Скорость света принцип гюйгенса закон отражения света конспект урока 11 класс
Обновлено: 05.07.2024
Геометрическая оптика. Прямолинейное распространение света.
Скорость света и описание методов её измерения;
Принцип Гюйгенса, законы отражения и преломления света, границы их применимости;
Определение показателя преломления среды.
Ключевые слова: оптика; свет; световой луч; преломление; отражение; показатель преломления.
Глоссарий по теме:
Оптика – раздел физики, изучающий световые явления, выясняющий физическую природу и свойства света, закономерности его излучения и взаимодействия с веществом.
Геометрическая оптика – раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и законы его отражения от зеркальных поверхностей на основе представления о световых лучах.
Волоконная оптика - раздел оптики, который изучает систему передачи света и изображений с помощью световодов.
Световой луч – линия, вдоль которой распространяется световая энергия.
Свет – это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Скорость света – абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.
Преломление света – явление изменения направления распространения света при прохождении через границу раздела сред с разными оптическими свойствами.
Закон прямолинейного распространения света: в однородной оптической среде свет распространяется прямолинейно.
Закон отражения света: луч падающий, луч отражённый и нормаль к отражающей поверхности в точке падения лежат в одной плоскости, причём угол падения равен углу отражения.
Отражение света - явление изменения направления распространения света на границе двух сред, при котором свет остается в первой среде.
Угол падения – угол между падающим лучом и нормалью к отражающей поверхности в точке падения.
Угол отражения – угол между нормалью к отражающей поверхности и отражённым лучом.
Плоская волна – волна, у которой поверхности равной фазы (волновые поверхности) и соответственно фронт волны имеет форму плоскости.
Список обязательной литературы и дополнительная литература:
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С.170 – 190.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Геометрическая оптика – раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о нем как о совокупности световых лучей. Световой луч – это линия, указывающая, в каком направлении свет переносит энергию.
В соответствии с двумя способами передачи энергии от источника к приёмнику в XVII в. возникли две противоречащие друг другу теории света: а) корпускулярная теория света Ньютона; б) волновая теория света Гюйгенса.
С установлением электромагнитной природы света в XIX в. и обнаружением квантовых свойств света в начале XX в. и волновая и корпускулярная теории света одержали победу. Выяснилось, что свет имеет двойственную природу. Астрономическим и лабораторным методами измерена скорость света в вакууме. По современным вычислениям скорость света равна 299 792 458 м/с или приближенно .
Скорость распространения света в веществе всегда меньше, чем в вакууме.
В основе геометрической оптики лежат четыре закона: закон прямолинейного распространения света; закон независимости световых лучей; закон отражения света; закон преломления света. С помощью принципа Гюйгенса можно вывести и объяснить законы распространения света.
Плоская поверхность, зеркально отражающая свет, называется плоским зеркалом.
Свойства плоского зеркала:
изображение предмета мнимое;
изображение симметричное предмету относительно зеркала;
размеры изображения равны размерам предмета.
При падении света на плоскую границу раздела, часть светового потока частично отражается, а часть преломляется.
Законы преломления: 1. Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к границе раздела двух сред в точке падения луча лежат в одной плоскости. 2. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β – величина постоянная для данных сред и равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой:
где n – относительный показатель преломления второй среды относительно первой; n1 и n2 - абсолютные показатели преломления первой и второй сред.
Абсолютный показатель преломления среды n – это физическая величина, показывающая, во сколько раз скорость света c в вакууме больше, чем в среде 𝛖:
Относительный показатель преломления второй среды относительно первой n21 – величина, показывающая во сколько скорость 𝛖1 распространения света в первой среде больше (меньше; равна) скорости 𝛖2 распространения света во второй:
Полное отражение – это явление отражения света, падающего из оптически более плотной среды на границу с оптически менее плотной средой под углом падения, большим некоторого предельного угла α0.
Предельный угол полного отражения α0 - угол падения луча, при котором преломлённый луч скользит вдоль границы раздела двух сред
Разбор тренировочного типового задания:
Правильный вариант: отражение, поглощение, конечна.
2. Решите задачу и зачеркните неверные ответы. Найти показатель преломления рубина, если предельный угол полного отражения для рубина равен 34 0 .
