Конспект урока по теме "Дисперсия света" в 11 классе
план-конспект урока (физика, 11 класс) по теме

Тема урока: Дисперсия света.

Цели и задачи урока:

Обучающая: в результате экспериментального исследования изучить явление дисперсии света;

Развивающая: развитие понятийного, логического мышления; совершенствование опыта понимания и оценки предложенных проблемных ситуаций;

Воспитательная: обучение совместному поиску истины, развитие коммуникативных навыков.

Тип урока: урок формирования знаний.

Методы обучения:

по степени активности учащихся:    частично-поисковый, проблемный, исследовательский

по источникам:   словесные, наглядные, практические, информационно-поисковый

самостоятельной работы:        практические, исследовательские

контроля:   фронтальный устный, практические.                

План урока.

1. Исаак Ньютон и его вклад в оптику.
2. Исследования Ньютона по дисперсии света. Спектр.
3. Сложная структура белого света.
4. От чего зависит показатель преломления вещества.
5. Понятие дисперсии света.
6. Почему мир цветной?
7. Радуга… что это такое?
8. Закрепление изученного (проведение фронтального и групповых экспериментов).

Начало урока. Организационный этап.

Учитель обращается к классу и гостям: «Добрый день! За окном долгожданная снежная зима, померкли яркие краски природы, уступив место торжеству белого искрящегося снега, но тема сегодняшнего урока позволяет нарушить эту цветовую монотонность и пригласить к нам необычную гостью. Кто же она? Звучит загадка о радуге в выразительном прочтении одной из учениц класса.

Был использован перевод загадки Шиллера с немецкого языка, выполненный выпускницей гимназии Богатырёвой Наталией.

«Этот мост,что из жемчужен был построен,

В воздухе основан весь в сиянье,

Что с потоком водным только существует,

И нет путника чтоб до него добрался,

Взгляни в небо, ведь он РАДУГОЙ назвался.»

Учащиеся высказывают предположения о том, что за необычная гостья приглашена. После того как прозвучал правильный ответ от ребят, под лирическую музыку звучит поэтическая отгадка, а на мультимедийном экране появляется пейзаж с изображением радуги.

Почему же у нас на Земле, возможно, такое замечательное  и красивое явление как радуга?

Ответ на этот вопрос  науке и нам с вами помог дать известный английский учёный Исаак Ньютон. Я попрошу ребят рассказать о нём.  (группа ребят делает краткое сообщение о биографии И. Ньютона и его вкладе в теорию оптики).

Сообщение темы урока.

Учитель знакомит школьников с целями и задачами урока .

Актуализация знаний .

В своём трактате по оптике Ньютон писал: « Моё намерение – не объяснять свойства света гипотезами, но изложить и доказать их рассуждениями и опытами»   («Оптика» 1704 г.)

Давайте эти очень точные высказывания о характере исследования возьмём эпиграфом к нашему уроку.

Давайте попробуем, следуя описаниям исторических опытов Ньютона по дисперсии света, воспроизвести некоторые из них и исследовать от чего же зависит преломляемость световых лучей, т. е. от чего зависит показатель преломления вещества, через которое распространяется свет?

На прошлом уроке мы проводили экспериментальное измерение этой величины для стекла. Перед нами также стояла задача выяснить зависит ли показатель преломления  n от угла падения луча? Что мы выяснили в ходе этого лабораторного исследования?

Ребята дают ответ, соответствующий выводу  в этом исследовании о том, что показатель преломления вещества не зависит от угла падения.

Введение материала с учетом закономерностей процесса познания.

Проведение демонстрационных экспериментов по изучению дисперсии света.

Перед проведением опыта  по разложению белого света с помощью треугольной призмы в спектр на экран выводится схема опыта, и даются пояснения об условиях проведения опыта.

Ньютон пропускал солнечный свет в тёмную комнату через маленькое круглое отверстие в шторе, собирал лучи в узкий пучок двояковыпуклой линзой, а за линзой ставил стеклянную призму тонким концом вниз. Белый свет, падая на призму, преломлялся, за призмой на противоположной стене комнаты возникала «радуга» из разных цветов света  «спектр» (лат. spectrum) – видение.

Учитель задаёт вопрос: «Как вы думаете, почему узкий пучок белого света, пройдя через призму, дал на экране  цветную полосу – радужное изображение?»

Обсуждая опыт, ребята приходят к выводу о сложности белого света, который, проходя через призму, не окрашивается ею, а разлагается на цветные составляющие.

Учитель задаёт вопрос: «С чем связано именно такое расположение цветов в спектре?»

Учащиеся находят ответ: «Цветные лучи преломляются по-разному».

Мы приходим к выводу о том, что преломляемость лучей зависит от их цвета.

На экране появляется цитата из трактата Ньютона.

« Цветовые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости».

                                                                                              (И. Ньютон «Оптика»)

Значит, призма не окрашивает белый свет в разные цвета, а позволяет увидеть составляющие сложного белого света, «раскрывая» их как веер перед нашим взором.

Ньютон выделил в дисперсионном спектре семь основных цветов, следуя многовековой традиции (кроме того, число семь всегда считалось божественным семь дней недели, за которые был создан мир, семь чудес света и т. д.)

Как запомнить порядок расположения цветных составляющих в спектре?

На экране появляется изображения спектра, где против каждого цвета стоит слово известной поговорки «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан».

Вывод зависимости скорости света в веществе или показателя преломления от частоты света.

Итак, мы выяснили, что цветные составляющие преломляются по-разному, т. е. разным цветам соответствует разный показатель преломления.

А чему равен абсолютный показатель преломления?

Записывается кем-то из учащихся на доске формула. Из неё вытекает зависимость показателя преломления от скорости распространения света в веществе.

Вопрос по наблюдению продемонстрированного ранее опыта: «Какой из цветовых пучков преломился меньше всего? (Ответ: «Красный»). Вопрос: «А какой из цветовых пучков преломился больше всего?» (Ответ: «Фиолетовый»).

Далее записывается на доске соотношение для показателей преломления для всех цветов спектра: самым наименьшим в этом неравенстве записан показатель преломления для красного цвета, а самым большим записан показатель преломления фиолетового цвета.

      Вопрос учителя: «Какой же из цветов имеет наибольшую скорость       распространения в веществе?» (Ответ: «Красный»)

Вопрос: «Какой из цветов имеет самую маленькую скорость распространения в веществе?» ( «Фиолетовый»)

На доске записывается соотношение для скоростей распространения в веществе всех составляющих спектра.

Но каждому цвету соответствует определённая частота колебаний в световой волне. И наше восприятие цвета зависит от длины световой волны, а, следовательно, от частоты колебаний в ней. И тогда, исследуя написанное неравенство, мы можем ответить на стоящий перед нами вопрос: от чего зависит показатель преломления света в веществе?

Ребята дают ответ: «Показатель преломления зависит не столько от цвета света, сколько от его частоты (или длины волны).

После формулировки этой зависимости на экран выводится слайд с записью этого вывода и записью функциональной зависимости показателя преломления от длины волны и частоты.

Вот теперь мы подошли к возможности сформулировать ответ на вопрос стоящий перед нами как основная цель урока, в чём заключается явление дисперсии?

Идёт обсуждение возможного формулирования.

После обсуждения на экран выводится определение явления дисперсии.

Дисперсия (лат. «рассеяние») – зависимость скорости света в веществе (показателя преломления) от частоты колебания (или длины волны).

Далее ставится демонстрационный опыт по соединению монохроматических цветных лучей в единый белый луч с помощью зеркальной установки и опыты с  оптическими фильтрами. Эти опыты позволяют задать следующий проблемный вопрос: «Каким является белый свет простым (монохроматическим) или сложным (немонохроматическим)?

Ребята, анализируя продемонстрированные опыты, приходят к выводу, который был получен в исследованиях и самим Ньютоном. После обсуждения на экран выводится цитата из его работы: «Белый свет – сложный. Это запутанная смесь лучей всех видов и цветов».

Также можно доказать положение о немонохроматичности (сложности) белого света, состоящего из простых (монохроматических) цветов с помощью модели «круга Ньютона». К созданию данной модели был привлечён один из учеников класса во время подготовки урока. Он объясняет её действие и демонстрирует ребятам явление изменение окраски круга из семи цветных сегментов при быстром его вращении: круг окрашивается в серый,  а не белый цвет из-за недостаточно высокой скорости вращения диска и из-за резких границ между цветами сегментов.

Следующий этап урока  должен быть направлен на решение ещё одной проблемы, поставленной перед учащимися: почему нас окружает такой красочный, цветной мир? (этот вопрос задаёт ребятам учитель).

На экране выведен яркий красочный вид цветущего луга.

После небольшой дискуссии ребята приходят к выводу, что это возможно,  так как все предметы мы видим в отражённом свете. Немонохроматический,  белый свет падает на предметы: листочки, траву, и мы видим их зелёными, потому что они при этом хорошо отражают составляющую с частотой воспринимаемую нашими глазами зелёной.

Красные тюльпаны – красные, так как они хорошо отражают составляющую  белого света с частотой, соответствующей и воспринимаемой нашими глазами как красный цвет и задерживают все остальные составляющие.

Следующий этап урока должен дать возможность понять учащимся проявление изучаемого явления в природе в виде радуги.

Вопрос учителя: «Как вы думаете, что такое радуга?»

Учащиеся  предлагают свои варианты ответа, после правильного или близкого к правильному ответа на экран выводится определение этого явления.

Один из учащихся за несколько дней до проведения урока имел задание рассмотреть вопрос о возможности наблюдения радуги  и различных её видах.

Вопрос учителя: «В каком же случае мы наблюдаем радугу и при каких условиях какую?».

Далее на экран выводится схема возможности наблюдения радуги, и учащийся делает сообщение по выдвинутой проблеме.

Учащимся был также продемонстрирован пейзаж необычной двойной радуги. Это была репродукция картины «Вёль. Радуга.» Алексея Петровича Боголюбова, нашего земляка, художника-пейзажиста, основателя первого в России общедоступного художественного музея , Саратовского музея им. А. Н. Радищева .

Один из учащихся поделился с ребятами впечатлением от увиденной им  с борта самолёта близ аэропорта города Мурманск радуги,имеющей не дугообразную форму, а форму окружности. Он показал ребятам фотографию,на которой запечатлел увиденное им  год назад необычное явление.

Завершающим этапом урока являются экспериментальные задания учащимся.

Весь класс проводит фронтальное наблюдение дисперсионного спектра, используя стеклянные призмы.

Далее класс делится на группы, оборудование для экспериментов находится уже на партах и текст заданий предоставлен. После проведённых исследований проводится их обсуждение: ребята выступают с рассказом о содержании заданий и их результатах, делают выводы по проведённым исследованиям.

Задания группам экспериментаторов.

1. Какими будут казаться красные буквы, если их рассматривать через зелёное стекло?
2. На тетради написано красным карандашом «отлично» и зелёным – «хорошо»,

                    имеются два стекла – зелёное и красное, через какое стекло надо смотреть, чтобы увидеть слово «отлично»?

3. Наблюдатель рассматривает сквозь стеклянную призму чёрную черту на белой бумаге, Что он увидит? (спектральную полосу)
4. Узкая фиолетовая полоска продолжена красной. Что можно увидеть, глядя на полоски сквозь призму? ( Обе полоски окажутся смещёнными, причём фиолетовая смещена больше красной.)
5. Почему мы видим доску чёрной, а потолок – белым?

Далее подводится итог урока, объявляются оценки, и даётся домашнее задание.