Обобщающий урок «Волновые и квантовые свойства света».
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

Обобщающий урок «Волновые и квантовые свойства света».

Цель урока: Показ исторического развития представлений о   свете, борьбу убеждений  сторонников волновой и квантовой теории.

План урока:

1.Вступительное слово учителя

2.Судебное разбирательство: доказательство волновых и квантовых свойств света

3. Вынесение решения

4. Заключительное слово.

ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА

1. Госпожа Волновая Теория Светиловна
2. Госпожа Квантовая Теория Световна
3. Господин Х. Гюйгенс – отец Теории Светиловны Волновой
4. М. Планк – отец Теории Световны Квантовой
5. Свидетели: Евклид, Френель, Бипризмович, Генрих Герц, Порог Фотоэффектович,

Петр Лебедев, Альберт Эйнштейн, судьи, два адвоката.

Роли распределяются заранее, каждый готовит своё выступление.

Литература: учебник физики и биографический справочник « Физики»,

« Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе ч.1,2» (опыты: волны на поверхности  воды, законы отражения и преломления света, кольца Ньютона, дифракция, поляризация света и др.)

Вступительное слово учителя.

ГЛАВНЫЙ  СУДЬЯ: Сегодня слушается дело №1, состоящее из двух частей. Госпожа Волновая Теория Светиловна обвиняет госпожу  Квантовую Теорию Световну в том, что она притесняет её и не признаёт. Госпожа Квантовая Теория Световна жалуется на то, что  Волновая Теория Светиловна не хочет признать её место в науке. Мы призываем суд обстоятельственно разобраться в этом споре. Со справедливостью и беспристрастностью выслушать показания  свидетелей и вынести справедливый приговор.

(Входит Волновая Теория Светиловна)

СУДЬЯ:  Установим вашу личность. Ваша фамилия, имя, отчество?

ВОШЕДШАЯ: Волновая Теория Светиловна

СУДЬЯ: За дачу ложных показаний суд вас сурово накажет. Клянитесь говорить правду и только правду.

( Произносит, положа, руку на красную книгу Справедливости, клятву: « Клянусь говорить правду и только правду».)

СУДЬЯ: Ваше место жительства?

ВОЛНОВАЯ: Физическое царство, г. Оптика, ул. Природа Света,д.28, кв.1

СУДЬЯ:  Ваши родители?

ВОЛНОВАЯ: Отец- ученый Христиан Гюйгенс.

  СУДЬЯ:  Ваши год рождения и биография.

ВОЛНОВАЯ: Я родилась в 1678г., когда Христиан Гюйгенс разработал волновую теорию света,  объявил  же он обо мне в 1690г., в « Трактате о свете». Меня растили французский физик О. Френель  и английский Т. Юнг.

СУДЬЯ:  Прошу садиться.

(входит вторая дама). Ваше Фамилия, имя, отчество.

ВОШЕДШАЯ: Квантовая Теория Световна

( Произносит, положа, руку на красную книгу Справедливости, клятву: « Клянусь говорить правду и только правду».)

СУДЬЯ: Ваше место жительства?

 ВОШЕДШАЯ: царство, г. Оптика, ул. Природа Света,д.28, кв.3

СУДЬЯ:  Ваши родители?

ВОШЕДШАЯ: Отец- немецкий физик Маркс Планк

СУДЬЯ: Ваши год рождения и биография.

 ВОШЕДШАЯ: Я родилась 14 декабря 1900г., когда М. Планк доложил в Немецком физическом обществе о теоретическом выводе закона излучения, для которого пришлось предположить, что свет излучается  не в виде непрерывных волн, а в виде определённых порций энергии- квантов.

СУДЬЯ: Прошу садиться. Переходим к заслушиванию свидетелей- защитников , в роли выступают  почтеннейшие  и уважаемые в Физическом царстве учёные знаменитости, неопровержимые доказательства.

Первое слово  предоставляется  господину Гюйгенсу.

ГОСПОДИН ГЮЙГЕНС: Я пришёл на ва9ш суд для того, чтобы  помочь разрешить разногласие между моей дочерью Волновой Теорией Светиловной и её сопернице Квантовой Теорией Световной. 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 слудует, что движение, сообщённое 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 « Волны на поверхности воды»).

СУДЬЯ: Господа, слово просит Евклид.

ЕВКЛИД: Я, древнегреческий учёный Евклид, прибыл на Машине Времени в xxı Век из ııı  до Вашей Эры на этот суд, чтобы помочь  своей прапрапрапрапрапраправнучке Волновой Теории Светиловне отстоять своё положение в Физическом царстве.

Признавая  теорию зрительных лучей, я нашел законы  отражения света.

1.  Луч падающий и луч отражённый лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности, восстановленным в точке падения луча.
2. Угол падения равен углу его отражения.
3. Падающий и отражённый лучи обратимы.