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Тема: Скорость света. Принцип Гюйгенса
Цели: познакомить учащихся с историей развития взглядов на природу света, со способами нахождения скорости света, выяснить сущность принципа Гюйгенса.
Образовательные :
· изучают две гипотезы, что такое свет;
· формируют понятие о скорости света и способах нахождения;
· изучают принцип Гюйгенса;
Развивающая :
· организовать работу учащихся с дополнительными источниками информации;
· организовать деятельность учеников по развитию логического и теоретического мышления на базе учебного эксперимента;
Воспитательная :
· создать условия для реализации творческого потенциала обучающихся в различных видах деятельности.
Тип урока : урок изучения нового материала
Методы урока : словесный , наглядный
I. Орг. момент.
Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.
II. Анализ и результаты самостоятельной работы
Тема сегодняшнего урока : “Скорость света. Принцип Гюйгенса”.
IV. Изучение нового материала
1. Значение света в познании человеком окружающего мира.
Оптика как раздел физики, в котором изучаются закономер ности световых явлений, процессы взаимодействия света и вещест ва и рассматривается вопрос о природе света.
2. История развития взглядов на природу света: корпускулярная теория света Ньютона; волновая теория Гюйгенса; электро магнитная теория света; квантовая теория света (этот вопрос изла гается илиучителем, или учащимися реферативно).
3. Скорость света - одна из важнейших физических постоянных. Ни одна константа не имеет такого основополагающего значения, как скорость света: она входит в качестве параметра во многие уравнения теоретической физики, ее значение требуется в радиолокации, при измерении расстояний от Земли до других планет, при управлении космическими полетами. Выразить скорость света через другие постоянные невозможно, ее только можно измерить на опыте. В физике такие величины называются фундаментальными. Скорость света является конечной, предельной и инвариантной относительно различных инерциальных систем отсчета. Существуют два способа определения скорости света:
1) прямой, который основан на измерении пути, пройденного светом, и времени прохождения, т. е. с =l/t;
2) косвенный - в основе которого лежит представление о свете как электромагнитной волне. Скорость этой волны может быть вычислена так: с = v.
Способы измерения скорости света (рефераты учащихся):
1) Первые попытки определения скорости света.
2) Астрономический метод измерения скорости света.
3) Лабораторный метод измерения скорости света:
а) метод Физо; б) метод Майкельсона.
4) Косвенный метод измерения скорости света.
В 50-х годах прошлого века для измерения скорости света был применен косвенный метод измерения скорости света - независимое измерение частоты и длины электромагнитной волны. Сначала это было сделано радиофизиками, измерившими эти величины для электромагнитного излучения в радиодиапазоне. Но более точно скорость света начали измерять после 1960 г., когда заработал первый лазер. Использование принципиально другой идеи - независимого измерения частоты и длины электромагнитной волны и новых технических устройств позволило существенно повысить точность измерения скорости света. Частота и длина волны в этом эксперименте измеряются в разных диапазонах: длина волны в оптическом диапазоне, частота в сантиметровом диапазоне. Скорость света, как и скорость электромагнитных волн, зависит от свойств среды. Так, например, скорость света в воде
V. Закрепление изученного материала
1. Что понимают под видимым оптическим излучением?
2. Что называют световым пучком?
3. Что называют световым лучом?
4. Сформулируйте закон прямолинейного распространения света.
5. Всегда ли свет распространяется прямолинейно?
VI. Рефлексия
· Все ли было понятно на уроке? Что вызвало трудности?
· Что мы сегодня изучили?
VII. Домашнее задание : §40 – 41 прочитать, выучить формулы и определения. Упр. 5 (1, 2).
В этом видеоуроке мы сформулируем закон прямолинейного распространения света. Познакомимся с принципом Гюйгенса. Сформулируем законы отражения света. А также вспомним основные этапы построения изображений в плоском зеркале.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Принцип Гюйгенса. Закон отражения света"
На прошлом уроке мы с вами начали изучение оптики — раздела физики, в котором изучают свойства света, закономерности его излучения, распространения и взаимодействия с веществом.
