«Всеми возможными способами нужно воспламенять в детях горячее стремление к знанию и умению».

Я. Каменский

Урок по физике по теме

«Квантовая природа света. Виды излучений и спектров. Источники света».

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: урок - теоретическое исследование.

Цель урока: ознакомление учащихся с квантовой природой света, видами излучений и спектров.

Задачи урока:

Обучающие:

повторение основных свойств света, формирование умений объяснять физические явления на основе использования квантовой или волновой теории света, применение идеи корпускулярно-волнового дуализма, развитие умений работы с текстом, научить логически строить высказывание на основе прочитанной информации.

Развивающие:

обобщение и систематизация изученного материала, выяснение роли опыта и теории в становлении квантовой физики, объяснение границы применимости теорий, раскрытие корпускулярно-волнового дуализма.

Воспитательные:

показать бесконечность процесса познания, открыть духовный мир и человеческие качества ученых, ознакомить с историей развития науки, рассмотреть вклад ученых в развитие теории света.

Оборудование: интерактивная доска, раздаточный материал.

Виды деятельности: групповая работа, индивидуальная работа, фронтальная работа, самостоятельная работа, работа с литературой или электронными источниками информации, анализ результатов работы с текстом, беседа, письменная работа.

Структурный элемент урока

Используе

мые методы

Роли преподавателя

Позиции учащихся

Результат

Время

Погружение

Знаю/Хочу узнать/Узнал

Проектировщик и организатор проблемной творческой ситуации

Субъект творческой деятельности

Таблица с заполненными столбцами «Знаю» , «Хочу узнать»

5 мин

Теоретический блок

Двухчастный дневник

Модератор учебной и исследовательской деятельности учащихся

Субъект самостоятельной учебно-исследовательской деятельности

Таблица «Квантовая природа света»

15 мин

Теоретический блок

Групповая работа (использование технологии «INSERT»)

Консультант по образовательному запросу учещихся

Субъект групповой учебной деятельности

Таблица «Виды спектров»

20 мин

Рефлексия

Знаю/Хочу узнать/Узнал

Эксперт

Субъект самостоятельной деятельности

Таблица с заполненными столбцами «Знаю», «Хочу узнать», «Что узнал»

5 мин

Ход урока

1. Организационный момент. Объявление темы, цели урока, порядка работы на уроке.

Эпиграфом урока является пословица:

Ученье - свет, неученье - тьма.

1. Организационный момент. Приветствие, проверка готовности учащихся к уроку.

Здравствуйте! Сегодня на занятии мы с Вами повторим все, что знаем о свете, вспомним историю развития представлений о природе света. Познакомимся подробней с квантовой природой света, виды излучений и спектров. Источники света.

2. Проверка домашнего задания. Физический диктант.

1. Знание определений, формул и физических величин.

Проведение словарного диктанта (преподаватель читает определение, учащиеся должны дать ему ответ)

1. Каждая точка среды, до которой дошло возмущение сама становится источником вторичных волн.

2. Угол, образованный лучом падения и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча.

3. Линия, по которой распространяется свет.

4. Луч, прошедший через 1-ю среду во вторую.

5. Показатель преломления среды относительно вакуума.

2. Записать в столбик буквенные обозначения физических величин:

1. угол падения;

2. относительный показатель преломления;

3. угол отражения;

4. скорость света;

5. угол преломления;

6. частота распространения света;

3. Знание формул

1. закон отражения;

2. закон преломления света;

3. абсолютный показатель преломления.

• 14-12 "+" - 5;

• 9-11"+" - 4;

• 7-9 "+" - 3

3. Объявление темы урока и актуализация знаний по данной теме.

Тема занятия : «Квантовая природа света. Виды излучений и спектров. Источники света.»

Учитель:

- Ребята, давайте вспомним, что же мы знаем по данной теме?

Приведите примеры естественных и искусственных источников света.

Источник света - любой объект, излучающий энергию в световом спектре. По своей природе подразделяются на искусственные и естественные. Солнце, Луна, Полярные сияния, светлячки, молнии и проч. Свечи, лампы, фонари и т.д.

В физике идеализированы моделями точечных и непрерывных источников света.

Что такое луч?

Закон прямолинейного распространения света.

Что такое тень?

Что такое полутень?

Закон отражения света.

Ученикам предлагается заполнить первую графу «Знаю» таблицы ЗХУ (Приложение1).

В обыденной речи слово "свет" мы используем в самых разных значениях: свет мой, солнышко, скажи..., ученье - свет, а неученье - тьма... В физике термин "свет" имеет гораздо более определенное значение. Так что же такое свет? И что бы вы хотели узнать о световых явлениях? Заполните, пожалуйста, самостоятельно вторую графу таблицы ЗХУ.

СВЕТ - самое темное место в физике.

Пусть три столетья минуло с тех пор,

Еще не разрешился этот спор,

Один сказал, что свет - это волна,

Подобна механической она.

Другой сказал, что свет - поток частиц,

В любой среде не знает границ,

Свет твоего окна - он квант или волна?

4. Постановка цели и задач урока (по результату совместного анализа таблицы ЗХУ).

5. Теоретический блок «Развитие взглядов на природу света».

Учащимся раздается текст «Развитие взглядов на природу света». Ставиться задача самостоятельно ознакомиться с текстом, проанализировать его и составить двухчастный дневник Обсуждение результата работы с текстом. Преподаватель объясняет учащимся, что они будут читать текст, делая в нём пометки карандашом. Для этого нужно пользоваться следующими знаками:

! - Это меня заинтересовало;

-(минус) - Я думаю иначе;

V - Я знаю это;

+ - Новая информация;

? - Не понял.

6. Формулировка проблемной ситуации «Как понять квантовую природу света? Какие виды излучений есть?»

Без света немыслима жизнь человека. Поэтому вопрос о том, что такое свет, возник сразу, как только человек начал размышлять об окружающем мире. Многим хотелось понять, почему Солнце дает много света, а Луна лишь бледно освещает Землю ночью, почему одни тела пропускают свет, а другие становятся для него преградой, почему некоторые тела и животные излучают свет, а человек лишь его воспринимает.

1. Античные представления о природе света.

А) V - IV в.в. до н.э. Пифагор считал, что объекты выстреливают крохотные частицы, попадающие в глаз человека.

Б) Аристотель: свет является проявлением особой среды, передающей излучение от объекта к глазу.

В) Легенда об Архимеде:

II в. до н.э. уничтожение Архимедом римского флота под Сиракузами. Он спас г. Сиракузы от нападения римлян: направив солнечные лучи от вогнутого зеркала на корабли, ученые поджег их. На берегу моря стоит памятник Архимеду, в руках он держит такое зеркало радиусом кривизны 1 м. (0,5)

Г) II в. до н.э. изучение Птолемеем явлений отражения и преломления света.

Д) XI век. Альгазена (Египет) решал задачу построения изображения в линзах и зеркалах.

Е) XVII век положил начало тем представлениям о свете, которые мы изучаем с вами теперь.

Галилей, Ньютон, Гюйгенс, Рёмер, Юнг, Планк, Эйнштейн и многие другие ученые дали нам возможность понять, что такое свет.

Квантовая природа света

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света.

Световые кванты Эйнштейн назвал фотонами.

Свет это поток частиц материи - фотонов, распространяющихся в вакууме со скоростью с=3*10⁸м/с.

Основные положения квантовой теории света:

1) свет может излучаться, распространяться и поглощаться только отдельными порциями - квантами - фотонами;

2) энергия кванта зависит от частоты света и определяется формулой Планка: ,

где h=6,62*10^-34 Дж*с - постоянная Планка;

3) интенсивность света зависит от плотности потока фотонов и их энергии;

4) при взаимодействии света с веществом квант - фотон может поглотиться целиком или отразиться целиком, поэтому в природе нет дробных квантов;

5) процесс поглощения энергии кванта - фотона веществом происходит мгновенно.

Фотон

Фотон - это квант электромагнитного поля.

Поглощение и излучение электромагнитной энергии отдельными порциями - проявление квантовых свойств света.

Энергия фотона

Согласно закону пропорциональности массы и энергии и гипотезы Планка, энергия фотона определяется по формулам:

Масса фотона

Из формул энергий кванта получим выражение для массы фотона: или, учитывая, что , .

Фотон не имеет массы покоя, то есть он не существует в состоянии покоя и при рождении сразу приобретает скорость с.

Импульс фотона

Импульс фотона - это произведение его массы на скорость.: или , или .

Фотон - элементарная частица, лишенная массы покоя и обладающая энергией и импульсом.

Фотоэффект

Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света. В развитии представлений о природе света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного явления, открытого Герцем (1887 г.).

Тщательно исследованного выдающимся русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1888 г.). Явление это получило название фотоэффекта.

Опыты Столетова

Свет вырывает электроны с поверхности металла.

Фотоэффектом, называют вырывание электронов из вещества под действием света.

Преподаватель задает вопрос: «А где применяются квантовые свойства света?»

Выслушиваются мнения учеников, где применяются знания о квантовых свойствах света. ( фотоэлементы, фотоаппараты, камеры и т.д.)

7. Теоретический блок «Виды излучений и спектров».

Преподаватель раздаёт текст учащимся и снова разбивает их на группы. Учащиеся в группах задают вопросы к тексту.

Остальные учащиеся самостоятельно заполняют таблицу в ходе выступления групп. Макет таблицы готовится заранее.

Учитель подводит итог.

- В чём состояла основная трудность при изучении квантовой природы света?

- Какие виды спектров вы узнали?

Закрепление материала

П.: Отвечая на поставленные вопросы, построим «Дерево» - опорного конспекта темы.

Назовем «Дерево» - квантовая природа света.

П.: Что является корнями нашего «дерева»?

С.: Гипотеза Планка.

П.: На основе гипотезы Планка были сформулированы основные положения квантовой природы света.

С.: Квант, мгновенно, неделимый, энергия….

П.: как назвали квант?

С.: Квант назвали фотоном.

П.: Характеристики фотона.

С.: Масса, энергия, импульс.

П.: Формулы для определения массы, энергии и импульса фотона.

С.: , и

П.: Какое явление было открыто и объяснено квантовой теорией света?

С.: Фотоэффект.

П.: Кто исследовал это явление?

С.: Столетов.

8. Рефлексия. Заполнение графы «Узнал» в таблице ЗХУ.

Домашнее задание. Параграфы № (Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев "Физика. 11") Составить таблицу

№

Вопросы

стр

Ответы

Приложение1.

Таблица «Знаю/Хочу узнать/Узнал»

Знаю

Хочу узнать

Узнал

Приложение 2

СВЕТ… Такое короткое и в то же время такое емкое слово. «В слове «свет» заключена вся физика» - говорил С.И. Вавилов. Выдающиеся мыслители и ученые осознавали его фундаментальную роль в природе задолго до выявления истинной природы света. Вот только некоторые из них: Пифагор, Евклид, Птолемей, Декарт, Ньютон, Гюйгенс, Юнг, Френель. Все они придерживались различных точек зрения, но вместе с тем понимали, что свет…

Чудный дар природы вечной,

Дар бесценный и святой.

В нем источник бесконечный

Наслажденья красотой.

Солнце, небо, звезд сиянье,

Море в блеске голубом,

Всю природу и сознанья

Мы лишь в свете познаем.

А.Ахматова написала такие строки:

Молюсь оконному лучу -

Он бледен, тонок, прям.

Без света немыслима жизнь человека. Поэтому вопрос о том, что такое свет, возник сразу, как только человек начал размышлять об окружающем мире. Многим хотелось понять, почему Солнце дает много света, а Луна лишь бледно освещает Землю ночью, почему одни тела пропускают свет, а другие становятся для него преградой, почему некоторые тела и животные излучают свет, а человек лишь его воспринимает.

2. Античные представления о природе света.

А) V - IV в.в. до н.э. Пифагор считал, что объекты выстреливают крохотные частицы, попадающие в глаз человека.

Б) Аристотель: свет является проявлением особой среды, передающей излучение от объекта к глазу.

В) Легенда об Архимеде:

II в. до н.э. уничтожение Архимедом римского флота под Сиракузами. Он спас г. Сиракузы от нападения римлян: направив солнечные лучи от вогнутого зеркала на корабли, ученые поджег их. На берегу моря стоит памятник Архимеду, в руках он держит такое зеркало радиусом кривизны 1 м. (0,5)

Г) II в. до н.э. изучение Птолемеем явлений отражения и преломления света.

Д) XI век. Альгазена (Египет) решал задачу построения изображения в линзах и зеркалах.

Е) XVII век положил начало тем представлениям о свете, которые мы изучаем с вами теперь.

Галилей, Ньютон, Гюйгенс, Рёмер, Юнг, Планк, Эйнштейн и многие другие ученые дали нам возможность понять, что такое свет.

Квантовая природа света

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света.

Световые кванты Эйнштейн назвал фотонами.

Свет это поток частиц материи - фотонов, распространяющихся в вакууме со скоростью с=3*10⁸м/с.

Основные положения квантовой теории света:

1) свет может излучаться, распространяться и поглощаться только отдельными порциями - квантами - фотонами;

2) энергия кванта зависит от частоты света и определяется формулой Планка: ,

где h=6,62*10^-34 Дж*с - постоянная Планка;

3) интенсивность света зависит от плотности потока фотонов и их энергии;

4) при взаимодействии света с веществом квант - фотон может поглотиться целиком или отразиться целиком, поэтому в природе нет дробных квантов;

5) процесс поглощения энергии кванта - фотона веществом происходит мгновенно.

