Урок №19

Тема уроку: «Світлові явища. Джерела та приймачі світла. Швидкість поширення світла».

Мета уроку: сформувати знання про світлові явища, джерела та приймачі світла, світловий промінь, світловий пучок, швидкість поширення світла, значення світла. в житті людини та живих організмів.

Розкрити наукове та світоглядне значення світлових явищ; розширити науковий кругозір учнів, розвивати інтерес до фізики, мотивувати вивчення світлових явищ; виховувати любов до навколишнього світу, вміти його сприймати і насолоджуватися ним.

Очікувані результати: учні повинні знати історію формування поняття про світло, давати означення світла та наводити приклади джерел і приймачів світла, розуміти класифікацію джерел світла, розрізняти поняття променя і пучка світла, знати про швидкість поширення світла, значення світла в житті людини та живих організмів.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник, фізичні прилади для демонстрації різних явищ природи, роздатковий матеріал.

План вивчення нового матеріалу:

1.Світлові явища.

2.Теорії про походження світла.

3Джерела світла:

а) природні та штучні;

б) теплові та люмінесцентні;

в) точкові та протяжні.

4.Промінь та пучок світла.

5.Приймачі світла.

6.Швидкість поширення світла.

7.Значення світла.

8.Рубрика «Цікаве і загадкове» - «Оптичні ілюзії».

Епіграф: «Найголовніша формула успіху -  це знання і мислення»

Теодор Рузвельт

Хід уроку.

1.Організаційний момент.

Створення емоційного настрою.

Розминка:«Розсипані слова».
Із написаних на дошці слів «формула», «це», « знання і мислення», «найголовніша», «успіху» скласти вислів, лауреата Нобелівської премії одного із президентів США Теодора Рузвельта, який буде гаслом нашого уроку.

«Найголовніша формула успіху – це знання і мислення».
Побажання учням бути успішними як у навчанні так і у житті, а основа цього - знання і уміння мислити.

2.Актуалізація опорних знань.

«Ніколи не беріться за наступне, не засвоївши попереднього” - застерігав відомий фізіолог І.П.Павлов.

Демонстрація дослідів, повторення поняття «явища природи», види явищ.

3. Вивчення нового матеріалу.

Мотивація до вивчення теми уроку.
Перегляд  відеофрагменту. (Слайд 2)

Які відчуття викликає переглянутий відеокліп?

 Ми не тільки чули звучання чудової мелодії, а ще й могли бачити різнобарвний та різноманітний світ. Здається, що все навколо розставила і впорядкувала людська рука чи кращі дизайнери... А ідеальну картинку світу спроектувала і створила сама природа. Побачивши, наприклад, фото рослин з досконалою геометрією,  переконуємося, що краще у нас ніколи не вийде.

 Людина має можливість бачити, споглядати. Із п'яти органів чуття найбільше інформації про довкілля дає зір. Однак, бачити навколишній світ можна завдяки тому, що існує світло. (Слайд 3)

Ми починаємо вивчення світлових( оптичних) явищ (грец. optikos - зоровий),  - таких, що пов'язані зі світлом та його поширенням.

Наука ж, що досліджує й вивчає світло, його властивості та закони поширення називається оптикою. (Слйд 4 -7)

Оголошення назви розділу  « Світлові явища» та теми уроку «Світлові явища. Джерела та приймачі світла. Світловий промінь і світловий пучок Швидкість поширення світла. (Слайд 8).

Формулювання мети уроку.

Якщо ми не знаємо значення якогось слова, то звертаємося до тлумачного словника. Отже, що таке світло?
(Вхід до системи Google: академічний тлумачний словник, поняття «світло»). Відповідь:

Світло - промениста енергія, що випромінюється яким-небудь тілом, сприймається зором і робить видимим навколишнє.(Слайд 9)
Історія формування поняття про світло досить довга і цікава. З найдавніших часів, ще задовго до давніх греків, коли, за легендою, Аполлон роз’їжджав у вогненній колісниці небом, і до наших часів, коли проспекти міст потопають у сяйві вогнів, світло задаровувало людину і водночас було для неї нерозв’язною загадкою. Ніщо в природі не було настільки невловимим, жоден секрет природа не охороняла так ретельно, як секрет про те, що ж являє собою світло насправді. Через це світло часто називали найтемнішою плямою у фізиці

Які ж теорії існували про походження світла?(Слайд 10)

Давні греки висунули кілька теорій щодо природи світла. Одна з них дуже цікава. Згідно з нею, світло являє собою щось таке, що витікає з наших очей на зразок води зі шланга; при цьому передбачалося, що ми бачимо речі, спрямовуючи на них потік світла. Отже, подібно до того, як ми відчуваємо характер поверхні в разі торкання до неї, ми також дізнаємося, як виглядає річ. Очі сліпого не випускають світла, тому він не може бачити.

Вчений Піфагор вважав, що з очей людини виходять якісь щупальця, що ощупують предмети та інформацію про них подають людині в очі.
Такі теорії нам здаються незрозумілими і, навіть, смішними.
Світло стало для вчених одним з « найміцніших» горішків: його називали найтемнішою плямою у фізиці.

 

До епохи Відродження ніхто серйозно не виступав проти подібних теорій. Одним з перших, хто висунув послідовну теорію світла, засновану на спостереженні та експерименті, був Ісаак Ньютон. За його теорією світло складається із малих частинок - фотонів, корпускул речовини, що випромінюються у всіх напрямках.

Приблизно в той самий час, коли Ньютон запропонував корпускулярну теорію, Християн Гюйгенс (1629-1695), голландський астроном і фізик висунув хвильову теорію світла. Томас Юнг експериментально довів справедливість хвильової теорії світла.

Після довгої і запеклої боротьби установити природу світла вдалося тільки в першій половині 20 століття,бо як виявилося, - світло поєднує в собі як властивості частинок, так і хвиль. Сама природа « поєднала» те, що вченим здавалося несумісним. Тепер установлено, що світло має електромагнітну природу. Це означає, що радіохвилі, які приймає мобільний телефон або телевізор, мають таку ж саму природу, що й видиме світло. Той факт, що світло в одних дослідах виявляє хвильові властивості, а в інших - корпускулярні, означає, що світло має складну подвійну природу.

Висновок.

1.Світло - це потік частинок.

2.Світло - це електромагнітні хвилі, тобто видиме випромінювання, що сприймається оком людини.

Отже, світлу притаманні подвійні властивості як частинок, так і електромагнітних хвиль ( корпускулярно - хвильовий дуалізм).

 Світло - промениста енергія, що випромінюється яким-небудь тілом, сприймається зором і робить видимим навколишнє(тлум. словник).(Слайд11)

Де ж «народжується» світло? Звідки береться світлова енергія?

Світло поширюється від джерела.

Джерела світла залежно від їх походження поділяються на природні та штучні.

Погляньте навколо, зверніться до свого досвіду - і ви, без сумніву, назвете багато джерел світла.)

До природних джерел світла належать ті, що створила сама природа, наприклад, Сонце й зорі, розпечена лава та полярні сяйва, деякі світні об'єкти з - поміж тварин і рослин: глибоководна каракатиця, радіолярія, світні бактерії тощо. Так, теплої літньої ночі в лісовій траві можна побачити яскраві цятки світла - світлячків.

Природні джерела не можуть повністю задовольнити дедалі більшу потребу людини у світлі. І тому ще в давнину люди почали створювати штучні джерела світла. Спочатку це були вогнище й каганець, пізніше з'явилися свічки, оливні та гасові лампи. Наприкінці XIX століття винайдено електричну лампу. Сьогодні різні види електричних ламп використовують усюди (рис. 3.2 - 3.4).

 У помешканнях ми зазвичай використовуємо лампи розжарювання. На жаль, вони не є досить економними: у таких лампах більша частина електричної енергії йде на нагрівання самої лампи та повітря навколо і тільки З - 4 % енергії перетворюється на світлову. В останні роки, однак, з'явилися нові, у декілька разів економніші конструкції електричних ламп.

  Великі приміщення (супермаркети, цехи підприємств тощо) освітлюються джерелами світла у вигляді довгих трубок - лампами денного світла. Для різнобарвної ілюмінації, якою вночі підсвічено деякі будинки, торговельні центри тощо, використовують неонові, криптонові та інші лампи.

(Увага на екран!). Діти , поділивши частинку сторінки навпіл одержують завдання, вибрати джерела світла, що належать до природніх і до штучних.(Слайд 12 - 26)

 У ясну місячну ніч ми можемо досить добре бачити предмети, освітлені місячним сяйвом. Однак Місяць не можна вважати джерелом світла: Місяць світла не випромінює, а тільки відбиває світло, що йде від Сонця. Так само не можна назвати джерелом світла дзеркало, за допомогою якого ви посилаєте сонячного зайчика.
Залежно від температури джерела світла поділяють на теплові та люмінесцентні.

Сонце й зорі, розпечена лава та лампочка розжарювання, полум'я вогнища, свічки, газові пальники тощо - усе це приклади теплових джерел світла: вони випромінюють світло завдяки тому, що мають високу власну температуру (Слайд27,рис.9.4).

Люмінесцентні джерела світла відрізняються від теплових тим, що для їхнього світіння не потрібна висока температура: світлове випромінювання може бути доволі інтенсивним, а джерело при цьому залишається відносно холодним.

Прикладами люмінесцентних джерел є екран телевізора, монітор комп'ютера, лампи денного світла, дороговкази та дорожні знаки, вкриті люмінесцентною фарбою, світлові індикатори, деякі організми, а також полярні сяйва.(Слайд)

Компанія світних організмів досить різноманітна – це деякі глибоководні риби, бактерії, водорості, молюски, комахи, гриби, кальмари, медузи і т.д. У нічному лісі таємниче світяться старі пні( гниляки): це світіння спричинюють мікроорганізми, що мешкають у них. Світіння живих організмів спричинене не високою температурою, а складними хімічними реакціями. Вчені довели, що такі «здібності» живих істот сформувалися в процесі еволюції. Світіння допомагає живим істотам спілкуватися, полювати і лякати хижаків. Наприклад, у риби, яку називають морський чорт, перед ротом висить ліхтарик, світло якого приманює жертви.

Залежно від співвідношення розміру джерела світла і відстані від нього до приймача світла розрізняють точкові та протяжні джерела світла. (Слайд28)

  Джерело світла вважається точковим, якщо його розмір є відносно невеликим порівняно з відстанню від нього до приймача світла.

  У протилежному разі, джерело вважається протяжним.

 Те саме джерело світла залежно від умов може вважатися як протяжним, так і точковим.

  Так, коли ми перебуваємо в кухні, то лампа денного світла (трубка завдовжки 0,5-1 м), що її освітлює, є для нас протяжним джерелом світла. Якщо ж ми спробуємо подивитися на ту саму лампу знадвору (наприклад, зі скверика навпроти будинку, з відстані 100-150 м до джерела світла), то лампа являтиме собою точкове джерело.

  Таким чином, до точкових джерел світла можна віднести навіть величезні зорі, які за розміром набагато більші, ніж Сонце,- у тому випадку, якщо спостерігати їх із Землі, з відстані, що в мільйони разів перевищує розміри цих зір.

Говорячи про поширення світла, використовують поняття променя світла. Пояснення властивостей світла теж дається на основі уявлень про промінь світла.  Що ж розуміють під поняттям промінь?

Промінь – це лінія вздовж якої світло поширюється.

В реальному житті ми маємо справу з пучками світла, хоча звичним є, коли говоримо поширюються промені сонця,промінь світла від прожектора чи ліхтарика і т.д.

Для спостереження світлових пучків не потрібно якогось спеціального обладнання. Достатньо в темряві ввімкнути ліхтарик і ми побачимо пучок світла конусоподібної форми. Пучок світла спостерігаємо сонячного дня, якщо не щільно прикриємо віконні  штори або відкриємо двері у темний коридор із освітленої кімнати.(Слайд 29 - 32)

В геометричній оптиці поняття  променя світла використовують для схематичного зображення пучків світла.

Зі світловими явищами ми зустрічаємося щодня протягом усього життя, адже вони є частиною природних умов, у яких ми живемо.

Деякі зі світлових явищ здаються нам справжнім дивом, наприклад міражі в пустелі, полярні сяйва. Проте погодьтеся, що й більш звичні для нас світлові явища: виблиск краплинки роси в сонячному промінні, місячна доріжка на плесі, семибарвний міст веселки після літнього дощу, блискавка у грозових хмарах, мерехтіння зір у нічному небі - теж є дивом, бо вони роблять світ навколо нас чудовим, сповненим чарівної краси та гармонії.

Приймачі світла. (Слайд33 – 35)

Ви, напевне, вже здогадалися, що пристрої, за допомогою яких можна виявити світлове випромінювання, називають приймачами світла . Природними приймачами світла є очі живих істот.

Одержуючи за допомогою цих приймачів інформацію, організми певним чином реагують на зміни в довкіллі. Так, зайшовши з темряви до яскраво освітленої кімнати, ми, звичайно, замружимо очі, а побачивши вночі світло фар автомобіля поблизу, обов'язково зупинимося край дороги.

  Аналогічну очам функцію виконують штучні приймачі світла. Так, фотоелектричними приймачами світла - фотодіодами - обладнано, наприклад, турнікети для проходження пасажирів у метро, на вокзалах тощо. Штучні фотохімічні приймачі - це фото- й кіноплівка, фотопапір, фотодіодні лампи, сонячні батареї.

Швидкість поширення світла. Дії світла.( Слайд 36)

Чи можемо ми уявити собі щось легше за світло? Світло не тільки найлегше – воно ще й найшвидше! У безповітряному просторі(вакуумі) та в повітрі світло поширюється зі швидкістю, що дорівнює близько 300000 км /с. За 1 с могло б «оббігти» навколо земної кулі майже 8 разів.
Світло, потрапляючи на поверхні приймачів, може чинити різні дії.
Найвідоміша дія – освітлювальна. Але коли ми піднесемо руку над настільною електричною лампою - відчуємо тепло. Отже, світло не тільки освітлює поверхні, а й нагріває їх. Теплову дію світло спричиняє через те, що поверхні на які воно потрапляє, поглинають світло. Енергія світла частково перетворюється в енергію хаотичного руху частинок. Темні поверхні більше поглинають сонячного світла, світлі менше, тому влітку ми намагаємося носити світлий одяг, щоб не так було жарко. Від нагрівання сонячним світлом залежить кругообіг повітря і води в природі.

Світло має хімічну дію, тобто спричинює в речовинах перетворення молекул ( хімічні реакції). Такою із реакцій є фотосинтез – найважливіша хімічна реакція для життя на Землі.

Світло може чинити й електричну дію: внаслідок освітлення  з поверхонь деяких речовин  вилітають електрони, у результаті чого  виникає електричний струм (застосовують в цифрових фотоапаратах, телебаченні, в різних охоронних системах…).

Значення світла.(Слайд 37- 41)

Світло є невід’ємною частиною життя. Неможливо уявити світ без сонячних променів. Крім того, що промені дають нам світло і зігрівають в холодну пору, вони сприяють здійсненню життєво необхідних процесів у багатьох організмах.

Світло є невід’ємною частиною життя всього живого на планеті – тварин, рослин і людини.

Сонячне світло для більшості рослин є необхідним і невичерпним джерелом життєвої енергії, що регулює процеси їх життєдіяльності. Цей процес називається фотоперіодизм. Він полягає в регуляції біоритмів тварин і рослин за допомогою світла.

Фотоперіодизм рослин викликає ще один процес під назвою фототропізм. Фототропізм відповідає за рух окремих клітин і органів рослин до сонячного світла. Прикладом цього процесу служить рух голівок квітів протягом дня, що повторює рух Сонця, розкриття світлолюбних рослин вночі і зростання кімнатних рослин в сторону освітлювального приладу.

Сезонний фотоперіодизм полягає в реакції рослин на подовження і зменшення світлового дня. Навесні, коли світлих годин стає більше, на деревах починають набухати бруньки. А восени, коли дні стають коротшими, рослини починають готуватися до зимового періоду, закладаючи нирки, формуючи деревний покрив.

У житті тварин світло грає важливу роль. Воно не бере участь у формуванні їх організмів, але все ж накладає певний відбиток на життя тварин.

Як і для рослин, світло є джерелом енергії тваринного світу.

Сонячні промені впливають на добовий фотоперіодизм тварин і на їх розподіл в природі. Представники фауни ведуть денний і нічний спосіб життя. Завдяки цьому між ними немає конкуренції в пошуках їжі.

Світло допомагає тваринам орієнтуватися в просторі і на незнайомих територіях. Саме промені сонячного світла сприяли розвитку зору у багатьох організмів.

Під дією сонячних променів у листочках і стебельцях рослин відбувається явище фотосинтезу: вони вбирають вуглекислий газ, який ми видихаємо і виділяють кисень, яким ми дихаємо.

Відвідуючи зали музеїв, ми з вами захоплюємося чудесними картинами художників і зовсім не задумуємося над тим, яку роль відіграє фізика в написанні унікальних шедеврів. Якими б далекими не були між собою ці поняття – фізика і живопис, зв’язок між ними є.
Перш за все звернемо увагу на різноманітність кольорів і їх відтінків, якими написана картина. Ще англійський фізик Ісаак Ньютон на початку ХVІІІ століття довів, що звичайне біле світло складається із кольорових променів. Пропустивши сонячне проміння через призму, він отримав кольорову смугу – спектр. Виділяючи діафрагмою кольорові промені і направляючи їх на призму Ньютон впевнився, що вони не розкладаються на складові, і назвав такі промені монохроматичними (в перекладі з грецької – “одноколірні”). Щоб до кінця впевнитися в складності білого світла, Ньютон отримав його змішуванням променів.

Кольорами можна відобразити величезну гамму почуттів людини. “Колір здатний на все: він може заспокоїти і збудити, він може створити гармонію або викликати потрясіння, від нього можна чекати чудес, але він може викликати і катастрофу” – так говорив французький вчений Жан В’єно.
Кольори поділяються за температурними відчуттями. Теплі: червоний, оранжевий; холодні: голубий, синій. Поділяються кольори і по вазі: легкі – світлі, важкі – темні.
На використанні властивостей світла створені різні оптичні прилади та прилади нічного бачення.
Ще Евклід за 300 років до нашої ери в своїх творах по оптиці описує про використання властивостей світла для визначення часу та розмірів предметів. Властивості світла використовують  при будівництві, перевірці прямолінійності доріг, злітних смуг на летовищах та інших ліній.
Про властивості, закони поширення світла, значення світла, використання світлових явищ вивчатимемо на наступних уроках.

Закріплення нового матеріалу.

1.Літак «Геліос», який живиться від сонячних батарей. У 2001 році він установив рекорд висоти, піднявшись на 29 413 м. Сонячні батареї є джерелами чи приймачами світла?(Слайд 42).

2.У яких із вказаних середовищ світло поширюється з найбільшою швидкістю?

А.У повітрі. Б. У воді. В.У вакуумі. Г.У всіх середовищах швидкість однакова. ( Слайд 43).

3.Яка швидкість світла?

А.30000км/с. Б.300000км/с. В.300000м/с. Г.У кожного джерела своя швидкість світла.( Слайд44)

4.У кожному з наведених переліків визначте зайве слово або словосполучення.

А. Полум'я свічки, Сонце, зорі, Земля, полум'я вогнища;

Б. Екран увімкненого комп'ютера, блискавка, лампа розжарювання, полум'я свічки;

В. Лампа денного світла, полум'я газового пальника, дорожні знаки, світлячки.

(Слайд 45)

5.За який приблизно час світло проходить відстань від Сонця до Землі, що дорівнює 150 000 000 км?

6.Однією з одиниць довжини, яку застосовують в астрономії, є світловий рік. Один світловий рік дорівнює відстані, що її проходить світло у вакуумі за один рік. Скільки метрів становить світловий рік?
7.Завдання( Слайд 46)

Рубрика « Цікаве і загадкове про світло» - «Оптичні ілюзії».
Діти одержують листочки з фотографіями оптичних ілюзій:

1.Який із відрізків довший?

2.Який круг має більші розміри?

3.Скільки кубиків на малюнках?

4.Що ви бачите на малюнках?

5.Чому рухаються кола?
(Тема « Оптичні ілюзії» пропонується учням для дослідження на урок захисту наукових проектів).(Слайд 49 – 93)

Домашнє завдання(Слайд 47, 48)

Вивчити §9,§10(п.1), виконати - вправа 9(з.6).

Творче завдання: знайти приклади опису світлових явищ у літературних творах та фольклорі.

Використана література.

1.Навчальна програма для 7-9 класів, затверджена Наказом Міністерства освіти і науки України від 07.06.2017 №804.

2.Фізика: підруч. для  9 кл. загальноосвіт. навч. закл. / [ В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий, Ф. Я. Божинова, О.О.Кірюхіна]; за ред. В. Г. Бар’яхтара, С. О. Довгого. — Х. : Вид-во «Ранок», 2017. – 272 с.: іл.,фот.

3. Шарко В. Д. Сучасний урок фізики: технологічний аспект : Посібник для вчителів і студентів /В.Д. Шарко. — К.: TOB «Фірма «Есе», 2005. — 220 с.

4. Фізика в школах України. /Науково-методичний журнал. – Х.: Вид. група «Основа», 2010. Вип. 3 (151).

5.Інтернет – ресурси:

1) https://gdz4you.com/prezentaciyi/fizyka/;

2) https://svitppt.com.ua/fizika/svitlovi-yavischa0.html;

3) https://subject.com.ua/textbook/physics/9klas_3/22.html.