Урок-суд в 11-М классе

Тема урока: Корпускулярно-волновой дуализм.

Учитель физики МБОУ «Школа-лицей№17» г. Симферополя РК

Ягьяева Гульнара Идрисовна

Цель урока:

                   Образовательная: Обеспечить понимание учащимися световых явлений; 

                                                   доказать двойственную природу света; показать способы

                                                   получения интерференции и дифракции; преломление и

                                                  отражение света. Формирование познавательного интереса,

                                                  интеллектуальных и экспериментальных умений и навыков, и

                                                  закрепить понятия, связанные световыми свойствами света.

                  Воспитательная: Сформировать мировоззренческие идеи, связанные с           

                                                  использованием электромагнитных колебаний и волн;  

                                                  воспитывать умение работать в группах, где развиваются

                                                  чувства коллективизма. Содействовать эстетическому

                                                 воспитанию учеников.

                 Развивающая:       Развивать познавательный интерес и расширять круг знаний по 

                                                   физике, уметь выделять главное, сравнивать, обобщать,

                                                  логически излагать мысли.

Методы: Репродуктивный, частично-поисковый, исследовательский, словесно и наглядно-дедуктивный, словесно и практический.

Демонстрация : Интерактивное оборудование, бипризма Френеля, светофильтры, зеркало, фрагменты видеофильмов.

Фронтальный эксперимент: СД-диски, трубки для мыльных пузырей, двойные стекла, рабочие листы.

Для мотивации: Рисунки с радугой, пластинки с тонкой пленкой, большой мыльный пузырь.

Формы учебно-познавательной деятельности: групповая, индивидуальная.

  План урока.

1.Вступительное слово учителя (1-2мин);

2.Судебное разбирательство : доказательство волновых и квантовых свойств света (30-35 мин);

3.Вынесение решения (2мин);

4.Заключительное слово(3мин).

5.Рефлексия.

Действующие лица (учащиеся подготовили свое выступление):

                                    Госпожа Волновая Теория Света;

                                    госпожа Квантовая Теория света;

                                    господин Х,Гюйгенс-отец Теории Светиловны Волновой;

                                     свидетели Евклид, Френель Бипризмович, Дифракт Огибаевич, миссия 

                                    Дисперсия, господин И. Ньютон; адвокаты, присяжные.

                                               Ход урока.

1.   Организационный момент.

2.    Вступительное слово учителя (постановка проблемной задачи). Мир солнечного света, воспринимаемый нашим органом зрения, огромен, разнообразен, неисчерпаем. Все удивительное богатство форм предметов, их цветовых тонов, оттенков, уровней яркости, которое мы встречаем в окружающей нас природе на Земле, в атмосфере - все породили Солнце и глаз человека.

      Что такое свет? Занимал умы ещё древних философов.

      Евклид описывает опыт, который до сих пор не сходит со страниц школьных учебников по

      отражению и преломлению.

     Декарт пытался объяснить происхождение радуги.

    Ферма и Гюйгенс ищут и находят универсальные принципы распространения света, с помощью которых каждый может вывести законы геометрической оптики.

    И.Ньютон раскладывает белый свет, пользуясь призмой.

     Первой научной теорией, пытавшейся объяснить физическую природу света, стала теория световых частиц, разработанная И.Ньютоном - корпускулярная теория света.

     Вторая теория Х.Гюйгенса - волновая теория.

     На протяжении более ста лет корпускулярная и волновая теории о природе света существовали параллельно. Ни одна из них не могла одержать решающей победы. Лишь авторитет Ньютона заставлял большинство ученых отдавать предпочтение корпускулярной теории.

     Во второй половине XIX века была построена электромагнитная теория света. (Квантовая теория света изучается позже).

  3.    Судебное разбирательство. Учащиеся ведут суд. Учитель направляет их.

     Главный судья. Сегодня слушается дело №1, состоящее из двух частей. Госпожа Корпускулярная Теория Светиловна обвиняет госпожу Волновую Теорию Световну в том, что она притесняет ее и не признает.

      Госпожа Волновая Теория Световна жалуется на то, что Корпускулярная Теория Светиловна не хочет признавать ее место в науке.

     Мы призываем суд обстоятельно разобраться в этом споре. Со справедливостью и беспристрастностью выслушать показания свидетелей и вынести справедливый приговор.

     (Входит Корпускулярная Теория Светиловна).

Судья. Установим вашу личность. Ваша фамилия, имя, отчество?

Вошедшая. Корпускулярная Теория Светиловна (клянется на книге справедливости).

Судья. Ваше место жительство?

Корпускулярная Теория. Физическое царство, г. Оптика, ул.  Природа Света, дом 28 кв.1.

Судья. Ваши родители?

Корпускулярная Теория. Отец Исаак Ньютон-создатель классической механики.

Судья. Ваш год рождения и биография?

Корпускулярная Теория. Я родилась 6 февраля 1672 года, когда И. Ньютон доложил в Королевском обществе о новой теории света и цветов. Согласно этой теории, свет представляет собой поток частиц, испускаемых светящимся телом во всех направлениях. Занимались моим развитием (1900г.) немецкий физик Макс Планк и А. Эйнштейн (1905г.). (Демонстрация видеофильма).

Судья. Прошу садиться. (Входит вторая дама). Ваша фамилия, имя, отчество?

Вошедшая. Волновая Теория Световна.(Тоже клянется на книге справедливости).

Судья. Ваше место жительство?

Волновая Теория. Физическое царство, г. Оптика, ул.  Природа Света, дом 28 кв.3.

Судья. Ваши родители?

Волновая Теория. Отец -ученый Христиан Гюйгенс.

Судья. Ваша биография?

Волновая Теория. Я родилась в 1678 г., когда Х. Гюйгенс разработал волновую теорию света; объявил же он обо мне в 1690 году в «Трактате о свете». Меня растили французский физик О. Френель и английский Т. Юнг. ( Демонстрация видеоролика).

Судья. Прошу садиться. Теперь переходим к заслушиванию свидетелей-защитников, в роли которых выступают почтеннейшие и уважаемые в физическом царстве ученые знаменитости; они изложат свои неопровержимые доказательства.

Первое слово предоставляется господину Ньютону.

Господин И.Ньютон. Я пришел на ваш суд для того, чтобы помочь разрешить разногласие между моей дочерью  Корпускулярной Теорией  Светиловной и её соперницей  Волновой Теорией Световной. В своей книге «Оптика или трактат об отражениях, преломлениях и цветах света»(1704) я показал, что существуют монохроматические лучи различной цветности и что  белый свет есть смесь этих лучей, которые в дальнейшем ни при преломлении, ни при отражении не изменяют своей окраски и показателя преломления, т.е. сохраняют индивидуальность. Отсюда следует, что белый свет, состоящий из монохроматических лучей различной окраски, представляет  собой потоки частиц различной преломляемости. (Демонстрирует опыт с призмой).

Судья. Господа,  слово просит Евклид.

Евклид. Я, древнегреческий ученый Евклид, прибыл на Машине Времени в XXI век из III века до вашей эры на этот суд, чтобы помочь своей прапрапрапрапрапраправнучке- Корпускулярной  Теории Светиловне отстоять свое положение в физическом царстве. Признавая теорию зрительных лучей, я нашел законы отражения света. Со мной прибыли мои ученики-Закон Отражевич и Закон Преломлевич, которые помогут Корпускулярной Теории.

Судья. Вызывается свидетель-Закон Отражевич.

Закон Отражевич. (При его выступлении на интерактивном экране демонстрируется видеоролик, где изменяется угол отражения). Отражение -физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменения направления волнового фронта на границе двух сред с разными оптическими свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришел.

Примеры: отражение света, звука, волны на воде.

Впервые закон отражения света упоминается в «Катоприке» Евклида (300 до н.э.).

Закон отражения света устанавливает изменение направления хода светового луча.

В результате встречи с отражающей поверхностью выполняются два закона отражения:

Первый закон отражения: Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Второй закон отражения:Угол отражения равен углу падения.

(Можно рассказать о полном отражении света).

Демонстрация. Опыт с зеркалом, изменяя угол падения света.

Луч движется прямолинейно до тех пор, пока среда является однородной. При переходе луча из одной среды в другую, на границе раздела луч меняет свое направление. Часть света, а иногда и весь свет (явление полного внутреннего отражения света) возвращается в исходную среду. (Объяснение сопровождается выводом формул и построения лучей на интерактивной доске).

Судья. Слово дается Закону Преломлевичу.

Закону Преломлевич. Световые лучи не только отражаются, но и преломляются.

Демонстрация. Преломления лучей.

Гюйгенс. Эти законы, открытые опытным путем, можно вывести, если рассматривать свет как упругие волны в эфире, заполняющем все мировое пространство. И я это сделал!

Судья. Слово предоставляется господину Гюйгенсу.

Гюйгенс. В «Трактате о свете» (1690) я высказал мысль о том, что свет представляет

собой волновое движение в эфире: «Нельзя сомневаться в том, что свет состоит в движении какого-то вещества»; «Поскольку...свет употребляет для своего прохождения некоторое время... из этого следует, что движение, сообщенное веществу, постепенно и, следовательно, распространяется так же … сферическими поверхностями и волнами, которые можно наблюдать на воде, в которую брошен камень и которые изображают собой указанное постепенное распространение кругами, хотя оно и происходит от другой причины и в плоской поверхности». (Демонстрирует опыт).

Судья. В защиту Волновой Теории Световны приглашаются Дифракт Огибаевич и Френель Бипризмович.

Дифракт Огибаевич. Хочу привести неопровержимые доказательство в пользу госпожи Теории Волновой Световны (работает с интерактивной доской и одновременно с классом проводит опыт по дифракции). Дифракция-это явление светом границ непрозрачных тел-краев отверстий, узких щелей и экранов, т. е. нарушение прямолинейности света и т. д. (доказывает, что свет обладает волновыми свойствами).

Затем в защиту Волновой Теории выступает Френель Бипризмович, объясняя волновые свойства света на явлении интерференции, демонстрируя опыт и показывая видеоролик.

Судья. У нас еще один свидетель-мисс Дисперсия.

Мисс Дисперсия выступила в защиту Волновой Теории Световны. Она продемонстрировала дисперсию света.

Судья. Мы выслушали всех свидетелей с обеих сторон, а теперь в защиту Корпускулярной Теории Светиловны и Волновой Теории Световны выступят их адвокаты.

Адвокат Волновой Теории показывает видеоролик и рассказывает о радуге, ее происхождении, демонстрирует мыльные пузыри.

Адвокат Корпускулярной Теории объясняет явления фотоэффекта, демонстрирует опыт Столетова.

  Класс в течении судебного заседания заполнял таблицу, где фиксировались «за» и «против» двойственности света.

Записывают в своих таблицах:

(Квантовую теорию света проходят по программе позже).

Группа присяжных уходит на вынесения приговора.

Выступление присяжных (группа ребят). Возникла необычная ситуация:

Явление интерференции и дифракции по прежнему можно объяснить, считая свет волной, а явления излучения и поглощения считая свет потоком частиц.

 В результате многочисленных обсуждений, поисков и исследовании возникла современная теория света. Эта теория является синтезом корпускулярной и волновой теории. Свет одновременно обладает и волновыми , и корпускулярными свойствами.

4.Вынесение решения.

Главный судья. Всем встать!

Оглашается решение суда! По материалам рассмотренного дела суд пришел к выводу.

Итак, квант света-не волна, но и не корпускула в понимании Ньютона, а фотоны.

Фотоны-особые микрочастицы, энергия и импульс которых (в отличии от обычных материальных точек) выражаются через волновые характеристики: частоту и длину волны. И поэтому: Впредь будет существовать корпускулярно-волновой дуализм-проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств.

5.Заключительное слово учителя. 1) Рассмотреть допущенные ошибки.

                                                        2) Найти несколько различий корпускула и кванта.

                                                        3) Подвести итоги работы ребят и отдельных групп.

6.Рефлексия.

7.Домашнее задание. Прочитать параграф , ответить на вопросы. Решить задачи. Попробовать дать квантовое объяснение фотоэффекта.