Мы выяснили, что свет обладает двойственной корпускулярно-волновой природой. Это означает, что в одних случаях свет ведёт себя как электромагнитная волна, а в других — как поток частиц.
Световой пучок — это область пространства, в пределах которой распространяется свет. А световой луч — это линия, указывающая направление распространения света. Но вот вопрос, как же распространяется свет? Обратимся к небольшим опытам. Для начала поставим на столе три экрана с отверстиями.
Включив электрическую лампочку, попытаемся, перемещая экраны, увидеть свет через отверстия в них. Теперь возьмём тонкий стержень и попытаемся вставить его в отверстия. Как видим, нам это легко удалось. Следовательно, все три отверстия располагаются на одной прямой.
Изменим среду. Нальём в стеклянный сосуд воду и добавим в неё немного флуоресцентной жидкости. Небольшой фонарик, дающий параллельный пучок света, поднесём к стенке сосуда. В воде мы видим прямую светящуюся линию, которая образована светом, отражённым от частичек растворённой жидкости.
И воздух, и вода имеют по всему своему объёму одинаковые физические свойства, поэтому являются однородными средами. Следовательно, в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Это есть один из основных законов геометрической оптики — закон прямолинейного распространения света.
Интересно, что открыт закон был в глубокой древности. О нём ещё за триста лет до нашей эры писал отец геометрии Евклид. А, например, древние египтяне использовали этот закон для установления колонн вдоль прямой линии. Прямолинейностью распространения света объясняются многие явления, например, образование тени и полутени.
Тенью называют ту часть пространства за непроницаемым предметом, куда не проникает свет.
А полутень — это та область пространства, в которую попадает свет от части источника света.
Образованием тени и полутени можно объяснить солнечные и лунные затмения.
Теперь давайте посмотрим, что происходит на границе раздела двух однородных сред. Итак, пусть световой пучок распространяется в воздухе и падает на поверхность воды. Многочисленные опыты показывают, что на границе раздела этих сред свет изменит своё направление. При этом часть светового пучка пройдёт в воду, а другая часть пучка отразится от границы раздела воздух—вода и будет распространяться в воздухе.
Отражение света подобно отражению мяча от стенки. Если бросить мяч перпендикулярно стенке, то он отразится и полетит обратно по той же прямой. А если мяч бросить под некоторым углом к стенке, то он отскочит тоже под некоторым углом.
Опустим перпендикуляр к поверхности зеркала в точку падения луча.
Угол, образованный падающим лучом и перпендикуляром, восставленным к отражающей поверхности в точке падения луча, называется углом падения.
Угол, образованный отражённым лучом и тем же перпендикуляром, называется углом отражения.
Из опыта видно, что углы отражения и падения равны. Увеличим угол падения — увеличивается и угол отражения света, но по-прежнему эти углы равны. А то, что мы на оптическом диске видим не только падающий луч, но и отражённый, говорит о том, что они оба лежат в одной плоскости — плоскости диска. На основании таких вот простых опытов мы можем сформулировать закон отражения света, открытый Евклидом в III веке до нашей эры. Итак, падающий луч, отражённый луч и нормаль к отражающей поверхности в точке падения луча лежат в одной плоскости. При этом угол отражения света равен углу падения.
А теперь по направлению отражённого луча пустим луч света от осветителя. Он отразится от зеркала и пойдёт по направлению, по которому в предыдущем опыте шёл падающий луч. Лучи и углы как бы поменялись местами. Это свойство отражённого и падающего лучей называют обратимостью (или взаимностью) световых лучей.
Покажем справедливость закона отражения света с помощью принципа Гюйгенса. Для этого предположим, что на плоскую отражающую поверхность падает параллельный пучок света.
Выделим в нём два луча, например, А1А и В1В. Проведём фронт волны для момента времени, когда луч А1А дошёл до отражающей поверхности. Тогда в точке В колебания начнут возбуждаться с запаздыванием по времени на величину СВ к υ, где υ — это скорость волны в данной среде.
В момент времени, когда волна достигнет точки B и в этой точке начнётся возбуждение колебаний, вторичная волна с центром в точке A уже будет представлять собой полусферу радиусом υΔt. Радиусы вторичных волн от источников, расположенных между точками A и B, меняются так, как показано на экране.