Фотон

Фотон - это квант электромагнитного поля.

Поглощение и излучение электромагнитной энергии отдельными порциями - проявление квантовых свойств света.

Энергия фотона

Согласно закону пропорциональности массы и энергии и гипотезы Планка, энергия фотона определяется по формулам:

Масса фотона

Из формул энергий кванта получим выражение для массы фотона: или, учитывая, что , .

Фотон не имеет массы покоя, то есть он не существует в состоянии покоя и при рождении сразу приобретает скорость с.

Импульс фотона

Импульс фотона - это произведение его массы на скорость.: или , или .

Фотон - элементарная частица, лишенная массы покоя и обладающая энергией и импульсом.

Фотоэффект

Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света. В развитии представлений о природе света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного явления, открытого Герцем (1887 г.).

Тщательно исследованного выдающимся русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1888 г.). Явление это получило название фотоэффекта.

Опыты Столетова

Свет вырывает электроны с поверхности металла.

Фотоэффектом, называют вырывание электронов из вещества под действием света.

Приложение 3

ВИДЫ СПЕКТРОВ

Спектральный состав излучения веществ весьма разнообразен. Но, несмотря на это, все спектры, как показывает опыт, можно разделить на три типа.

Непрерывные спектры

Солнечный спектр или спектр дугового фонаря является непрерывным. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. В спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу (рис. V, 1).

Рис. V Спектры испускания: 1 - сплошной; 2 - натрия; 3 - водорода; 4 - гелия. Спектры поглощения: 5 - солнечный; 6 - натрия; 7 - водорода; 8 - гелия.

Распределение энергии по частотам, т. е. спектральная плотность интенсивности излучения, для различных тел различно. Например, тело с очень черной поверхностью излучает электромагнитные волны всех частот, но кривая зависимости спектральной плотности интенсивности излучения от частоты имеет максимум при определенной частоте _max (рис. 47). Энергия излучения, приходящаяся на очень малые (0) и очень большие () частоты, ничтожно мала. При повышении температуры максимум спектральной плотности излучения смещается в сторону коротких волн.

Рис. 47

Непрерывные (или сплошные) спектры, как показывает опыт, дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры.

Характер непрерывного спектра и сам факт его существования определяются не только свойствами отдельных излучающих атомов, но и в сильной степени зависят от взаимодействия атомов друг с другом.

Непрерывный спектр дает также высокотемпературная плазма. Электромагнитные волны излучаются плазмой в основном при столкновении электронов с ионами.

Линейчатые спектры

Внесем в бледное пламя газовой горелки кусочек асбеста, смоченного раствором обыкновенной поваренной соли. При наблюдении пламени в спектроскоп на фоне едва различимого непрерывного спектра пламени вспыхнет яркая желтая линия (рис. V, 2). Эту желтую линию дают пары натрия, которые образуются при расщеплении молекул поваренной соли в пламени. На рисунке приведены также спектры водорода и гелия. Каждый из них - это частокол цветных линий различной яркости, разделенных широкими темными полосами. Такие спектры называются линейчатыми. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенных длин волн (точнее, в определенных очень узких спектральных интервалах). На рисунке 48 вы видите примерное распределение спектральной плотности интенсивности излучения в линейчатом спектре. Каждая линия имеет конечную ширину.

Рис. 48

Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный, основной тип спектров.

Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.

Обычно для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.

При увеличении плотности атомарного газа отдельные спектральные линии расширяются, и, наконец, при очень большом сжатии газа, когда взаимодействие атомов становится существенным, эти линии перекрывают друг друга, образуя непрерывный спектр.

Полосатые спектры

Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью очень хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом.

Для наблюдения молекулярных спектров так же, как и для наблюдения линейчатых спектров, обычно используют свечение паров в пламени или свечение газового разряда.

Спектры поглощения

Все вещества, атомы которых находятся в возбужденном состоянии, излучают световые волны, энергия которых определенным образом распределена по длинам волн. Поглощение света веществом также зависит от длины волны. Так, красное стекло пропускает волны, соответствующие красному свету ( 810^-5 см), и поглощает все остальные.

Если пропускать белый свет сквозь холодный, неизлучающий газ, то на фоне непрерывного спектра источника появляются темные линии (рис. V, 5-8). Газ поглощает наиболее интенсивно свет как раз тех длин волн, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра - это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения.

Существуют непрерывные, линейчатые и полосатые спектры излучения и столько же видов спектров поглощения.