Урок з фізики "Дисперсія світла"

Тема уроку: Дисперсія світла

Мета :

Навчальна: ознайомити учнів з явищем дисперсії, з’ясувати фізичну сутність цього явища; з’ясувати, що показник заломлення залежить від швидкості світла в речовині і це явище являється причиною дисперсії; показати єдність матеріального світу, роль спостережень і експерименту в пізнанні;

Розвиваюча: розвивати пізнавальну активність, логічне мислення, уміння бачити прояви вивчених закономірностей в оточуючому житті, комунікативні здібності учнів;

Виховна: виховання цілеспрямованості в досяганні поставленої мети, відповідальне відношення до праці.

Тип: удосконалення умінь і навичок

1.Організаційний момент.

Доброго дня! Доброго вам здоров’я! Сьогодні, гадаю, якраз буде вчасно, щоб був у нас справді чудовий настрій.

2. Мотивація знань

З давніх часів людина намагалася зрозуміти закони природи, розкрити їх таємницю, але через нерозуміння багатьох явищ, які відбуваються в природі, у неї з’являвся страх перед невідомим. Вона вірила в те, що існують добрі і злі духи, які управляють усім в природі, і потрібно їм поклонятися. В наш час людина вже не боїться того, що відбувається в природі і не шукає притулку і захисту у богів. Адже всі звичайні природні явища, над якими ми не задумуємося, мають своє цікаве фізичне пояснення.

  Зовсім недавно ми спостерігали веселкові кільця навколо Місяця. Це дивовижне рідкісне явище називається гало. Для багатьох це явище було дивовижним і загадковим. Причини появи гало ви маєте дізнатися  на сьогоднішньому уроці.

  Тема уроку «Дисперсія світла». Запишемо дату і тему уроку в зошити. На уроці ми дізнаємося про історію відкриття, фізичний зміст і причину виникнення явища дисперсії світла. Розглянемо її в різних проявах.

3 Актуалізація знань Повторимо вивчений матеріал, а для цього три учні розв’яже задачі на побудову променів світла. (додаток 1) Всі інші – писатимуть самостійну роботу у вигляді тестів. На виконання завдання відводиться 3 хвилини. (додаток 2)

 (учні працюють 3 хв.; відбувається взаємоперевірка; перевірка задач розв’язаних      біля дошки)

4. Вивчення нового матеріалу

Явище дисперсії було відкрите видатним англійським ученим Ісааком Ньютоном в 1666 р. (портрет) Надаємо йому слово.

  Розповідь учня, який грає роль Ньютона, із використанням презентації. Панове, одного разу в затемненій кімнаті я проводив досліди зі скляною призмою і помітив, що промінь світла, який проходив через отвір у шторі, після призми перетворювався на чудову картину. Я її назвав спектром.

 

Учень. На латинській мові spectrum означає «світло». Спектр має сім основних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. А саме явище – дисперсією (від латинського dispersion – розсіювання)

Учитель. Зверніть увагу на стелю. Ми спостерігаємо спектр.

 Учень. На цьому я не зупинився. Продовжував досліджувати явище. На шляху променів, які пройшли крізь першу призму, розмістив другу, повернуту на 1800. І яким моїм було здивування, коли побачив знову біле світло. Значить біле світло складається із світла різних кольорів.

Учитель. Складемо спектр у білий промінь світла – дослід.

Учень. Проведені мною досліди я описав у роботах «Лекції з оптики», та «Нова теорія світла й кольорів».

Учитель.  Давайте попрацюємо над схемою. Використовуючи набуті раніше знання ми пояснимо причини розкладання білого світла у спектр.

(робота з опорним конспектом)

( конспект написаний на дошці    -  за Ньютоном)

1.Біле світло  складне,

Б.С. = ч+о+ж+з+г+с+ф               спектр

3. n _ф > n_с > n_г > n_з > n_ж > n_о > n_ч

4. U ч> Uо  > Uж  > Uз  > Uг  > Uс  > Uф

     Опорний конспект  (складають учні, пригадуючи раніше вивчений матеріал)

1. Біле світло  електромагнітна хвиля, С = 3·10⁸ м/с

2. Ч, О, Ж, З, Г, С, Ф  - монохроматичні хвилі (хвилі певної частоти)

3. Абсолютний показник заломлення  залежить від довжини поширення хвилі

Учитель.  Як же залежить показника заломлення світла від довжини хвилі ? Розглянемо графік такої залежно

Можлива відповідь учня. З графіка видно, що залежність є нелінійною.