Огибающей вторичных волн является плоскость BD (касательная к сферическим поверхностям). Она представляет собой волновую поверхность отражённой волны. При этом отражённые лучи АА2 и BB2 перпендикулярны этой поверхности.
Теперь рассмотрим два треугольника ABD и АВС. По построению это два прямоугольных треугольника, у которых стороны AD = CB, а сторона АВ у них общая. Следовательно, эти два треугольника равны (по четвёртому признаку равенства прямоугольных треугольников). Тогда и углы ∠DBA = ∠CAB равны между собой.
С другой стороны угол ∠CAB равен углу падения, как углы с перпендикулярными сторонами. Аналогично угол ∠DBA равен углу отражения. Отсюда следует вторая часть закона отражения света, что угол отражения равен углу падения.
В физике принято различать два вида отражений света: зеркальное и диффузное (или рассеянное).
Зеркальным называется отражение, при котором падающий на плоскую зеркальную поверхность параллельный пучок лучей после отражения остаётся параллельным.
А диффузное отражение дают шероховатые поверхности, которые отражают падающий на них параллельный пучок света по всевозможным направлениям.
Примером зеркальной поверхности служит плоское зеркало. Каждый день по нескольку раз мы смотримся в зеркало и видим там своё отражение. Попробуем ответить на вопросы: где и на каком расстоянии от зеркала оно находится? Каковы его размеры и как оно образуется?
Для этого проведём простой опыт. Поставим на столе вертикальную стеклянную пластинку, выполняющую роль плоского зеркала, и горящую свечу. Как видим, в стекле хорошо видно изображение свечи, хотя за пластинкой, конечно же, никакой свечи нет.
Теперь возьмём такую же по размерам, но незажжённую свечу и будем перемещать с другой стороны пластинки вдоль линейки до тех пор, пока она не совместится с изображением, то есть не будет казаться зажжённой. Используя линейку не трудно показать, что расстояния от пластинки до свечи и до её изображения равны между собой. А так как незажжённая свеча совместилась с изображением по высоте, то можно сделать вывод, что размеры изображения равны размерам предмета.
Таким образом в плоском зеркале глаз видит изображение таких же размеров, что и предмет, и на таком же расстоянии за зеркалом.
Теперь давайте посмотрим, как строятся изображения различных предметов в плоском зеркале. Итак, пусть перед зеркалом находится точечный источник света. Из множества лучей, посылаемых им, выделим два, падающих на зеркало и, пользуясь законом отражения света, построим отражённые лучи.
Не трудно заметить, что пучок света, ограниченный отражёнными лучами, будет расходящимся. Он то и попадает в глаз наблюдателя. А вот продолжения отражённых лучей пересекаются в точке, находящейся за зеркалом. Глаз воспринимает отражённые лучи так, как будто они исходят из этой точки, которая является изображением нашего источника. Такое изображение называют мнимым. Следовательно, плоское зеркало даёт мнимое изображение.
Аналогично можно построить изображение любой точки предмета, в том числе и второй крайней точки
Здесь важно запомнить, что предмет и его изображение в плоском зеркале представляют собой не тождественные, а симметричные фигуры.
Тип урока: у рок изучения и перв ичного закрепле ния новых знани й.
изучить закон отражения света, исполь зуя принцип Гю йгенса;
обучить учащихс я решению оптическ их задач с ис пользованием
продолжить ф ормирование представлен ий о единстве
электромагнит ных волн и св ета, навыко в работы с книг ой,
эстетических навыков офо рмления записи на доске и в тетр ади .
способствовать разв итию у у чащихся логического м ышления ;
выработать практич еские навыки в пон имании зак онов физики
через использова ние элемент ов проблемно - поиск ового метода .
- урок пров одится в 11 классе в качестве необходимог о шага при
познакомились с одним из главных зак онов геометрическо й оптики – законом
прямолиней ного распрост ранения света. На данном уроке у чащимся пре дстоит
ознакомиться с о вторым за коном геомет рической оптики – законом отраж ения .
Глубокая и в сесторонняя от работка данн ой темы также создает хорошу ю основу
для понимани я учащимися в бу дущем боле е сложного за кона геометр ической
Читайте также: