Комплексно-творческий урок по теме: "Законы геометрической оптики"
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

Комплексно- творческий урок по теме:

«Законы геометрической оптики»

Цель урока: Повторить и закрепить знание законов геометрической оптики,      формировать навыки применения законов к решению и объяснению оптических явлений. Развивать любознательность  и интерес к предмету.

Оборудование: компьютер, диски «Открытая физика» и «Подготовка к ЕГЭ по физике»,  наглядные пособия к задачам, чертежные инструменты, сборники задач, учебник, дополнительная литература.

ПЛАН.

Вступительное слово учителя.

Фронтальный опрос учащихся

Решение задач по карточкам и с помощью компьютера.

 Отчет творческих групп учащихся:

«Оптические явления в произведениях художественной литературы»,

«Применение законов геометрической оптики для объяснения физических явлений»,

«Применение оптических приборов на практике».

Подведение итогов урока.

Рефлексия.

                                                             Мечты находят, исчезают,

                                                              Как тень на утренней заре.

                                                                                    А.С. Пушкин

I. Представьте себе площадь средневекового европейского города в воскресный день. Бродячие цирковые артисты дают представление. Одни номер сменяется другим. И тут появляется седобородый человек, устанавливающий на тесной площади большой черный ящик. Человек показывает, что в одной из стенок сделано отверстие, а противоположная отверстию стенка сделана из пергамента. Клоун становится с той  стороны, где находится отверстие. Зрителям предлагается поближе рассмотреть пергамент, предварительно закрыв себя и ящик черным покрывалом от слепящих лучей солнца.

Удивлению и восторгу нет конца: на пергаменте явственно проступают изображение клоуна, только вверх ногами, будто клоун стоит на голове. Что за чудеса! Как клоун пробрался сквозь маленькую дырочку в ящик? Для нас объяснить данное явление – проще простого. Но для жителей средневекового города это было чудом. А чудом было не что иное, как камера-обскура - прообраз многих современных оптических приборов.

Известна она уже была в 10- 11 веке. Известный физик С.И. Вавилов так сказал о камере-обскуре: «С помощью этого общедоступного прибора все поняли, наконец, что такое действительное оптическое изображение предметов, и убедились в его существовании. До камеры изображение знали только в глазу и на картинках, создаваемых рукой художника. Камера решительно отделила свет от зрения, …оптика (в точном значении слова наука о зрении) перестала быть таковой и превратилась в учение о свете». А теперь попробуйте изобразить ход лучей в камере - обскуре.

(Ученик изображает ход лучей в камере-обскурсе. Объясняет явление:

                       свет распространяется в однородной среде прямолинейно)

II. Я не зря начала свой урок с отрывка из стихотворения Пушкина и исторического примера. Вы помните, когда я сказала, что у нас будет открытый урок, Лена решила, что тема какая-то неинтересная. Может быть и действительно вам было неинтересно, так как на прошлых уроках мы рассмотрели математические выводы законов геометрической оптики. Постараемся сделать наш урок интересным, потому что, по-моему мнению, нет темы более интересной.

            Давно известен спор физиков и лириков по вопросу изучения природы. Многие поэты вообще считали изучение природы вмешательством в ее размеренный ритм. Например, современник Исаака Ньютона немецкий поэт Гейне всячески противился исследованиям ученых и спорил с ними на предмет чистоты света:

                            Бойтесь темных комнат,

                            Где вам искажают свет.

                            И самым жалким образом

                            Склоняются перед искаженными образами.

                 Но мы с вами уже знаем, что изучение природы и, в частности, законов распространения света лишь помогают людям и дают более широкие возможности в наблюдении и объяснении оптических явлений, расширяют способности нашего главного оптического прибора – глаза для восприятия окружающей действительности.

          Я задала задание группам, найти интересные вопросы, явления, при объяснении которых используют законы геометрических оптики.

На сегодняшнем уроке каждый из вас получит оценку, помогать в оценивании ответов мне будут Бондаренко Лена, Минаков  Дмитрий.

(Заранее заготовлена таблица для оценивания ответов учащихся

Подведение итогов по различным

видам деятельности учащихся

Прежде всего ответим на вопросы на знание теоретического материала и в течение урока заполним таблицу:

1)В чем заключается принцип Гюйгенса?

2)Сформулировать законы геометрической оптики.

3) Что такое зеркальное и рассеянное отражение? Изобразить ход лучей.

4) Изобразить ход лучей в плоском зеркале.

5)Что называется абсолютным (относительным) показателем?

6)В чем заключается физический смысл показателя преломления?

7)Что называется полным отражением?

8)Что такое предельный угол полного отражения?

(таблица заполняется по ходу урока)

III. Вы хорошо справились с первым этапом урока – ответили на вопросы.

Приступим к решению задач. Каждая задача оценивается количеством баллов. Вы можете выбрать себе задачу самостоятельно.

Задача №1.

Как известно, стекло - прозрачный материал. Однако толченое стекло непрозрачно и имеет белый цвет.

Чем это можно объяснить? (4 балла)

Ответ:

Отражение становится рассеянным, т.к. отражение происходит от отдельных крупинок.

Задача №2.

Если на лист белой бумаги попадает растительное масло, то бумага в этом месте становится прозрачной. Почему? (3 балла)

Ответ:

Масло заполняет поры бумаги, и рассеяние света бумагой в этом месте уменьшается.

Задача №3.

Как в солнечный день по тени определить высоту дерева, дома и т.д.?

(5 баллов)

Ответ:

Сначала определяют длину тени А’С=l от какого-нибудь шеста или рейки, высота которой  А’В’=h известна. Затем измеряют длину тени АС=L дерева. Используя подобие треугольников АВС и А’В’С, находим, что высота дерева

                     .

      B                                                              

                                       B'                              

H                                                                      

                                 h            l                        

       A                             A'                       C    

Задача №4

Используя масштабную линейку и закопченное стекло, оцените примерный диаметр солнца,  считая расстояние до него равным 150000000 км. (5 баллов)

Ответ:

Через закопченное стекло смотрим на Солнце, измеряем при помощи линейки диаметра Солнца (видимый) и используя подобие треугольников

находим диаметр Солнца.

            D            R                          d                l 

  .

Задача№5

Два человека, стоящие по разные стороны стеклянной двери лицом друг к другу, могут одновременно видеть внутренность помещения. Объясните, почему это происходит. Для кого из них и почему наблюдаемая картина будет более яркой? (4 балла)

Ответ:

Один видит внутренность помещения в проходящем, а другой - в отраженном свете. Но так как для отраженного света доля отраженной энергии невелика, то картина будет менее яркой, чем в проходящем свете.

Задача №6.

Определите предельный угол полного отражения для воды, стекла и алмаза. (4 балла)

Ответ:

При предельном угле полного отражения угол преломления β=900 и 1. Для границы среда-воздух , где  - показатель преломления данной среды.

Для воды  , α0=490,

для стекла α0=420,

для алмаза α0=24,50.

Задания малой сложности:

1. Выберите правильное утверждение:

Свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Свет всегда в любых средах распространяется прямолинейно.

Свет распространяется прямолинейно.

2.

    А. Лучи падающий и отраженный, а также перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения.

    Б. Угол падения α равен углу отражения β.

3. Какая из формул выражает закон отражения света:

;

v

4. Какая формула на математическом языке передает суть закона преломления света?

.

Кто решил задачу на карточках, выполняют тестовые задания с помощью компьютера – диск 1С Образование,  ЕГЭ по физике (диск 2),курсы, оптика, геометрическая оптика, контрольно-диагностический тест.

IV. С задачами вы справились хорошо, ответили на тестовые задания, а теперь каждая группа представит нам, что вы приготовили для нас из галереи оптических явлений.

       Слово командиру первой группы::

       «Виктор нашел отрывки из художественных произведений, в которых встречаются оптические явления, доказывающие прямолинейность распространения света».

        Рассказ ученика:

          Я нашел несколько отрывков, по которым я задам вам вопросы.

                Мечты находят, исчезают,

                 Как тень на утренней заре.

                                     А.С. Пушкин

                  И в полдень тень лежит у ног,

                  Как очарованный зверок.

                                      В.В. Хлебников

                  Мысли так отчетливо ложатся,

                  Как тени листьев поутру.

                                      Н.С. Гумилев.

Вопрос: Как объяснить образование тени?

               (ответы учеников)

 «Комната, в которую вступил Иван Иванович, была совершенно темна, потому что ставни были закрыты и, солнечный луч, проходя в дыру, сделанную в ставне, принял радужный цвет и, ударяясь в противоположную стену, рисовал на ней пестрый ландшафт из крыш, деревьев и развешенного на дворе платья, все только в обращенном виде».  (Н.В. Гоголь. «Повесть о том, как поссорился Иван Иванович с Иваном Никифоровичем»).

        Вопрос: Как получилось изображение на стене? Нарисовать ход лучей.

(Ответ ученика.)

Ирина:

       «Мы знаем, что образование тени – это одно из доказательств прямолинейности распространения света. Солнечные и лунные затмения – наглядный тому пример.

        Я хочу показать анимацию об образовании солнечного затмения.

Диск 1 С Образование, подготовка к ЕГЭ по физике, курсы, оптика, геометрическая оптика, справочный блок.

        «Анимация: образование солнечного затмения»

 Слово командиру второй группы. Ирина  со своей командой подготовила вопросы об отражении и преломлении света.

Скорее отвернулся Персей от Горгон. Боится увидеть он их грозные лица: ведь один взгляд их и в камень обращается он. Взял Персей щит Афины-Паллады, как в зеркале отразились в нем Горгоны. Какая же из них Медуза? Как падает с неба орел на намеченную жертву, так ринулся Персей к спящей Медузе. Он глядит в ясный щит, чтобы верней нанести удар.

Какое физическое явление использовал Персей?

(ответ ученика)

А.Измайлов (июль, 1818г.) писал:

«Прочитал объявление о калейдоскопе, достойно сие чудесное орудие -

              Смотрю - и что же в моих глазах?

              В фигурах разных и звездах

              сапфиры, яхонты, топазы, и изумруды, и алмазы,

              и аметисты, и жемчуг,

              и перламутр - все вижу вдруг!

              Лишь сделаю рукой движение –

              и новое в глазах явление».

 Калейдоскоп - не только игрушка, в наши дни он получил полезное применение для составления узоров.

Какое явление используется в детской игрушке – калейдоскоп?

Отрывок из сказки  В. Гауфа «Маленький Мук». «Бодро шагал он целый день, - ведь отправился-то он искать счастья; заметив блестящий на солнце черепок, он, должно быть, подбирал его в надежде, что тот превратится в алмаз; завидев вдали купол мечети, сияющий, точно зарево, сверкающие, словно зеркало, он радостно спешил туда, ибо думал, что попал в волшебную страну. ( Что увидел Маленький Мук? И как объяснить данное явление?) Но, увы! Те миражи исчезали вблизи, а усталость и голодное бурчание в животе тот час напоминали ему, что он все еще в стране смертных».

        А сейчас я покажу вам, как образуются миражи.

        Анимация «Образование миражей».

Диск 1 С Образование, подготовка к ЕГЭ по физике, курсы, оптика, геометрическая оптика, справочный блок.

         Слово третьей команде. (Инна рассказывает)

 Седою древностью оставлена нам легенда о чудесной шапке, которая делает невидимыми каждого, кто ее наденет. Пушкин, оживившей в «Руслане и Людмиле» преданье старины глубокой, дал классическое описание волшебных свойств шапки-невидимки:

И девице пришло на ум,

В волненьи своенравных дум,

Примерить шапку Черномора…

Людмила шапкой завертела;

На брови, прямо, набекрень,

И задом наперед надела.

И что ж? О, чудо старых дней!

Людмила в зеркале пропала;

Перевернула – перед ней

Людмила прежняя престала;

Назад надела – снова нет;

Сняла  - и в зеркале! «Прекрасно!

Добро, колдун! Добро, мой свет!

Теперь мне здесь уж безопасно…»

Способность становиться невидимой была единственной защитой для пленной Людмилы. Под надежным покровом невидимости она ускользает от пристальных взоров своих стражей. О присутствии незримой пленницы могли догадываться только по ее действиям:

Везде всечасно замечали

Ее минутные следы:

То позлащенные плоды

На шумных ветвях исчезали,

То капли ключевой воды

На луг измятый упадали:

Тогда наверно в замке знали,

Что пьет или кушает княжна…

Едва редела ночи мгла, -

Людмила к водопаду шла

Умыться хладною струею.

Сам Карла утренней порою

Однажды видел из палат,

Как под невидимой рукою

Плескал и брызгал водопад.

Давно уже осуществлены многие заманчивые мечты древности; не мало сказочных волшебств сделалось достоянием науки. Пробуравливаются горы, улавливаются молнии, летают на коврах-самолетах. Нельзя ли изобрести и «шапку-невидимку», т.е. найти средство сделать себя совершенно невидимыми? Об этом мы сейчас побеседуем.

         Людмила продолжает:

           А я хотела бы рассказать еще об одном произведении, в котором герой мечтал стать невидимым.

В романе «Человек - невидимка» английский писатель Уэллс стремится убедить своих читателей, что возможность стать невидимым вполне осуществима. Его герой открыл способ делать человеческое тело невидимым.

Способность становиться невидимым делает главного героя всемогущим, он мечтает покорить весь мир.

Вот как излагает он знакомому врачу основания своего открытия:

«видимость зависит от действия видимых тел на свет. Вы знаете, что тела или поглощают свет, или отражают его, или преломляют. Если тело не поглощает, не отражает и не преломляет свет, оно не может быть видимо само по себе. Видишь, например, непрозрачный красный ящик потому, что краска поглощает некоторую долю света и отражает остальные лучи. Если бы ящик не поглощал никакой доли света, а отражал его весь, он казался бы блестящим белым ящиком, серебряным. Бриллиантовый  ящик поглощал бы мало света, только местами, на рёбрах, свет отражался бы и    преломлялся, давая нам нечто вроде светового скелета. Стеклянный ящик, был бы не так отчетливо виден, как бриллиантовый, потому что в нем было бы меньше отражений и   меньше преломлений. Если же положить кусок обыкновенного белого стекла в воду и, тем более, в какую-нибудь жидкость плотнее воды, он исчезнет почти совершенно, потому что свет,  попадающий сквозь воду на стекло, преломляется и отражается очень слабо. Стекло становится столь же невидимым, как струя углекислоты или водорода в воздухе, по той же самой причине...»      

Спустя десять лет после того, как английский романист написал своего «Невидимку», немецкий анатом профессор В.Шпальтегольц осуществил его идею на практике, - правда, не для живых организмов, для мертвых препаратов. Можно видеть теперь эти прозрачные  препараты частей тела, даже целых животных, во многих музеях. Способ приготовления  прозрачных препаратов, разработанный в 1911 году Шпальтегольцем,( состоит в том, что после обработки: беления и промывания, препарат пропитывается метиловым эфиром   салициловой кислоты. Подготовленный препарат погружают в сосуд, наполненный той же жидкостью. При этом не стремятся достичь полной прозрачности препаратов. Но при желании возможно было бы достичь и этого. Конечно, отсюда ещё далеко до  осуществления утопии о живом человеке, прозрачном настолько, что он     совершенно невидим. Далеко потому, что надо ещё, во-первых, найти способ пропитать просветляющей жидкостью ткани живого организма, не нарушая его отправлений. Во-вторых, препараты Шпальтегольца только прозрачны, но не невидимы; ткани этих   препаратов могут быть невидимы лишь до тех пор, пока они погружены в сосуд с       жидкостью соответствующей преломляемости. Они будут невидимы в воздухе только тогда, когда показатель их преломления будет равняться показателю преломления      воздуха, а как этого достичь, мы ещё не знаем.

Но есть одно маленькое обстоятельство, которое упустил остроумный автор «Невидимки».

Вопрос: какое обстоятельство упустил автор и герой романа «Человек-невидимка».

(дискуссия учеников по-поводу «могущества» человека-невидимки).

В завершение нашего разговора послушаем Сергея. Он подготовил для нас слайдовую презентацию по теме «Волоконная оптика». Он познакомит присутствующих с теми широкими возможностями, которые предоставляет использование полного отражения для передачи информации.

Компьютерная презентация «Волоконная оптика» и рассказ ученика.

V. Подведем итог урока. Помощники называют выставленные оценки, выставляем итоговые оценки. На уроке работали все учащиеся, все получили оценки.

Рефлексия проводится с помощью компьютерной версии «Цветущий луг»:

Изображаем цветы:

Красный – очень понравилось,

оранжевый – понравилось,

желтый – познавательно,

синий – равнодушен.

Луг получился очень ярким. Равнодушных не оказалось.

Задание на дом: упр. 8 (5-10), повт. § 60-62.