В ваших условиях эти законы проверяются в опытах с оптической шайбой Гортля( демонстрирует опыты).

ГЮЙГЕНС: ( с места) Эти законы, открытые опытным путём, можно вывести, если рассматривать свет как упругие волны в эфире, заполняющем всё мировом пространство. И я это сделал!

СУДЬЯ: Слово имеет Френель Бипризмович.

ФРИНЕЛЬ БИПРИЗМОВИЧ: Хочу привести  неопровержимые доказательства в пользу госпожи Теории Светиловны Волновой. ( Демонстрирует опыт с кольцами Ньютона). Это интерференция – устойчивая картина чередующихся светлых и тёмных полос. Объяснить её можно, если предположить, что световые лучи – волны проходят разные пути , отражаясь от стеклянной  пластинки и   положенной  на неё плоско- выпуклой линзы большого радиуса кривизны; отражённые волны складываются  и дают наблюдаемый  эффект. Это впервые доказал  английский учёный  Т. Юнг, живший в конце xvıı  – начале xıx в.  Как он это сделал можно прочитать в учебнике физики для  xı кл. Прошу учесть мои доводы при вынесении решения.

СУДЬЯ: Теперь переходим к заслушиванию свидетелей- защитников Квантовой Теории Световны. Слово господину Максу Планку.

ГОСПОДИН М. ПЛАНК: я пришёл на ваш суд, чтобы доказать вам справедливость  требований моей дочери Квантовой Теории Световны.

Выступая  в 1900г. На заседании Немецкого физического общества , я доложил, что атомы испускают электромагнитную энергию определёнными порциями – квантами. Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения. . Построенная мною теория теплового излучения превосходно согласуется  с экспериментом.

СУДЬЯ: Господа, слово просит Пётр Лебедев.

ПЁТР ЛЕБЕДЕВ:  Уважаемые господа! Вы знаете, что  из теории Максвелла  следует, что свет оказывает давление на препятствие. Давление это очень мало. В яркий солнечный день  на площади  в 1  давление света равно 4 Па. В течение 30 лет занимались решением этой проблемы разные учёные, в частности Френель, Крукс. И лишь в 1899 г. Мне удалось определить давление на твёрдые тела, а в 1909 г. – на газы. Мои опыты легко объясняются с точки зрения квантовой теории. Фотоны подобно  частицам вещества, обладают импульсом. При поглощении их телом они передают ему свой импульс. Таким образом, нет массы без энергии и нет энергии без материального носителя, обладающего массой. ( Демонстрация опыта « давление света»).

СУДЬЯ: Слово имеет господин Генрих Герц.

ГЕНРИХ ГЕРЦ: в 1887 г. Мне удалось, изучая искровой заряд, обнаружить, что разряд наступает при меньшем напряжении, если освещать отрицательный электрод светом электрической дуги, излучающей ультрафиолетовые лучи. Это явление получило название фотоэффекта.

СУДЬЯ: Господа, слово просит  Порог Фотоэффектович.

ПОРОГ ФОТОЭФФЕКТОВИЧ:  Вы знаете, что работы Генриха Герца в 1888г. Продолжил знаменитый, русский учёный А. Т. Столетов. При изучении явления фотоэффекта им были установлены два закона:

1. Закон гласит, что количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны
2.  Закон. Максимальная кинетическая  энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от интенсивности света.

СУДЬЯ: Слово Эйнштейну

ЭЙНТШЕЙН: Господа присяжные, все попытки объяснить  явление фотоэффекта на основе законов электродинамики, оказались безрезультатными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает электроны. Объяснить это явление удалось лишь в 1905г., развивая идеи Планка о прерывистом испускании света. Свет имеет прерывистую структуру: излучённая порция световой энергии сохраняет свою индивидуальность  и в дальнейшем. Поглотиться может только вся порция целиком. Для  каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота света больше  минимального значения частоты.

СУДЬЯ: Господа присяжные, я думаю, мы достаточно выслушали обе стороны и сможем удалиться на совещание по решению этого вопроса.

Встать, суд идёт!

СУДЬЯ: Уважаемые господа! Выслушав внимательно обе стороны, суд выносит беспристрастное и справедливое решение.

При излучении и поглощении  свет обнаруживает  корпускулярные свойства. Световая частица называется квантом света или фотоном. Энергия Фотона определяется по формуле  Фотон обладает импульсом.

Но в процессе своего распространения свет обнаруживает волновые свойства ( явление интерференции, дифракции поляризации ).

Таким образом, свет обладает дуализмом( двойственностью) свойств. То есть природа света объяснима с двух разных сторон. Эти теории только дополняют друг друга, позволяют лучше изучить природу света. Впоследствии было установлено существование корпускулярно – волнового дуализма у всех элементарных частиц.

Решение принято. Суд окончен.

Заключительное слово учителя.