  Якщо довжина хвилі дорівнює 0,2 мкм, то показник заломлення дорівнює 1,8; якщо довжина хвилі дорівнює 0,8 мкм, то показник заломлення – 1,65. Ми бачимо, що короткі хвилі заломлюються сильніше, ніж довгі. Інакше кажучи, зі збільшенням частоти хвилі показник заломлення зростає.

Учитель.  Запишемо цю залежність.

4. λ >      n<

Учитель.  Для якого кольору довжина хвилі найбільша? Найменша?

5. λ >       n<     

 λ _ф<      n_ф>                         

Учитель.  Використовуючи таблиці, визначимо чому дорівнюють ці значення?

6. λ_ч (760 – 620нм)               n_ч = 1,513          

 λ_ф (450 – 380 нм)                n_ф = 1,532

Учитель.  Довжина хвилі і частота її поширення обернено пропорційні величини, то як буде залежить абсолютний показник заломлення від частоти?

 

7. Із формули U = с/λ   U_ч <           n_ч>                 

 U_ф >          n_ф<   

8. Різним швидкостям поширення хвиль відповідають різні абсолютні показники заломлення середовища n=c/v. Тоді швидкість монохроматичної хвилі зменшиться у n раз v =c/n. Для хвилі фіолетового кольору n_ф >       v_ф<,  для червоного

n_ч<      v_ч>            

Учитель.  На початку уроку ми згадали таке світлове явище як гало. А які ще природні явища пояснюються дисперсією світла? (веселка)

Про природу веселки розповідь підготувала…

Учень. (додаток 3)

Учитель.  Ми з’ясували, що біле  світло є складним. І завдяки складній будові білого світла природа нас наділила різноманіттям кольорів. Як можна пояснити колір предмета?

Учень. Колір предмета визначається довжиною хвилі світла, яке потрапляє до нас в око після відбиття від його поверхні. Якщо поверхня речовини відбиває всі довжини хвиль, то поверхню бачимо білою. Якщо поверхня поглинає світло всіх довжин хвиль світла, то бачимо її чорною (світло в око не потрапляє)

Учитель.  (слайд) Чому трава зелена? (відбиваються хвилі зеленого кольору, інші – поглинаються)

Чому небо голубе? Хмари – білі?( відбиваються хвилі всіх довжин хвиль) А

соняшники жовтого кольору?

Учитель .Сьогодні у нас на уроці присутній психолог Юлія Гребенюк, який вивчає вплив кольору на людину: на її поведінку і фізичний стан. Будь-ласка, вам слово.

Психолог (додаток 4)

5. Закріплення матеріалу

Учитель.  Тепер попрацюємо самостійно у групах з 4 чоловік. Кожна група отримує кольоровий конверт із завданням  (додаток 5). Робота розрахована на

3 хв.

(звіт про роботу груп)

Учитель. Переходимо до розв’язування задач

Задача 1. Якій частоті коливань відповідає світло, довжина хвилі якого 380 нм?

Задача 2. Світло з довжиною хвилі 600 нм поширюється в повітрі. Чому дорівнює довжина хвилі у воді?

6. Підведення підсумків

Учитель. 1. Що таке дисперсія? (залежність абсолютного показника заломлення від частоти (довжини) світлової хвилі)

2. Хто її відкрив?

3. Хто ж може пояснити причини виникнення гало? ( хвилі світла заломлюються у кристаликах льоду, що містяться у хмарах, які розміщені між Землею і Місяцем)

7. Рефлексія

Учитель. Тепер прошу вас за допомогою кольору відтворити свій

настрій.  Чому ви вибрали ці кольори?

8. Домашнє завдання

§56, №19.1 – 19.3(стор.165), 19.25* (стор.167) – збірник задач, Ф. Божинова,

*створити презентацію до теми «Дисперсія світла»

 

 

 

Додаток 1.

1.Побудувати хід променя в трикутній призмі.

2.Побудувати хід променя в плоскопаралельній пластинці.

3.Світло падає зі скла на межу «скло – повітря» під кутом 45⁰. Побувати хід променя. (n_n = 1,  n_c = 1,56)

 

Додаток  2.

 1.Явище підсилення коливань в одних точках середовища і послаблення в інших, яке є результатом накладання хвиль однієї довжини, називається…

А) інтерференцією        Б) дифракцією                в) дисперсією

 

2.Дифракцією світла називається…

А)… зміна напряму світлових променів при переході з одного середовища в інше

Б) …огинання світлом перешкод

В)…взаємне посилення чи послаблення двох когерентних світлових хвиль

Г)…розкладання сонячного світла в спектр при проходженні його через трикутну призму

 

3. Швидкість поширення світла…

А) 3· 10⁸км/с             Б) 3 ·10⁸ м/с       В) 3 ·10⁵ м/с·

 

4. Виберіть правильне твердження

А) світлові хвилі поширюються тільки у вакуумі

Б) при переході світлових хвиль з повітря у воду змінюється їхня частота

В) для поширення  світлових хвиль обов’язково потрібне пружне середовище

Г) При переході світлових хвиль з повітря в скло змінюється довжина хвилі

 

5) Де на шкалі електромагнітних хвиль розташовано діапазон видимого світла?

А) між радіохвилями й інфрачервоним випромінюванням

Б) між інфрачервоним і ультрафіолетовим випромінюваннями

В) між ультрафіолетовим і рентгенівським випромінюваннями

Г) між рентгенівським і гамма- випромінюванням

 

6) Монохроматична хвиля – це…

А) сонячне світло     Б) хвиля, яка поширюється з однаковою частотою (довжиною) хвиль  

В) хвиля певної частоти або довжини хвилі

 

7) Частота поширення хвилі  - це…

А) кількість коливань здійснених системою за 1 с

Б) кількість коливань, здійснених системою за 1 хв

В) кількість коливань, здійснених системою за 1 год

 

8) яка довжина хвилі, якщо її частота 4 Гц, а швидкість її поширення дорівнює 16 м/с?

А) 64 м     Б) 16 м                 В) 4 м        

 

9)Продовжити речення. Падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр, поставлений у точку падіння точки…

А) лежать в одній площині                       Б) лежать у двох площинах                       в) лежать у безліч площинах

 

10) Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення світлової хвилі – величина ...

А)  яка дорівнює 1

Б)  стала для двох середовищ

В)  яка залежить від роду речовини і сталого значення не має.

 

11. Абсолютний показник заломлення визначається за формулою…

А) n = U1/U2                     Б)   n =c /U            В)  n = c¹/c²

 

12) Світловий промінь, що переходить із одного середовища в інше. Виберіть правильне твердження. 

А) Кут падіння променя менший, ніж кут заломлення

Б) Промінь проходить із першого середовища у друге без заломлення

В) коли промінь переходить із першого середовища у друге, він заломлюється

Г) Оптична густина першого середовища більша, ніж оптична густина другого середовища

 

Додаток 3.

  Уранці після заходу сонця, коли східні вітри підганяють дощові хмари на захід, або ввечері, коли західні вітри женуть на схід, після, або під час дощу на небі збоку, протилежного сонцю, можна спостерігати різнокольорову дугу – веселку. У давнину вважали, що веселка – це прояв волі божої. У стародавній Греції  веселку вважали посмішкою богині Іриди, яка провіщала мир між небом і землею. За уявленнями давніх людей, веселка єднала небо і землю.

  Був час, коли тих, хто намагався тлумачити веселку, переслідували. Так, у 17 ст. Антоніо Домініка засудили до страти за пошуки природничо-наукового пояснення цього явища. У веселці на небі відбувається явище подібне тому, яке спостерігається під час проходження променів через призму. Появу веселки пояснюють так: сонячний промінь входить у кожну краплину, заломлюючись в

ній; а на протилежному боці краплини промінь відбивається від межі краплина – повітря всередину неї. Дійшовши до нової точки на внутрішній поверхні краплі, промінь виходить на зовні, знову заломлюючись. На цьому шляху «колишній білий» виходить із кожної краплі вже як пучок різнокольорових променів. Тому від кожної краплі, що зависла в повітрі, в око людини потрапляє тільки один кольоровий промінь: кожна краплина здається забарвленою в якийсь один колір. Решта променів від тієї самої краплини пройде нижче або вище ока спостерігача. Зате інші краплини, які знаходяться на різних висотах від першої краплі, посилають до ока спостерігача промені інших кольорів. Звичайно,  краплі  змінюють одна одну, перебуваючи у безперервному русі. Величина їх приблизно однакова, отже кути падіння та відбивання (в краплинах) променів різних кольорів однакові, тому веселка здається нерухомою.

   За яких умов спостерігається веселка? Веселку можна спостерігати на фоні хмар або дощу, проти сонця. Чим ближче буде сонце до горизонту, тим повніша веселка. Коли сонце буде ближче до зеніту, веселка не спостерігається. В око потрапляють лише ті промені, які утворюють із напрямком «сонце – спостерігач»

кут 42⁰

  Не слід думати, що веселку можна спостерігати тільки вдень. Вона буває і вночі, правда, завжди слабка. Побачити таку веселку можна після нічного дощу, коли із-за хмар вигляне місяць.

Якщо веселка з’являється перед заходом сонця, то спостерігають червону веселку. У останніх 5-10 хвилин перед заходом всі барви веселки, окрім червоного, зникають, вона стає дуже яскравою і видимою навіть опісля 10 хвилин після заходу. Красиве видовище є веселка на росі. Її можна спостерігати при сході сонця на траві, покритою росою. Ця веселка має форму гіперболи.

 

  

  Додаток 4.

  Сьогодні доведено , що кожний колір випускає властиву тільки йому відповідну вібрацію. Вібрація чистих кольорів спричинює відновлювальну дію на ті чи інші функції організму, нормалізуючи їх діяльність. Вивчення світлової гами дало змогу встановити, що за біологічною активністю кольори розташовані в тому самому порядку, як і в спектрі. Ця активність найсильніше виражена в червоній частині спектра і відповідно зменшується до протилежного кінця. Червоний і голубий наче очолюють дві групи кольорів з протилежним психофізіологічним впливом:

Червоний колір має збуджуючий вплив, викликає почуття тепла;

оранжевий – зігріваючий і стимулюючий, викликає душевний підйом;

жовтий – сонячний колір хорошого настрою і веселощів, заспокоює, використовується при лікуванні неврозів;

зелений заспокоює, створює відчуття свіжості;

голубий асоціюється з небом і морем, заспокоює; під його впливом спадає напруження м’язів; застосовується при лікуванні нервових захворювань;

фіолетовий благотворно впливає на серцево-судинну систему і органи дихання;

чорний пригнічує, проте дає приємний ефект при контрастних сполученнях.

  Узагальнюючи сказане, вчені прийшли до висновку, що кольори першої групи збільшують мускульну напругу, частоту серцевих скорочень, підвищують кров’яний тиск, а також частоту ритму дихання. Ці кольори покращують настрій, збуджують організм, і люди стають уважніші до зовнішнього світу. Друга група – голубі й сині кольори – сприяє зниженню кров’яного тиску, уповільненню ритму серця і дихання, веде до пасивності, інертності.

Цікавий експеримент було проведено спеціалістами з політехнічного інституту в Будапешті. Вони ввели групу досліджуваних із зав’язаними очима в кімнату, стіни якої були пофарбовані в яскраво-червоний колір. І пульс у всіх учасників експерименту став частішим. Коли ж ця група потрапила в кімнату з жовтими стінами, пульс нормалізувався; в синій кімнаті став меншим від норми. На частоту пульсу людини впливає колір незалежно від того бачить його людина чи ні. Залежність фізичного і психологічного стану людей від кольору стін приміщення, в якому вони знаходяться, застосовується в медицині. Світло-сині тони благотворно діють на пацієнтів з високою температурою, фіолетовий колір заспокоює вагітних жінок. Стіни кольору охри допомагають знизити кров’яний тиск у гіпертоніків, стіни червоного кольору підвищують апетит хворих, отже цей колір підходить для фарбування стін їдалень.

 

Додаток 5.

1. На білому фоні написані літери жовтою фарбою. Що ви спостерігаєте, якщо дивитися на літери через жовтий світлофільтр? Чому?
2. На аркуші червоного кольору зображено синій прямокутник. Через фільтр якого кольору (червоного, синього) його не можна побачити? Чому?
3. Батьки виконують ремонт кімнати сина-підлітка. Якого кольору шпалери необхідно їм купити для обклеювання стін. Пояснити вибір.
4. Ви дизайнер інтер’єру. Ваше завдання: вирішити кольорове оформлення кабінету офісу. Який колір використаєте для фарбування стін?
5. Якими здаватимуться червоні літери на білому листку паперу, якщо дивитися на них через зелений фільтр? Яким здаватиметься при цьому колір листка? Чому?