Методическая разработка урока в 11 классе по теме "Полное внутреннее отражение света"
методическая разработка по физике (11 класс) на тему

Тема урока:  Полное внутреннее отражение света

Тип урока: урок открытия новых знаний

Цель –

Содержательная: 

Рассмотрение вопроса о полном внутреннем отражении света, формирование объективной необходимости изучения нового знания (сути явления полного внутреннего отражения света)

Деятельностная: Формирование у учащихся новых способов деятельности (умение задавать и отвечать на действенные вопросы; обсуждение проблемных ситуаций в группах; умение оценивать свою деятельность и свои знания).

Задачи -

Образовательные: формировать умения анализировать, сравнивать, переносить знания в новые ситуации, планировать свою деятельность при построении ответа, выполнении заданий и поисковой деятельности.

• сформировать понятие о физическом явлении “полное внутреннее отражение света”;
• выяснить условия возникновения полного отражения;
• изучить практическое применение этого физического явления;
• формировать навыки работы с компьютерными моделями экспериментов программами;
• создать познавательную мотивацию при постановке экспериментальных задач.

Воспитательные:

• воспитание мировоззренческих понятий: о причинно-следственных связях в окружающем мире, о познаваемости окружающего мира и человечества;
• воспитание чувства товарищеской взаимовыручки, воспитание этики групповой работы.

Развивающие:

• совершенствование навыков и умений: умение классифицировать и обобщать; формулировать выводы по изученному материалу;

• развитие самостоятельности мышления и интеллекта; умения строить самостоятельные высказывания в устной речи на основе усвоенного учебного материала; совершенствование навыков практической работы.

Методы обучения: эвристический, объяснительно-иллюстративный, проблемный

Оборудование: 2 ноутбука, один из них – учителя; мультимедийный проектор, оборудование для практической работы и демонстрации домашнего эксперимента, презентация “Полное отражение света”, образец оптико-волоконного кабеля, новогодняя ёлка на светодиодах.

Оборудование для демонстрации домашнего эксперимента: (готовят ученики)

шарик из пластилина диаметром 10- 12 миллиметров, спичка, картонный кружок (65 мм), тарелка с нитками, вода; закопченный теннисный шарик, пипетка, монетка, глубокая тарелка

Оборудование для практической работы:

Стеклянная пластина с плоскопараллельными гранями, дощечка, транспортир, три булавки, карандаш, угольник;

Полусферическая  пластинка, лампочка на подставке, источник тока, ключ, экран с узкой щелью, соединительные провода;

Структура урока

Ход урока

1. Организационный момент  Приветствие учитель-ученики

Учитель: (слайд 1-3)

1. Какие явления наблюдаются на границе раздела двух прозрачных сред?
2. Сформулируйте закон отражения света.
3. Сформулируйте закон преломления света.
4. Каков физический смысл абсолютного показателя преломления?

2. Мотивационный этап. Актуализация знаний. Постановка целей и задач урока

На дом вам была предложена задача: (слайд 4)

Луч света при переходе из воды в воздух падает на границу раздела двух сред под углом 50°. Найдите угол преломления луча в воздухе.

При решении этой задачи получаем, что синус угла преломления больше единицы, что невозможно.

Почему ответ оказался таким парадоксальным? Что может означать такой результат?

Предполагаемые ответы учеников: луч не вышел из воды. Он отразился обратно в воду от границы раздела сред.

Демонстрация фрагмента фильма Человек-невидимка. В чем могла быть причина такого необычного явления? (слайд 5)

Постановка целей и задач урока

Учитель: попытайтесь сами сформулировать – в чем же состоит цель урока? Какие учебные задачи мы должны решить для достижения этой цели?

Цель: Изучить явление полного отражения света (слайд 6)

Рассмотреть практическое применение явления полного отражения и примеры его в природе

Задачи:  пронаблюдать и объяснить явление полного внутреннего отражения света

1. группа медиков – выяснить принцип действия гастроскопического аппарата
2. группа инженеров – изучить принцип действия оптоволокна и его применение
3. группа географов – объяснить причины миражей
4. группа ювелиров – рассмотреть, как применяется явление отражения света в изготовлении бриллиантов

3. Первичное усвоение новых знаний (открытие новых знаний)

3.1. Погружение в тему:

Учитель: вход в интерактивную модель  (слайд 7)

Информационный объект: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/339b47b1-033e-2f7e-1596-b058441de770/00144677324234336.htm

Ученики – анализ увиденного.

Поскольку свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то угол преломления в этом случае больше, чем угол падения а (Первый рисунок слева). При увеличении угла падения лучей от источника на поверхность раздела двух сред (второй и третий рисунки) наступит такой момент, когда преломлённый луч пойдёт вдоль границы раздела сред, то есть = 90°. Угол падения, соответствующий этому значению , называется предельным углом полного внутреннего отражения - а0. )

3.2. Выдача заданий

Учитель: (слайд 9) Сейчас вы сами соединитесь в группы в зависимости от того, какие задачи вы для себя определили. Получите карточки с заданиями. В каждой карточке есть три типа заданий: 1. вопросы по домашнему эксперименту. 2. практическое лабораторное задание  3. тест по изученной теме. Его вы выполните в самом конце занятия. И кроме того каждый получит оценочный лист где должен будет сам оценить свою работу на уроке и выразить свое отношение к уроку.

Явление полного внутреннего отражения впервые описал Иоганн Кеплер в начале XVII века. А впервые эти эффекты исследовал русский физик Александр Александрович Эйхенвальд ровно более ста лет назад. Сегодня явление внутреннего отражения нашло свое применение в самых разных областях человеческой деятельности (слайд 10)

3.3. Практикум:

1 группа инженеров – Практическая работа 1 (слайд 11)

«Зависимость предельного угла полного внутреннего отражения от типа среды»

(Интерактивная модель Полное внутреннее отражение света)

Информационный объект:  «Модель 3.1. Отражение и преломление света».

Содержание карточки:

1) откройте модель: Локальная версия – лаборатории – Оптика, эксперимент 4.3  

2) изучите описание модели

3) заполните таблицу по результатам виртуального эксперимента:

4) сделайте выводы по результатам, полученным в ходе эксперимента

2. группа медики

2) Как вы считаете, в каких медицинских исследованиях можно было бы применить явление полного внутреннего отражения?

3 группа: Ювелиры

1) Практическая работа 2 «Определение показателя преломления стекла».

 Оборудование: Стеклянная пластина с плоскопараллельными гранями, дощечка, транспортир, три булавки, карандаш, угольник.

Порядок выполнения работы.

1. Прикрепите лист бумаги к дощечке.
2. Положив пластину с параллельными гранями на лист бумаги, прочертите линии вдоль преломляющих граней.
3. Воткните две булавки так, чтобы одна из них касалась пластинки, а проведенный через них отрезок прямой образовывал бы с гранью произвольный угол .
4. Подняв дощечку на уровень глаз, воткните третью булавку так, чтобы она (если смотреть через пластину) закрыла две первые булавки.
5. Сняв пластины и вынув булавки, соедините отверстия от булавок отрезками прямой линии.
6. Измерьте транспортиром угол падения и угол преломления.
7. Вычислите показатель преломления по формуле .
8. Повторите опыт измерения и вычисления для другого угла падения.

2) В сборнике задач Рымкевича найдите таблицу «Показатель преломления веществ». Обратите внимание, что стекло, алмаз имеют больший показатель преломления, чем вода. Как вы думаете почему? Почему свойства алмаза можно применить в ювелирном деле и где именно?

3.4. Обсуждение результатов работы групп

Учитель: организует мультимедийное сопровождение сообщений учащихся

(слайды 12-19)

1. Полное внутреннее отражение можно наблюдать, если смотреть из-под воды на поверхность: при определенных углах на границе раздела наблюдается не внешняя часть (то, что в воздухе), а видно зеркальное отражение объектов, которые находятся в воде.
2. Полным внутренним отражением объясняется явление миража. Мираж — оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между резко разными по теплоте слоями воздуха. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещенное относительно предмета.
3. Радуга. Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40–42°.
4. Сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые предметы видны многократно и с разнообразными искажениями. Фатаморгана возникает, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также преломления лучей реально существующие предметы дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично налагающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину.
5. Чем объяснить “игру камней”? В ювелирном деле огранка камней подбирается так, что на каждой грани наблюдается полное отражение света.

1. Волоконная оптика  Информационный объект: «Рисунок Распространение света в волоконном световоде».

2. Эндоскопия в медицине  Информационный объект Библиотека наглядных пособий Раздел 4 Видеофрагменты «Использование световода в гастроскопии»

3. Преломление света при изготовлении ювелирных изделий (Информационный объект видеоролик «Как выращивают бриллианты»)

4. Первичная проверка  понимания

Учитель раздает тесты (с учетом профильной направленности)

Организует самопроверку теста (слайд 20)

Приложение 1

Тест

1.  На рисунке показан световой луч, падающий на плоское зеркало. Выберите правильное утверждение.

–А. Угол отражения луча больше угла падения.

+Б. Отраженный луч лежит в плоскости рисунка.

–В. Угол падения луча на поверхность зеркала меньше 30°.

–Г. Угол падения луча на поверхность зеркала меньше 45°.

2. На рисунке показан световой луч, проходящий границу раздела двух прозрачных сред. Отметьте, какие из следующих четырех утверждений правильные, а какие — неправильные.

–А. Скорость света в среде 1 меньше, чем в среде 2.

+Б. Оптическая плотность среды 2 больше, чем оптическая плотность среды 1.

–В. Угол падения луча больше 60°.

+Г. Угол преломления луча меньше 45°.

3. Угол падения луча из воздуха на поверхность стекла равен 60°, угол преломления равен 30°. Отметьте, какие из следующих четырех утверждений правильные, а какие — неправильные.

+А. Показатель преломления данного стекла больше 1,7.

–Б. Скорость света в данном стекле меньше 150 000 км/с.

+В. Отраженный и преломленный лучи в данном случае взаимно перпендикулярны.

+Г. Падающий, отраженный и преломленный лучи лежат в одной плоскости.

4. Световой луч падает на границу раздела вода-воздух (см. рисунок). На границе происходит отражение и преломление света. Отметьте, какие из следующих четырех утверждений правильные, а какие — неправильные.

+А. Угол падения луча меньше 45°.

–Б. Оптическая плотность воздуха больше, чем оптическая плотность воды.

+В. Угол отражения луча меньше 45°.

–Г. Угол преломления луча меньше угла падения.

ЗАДАНИЯ ИЗ ЕГЭ http://физика.решуегэ.рф/test?theme=182

1) Предельный угол полного отражения для некоторого вещества оказался равным 30∘.      Найти показатель преломления этого вещества?

1. 1,41
2. 1,73
3. 2
4. 2,5

A16 № 3488. Чему равен синус предельного угла полного внутреннего отражения при переходе света из вещества с в вещество с

1) 0,8
2) 1,25
3) 0,33
4) полное отражение не возникает

A16 № 3492. Чему равен синус предельного угла полного внутреннего отражения при переходе света из вещества с в вещество с

1) 0,8
2) 1,25
3) 0,4
4) полное отражение не возникает

A16 № 3494. Чему равен синус угла полного внутреннего отражения при переходе света из вещества, где скорость света равна , в вещество, где скорость света равна ?

(  — скорость света в вакууме)

1) 1,4
2) 0,714
3) 0,5
4) полное отражение не возникает

A16 № 3496. Чему равен синус угла полного внутреннего отражения при переходе света из вещества, где скорость света равна , в вещество, где скорость света равна ? (  — скорость света в вакууме)

1) 1,6
2) 0,625
3) 0,5
4) полное отражение не возникает

A16 № 3500. Полное внутренне отражение происходит, когда свет идет из среды с показателем преломления в среду с показателем и падает на границу раздела под углом , если ...

1)
2)
3)
4)

A16 № 3502. Свет идет из вещества с показателем преломления в вакуум. Предельный угол полного внутреннего отражения равен . Чему равен ?

1) 1,2
2) 1,8
3) 2
4) 2,5

A16 № 3714. На границу раздела воздух  —   прозрачное вещество падает луч света (из вещества) под углом падения (). При каких примерно значениях показателя преломления вещества будет наблюдаться полное внутреннее отражение?

1) меньше 1,67
2) больше 1,67
3) меньше 1,25
4) больше 1,25

При переходе из первой среды во вторую угол преломления равен 45°, а из первой в третью — 30° (при том же угле падения). Найти в градусах предельный угол полного внутреннего отражения луча, идущего из третьей среды во вторую.

Самопроверка

5. Самостоятельное применение

Учитель организует демонстрацию домашних экспериментов

Учитель: (слайд  21)  Полное отражение света показывает, какие богатые возможности для объяснения явлений распространения света заключены в законе преломления. Выяснилось, например, что тонкие эффекты, возникающие вследствие этого явления, позволяют делать предметы невидимыми. В начале урока вы видели фрагмент фильма Человек-Невидимка. Предоставим слово ребятам, которые выполнили в домашних условиях некоторые опыты

Опыты по демонстрации полного внутреннего отражения света

(домашний эксперимент)

Опыт 1. Предмет-невидимка.

Сделайте из пластилина шарик диаметром 10- 12 миллиметров и воткните в него спичку. Из плотной бумаги или картона вырежьте кружок диаметром 65 миллиметров. Возьмите глубокую тарелку и натяните на ней параллельно диаметру две нитки на расстоянии трех сантиметров друг от друга. Концы ниток закрепите на краях тарелки пластилином или лейкопластырем. Затем, проткнув шилом кружок в самом центре, вставьте в отверстие спичку с шариком. Расстояние между шариком и кружком сделайте около двух миллиметров. Положите кружок шариком вниз на натянутые нитки в центре тарелки. Если посмотреть сбоку, шарик должен быть виден. Теперь налейте в тарелку воду до самого кружка. Шарик исчез. Световые лучи с его изображением уже не дошли до наших глаз. Они, отразившись от внутренней поверхности воды, ушли вглубь тарелки и до наших глаз не дошли. Произошло полное отражение.

Опыт 2. Предмет угольно - блестящий.

Явление полного отражения прекрасно получается, если шарик будет закопчен сажей. Надо найти шарик из металла с ушком или отверстием, подвесить его на кусочке проволоки и покрыть копотью (лучше всего поджечь кусочек ваты, смоченный скипидаром, машинным или растительным маслом). Дальше налейте в тонкий стакан воды и, когда шарик остынет, опустите его в воду. Виден будет блестящий шарик с «черной косточкой». Это происходит потому, что частицы сажи удерживают воздух, который создает вокруг шарика газовую оболочку.

Опыт 3. 

Полное отражение можно наблюдать еще на одном интересном опыте. Только для его успеха нужно позаботиться о хорошем освещении.

Налейте в стакан воду и погрузите в нее стеклянную пипетку. Если ее рассматривать сверху, немного наклонив в воде, чтобы хорошо была видна ее стеклянная часть, она будет так сильно отражать световые лучи, что станет словно зеркальной, будто сделана из серебра. Но стоит нажать на резинку пальцами и набрать в пипетку воду, как сразу же иллюзия исчезнет, и мы увидим только стеклянную пипетку - без зеркального наряда. Зеркальной ее делала поверхность воды, соприкасавшаяся со стеклом, за которым был воздух. От этой границы между водой и воздухом (стекло в данном случае не учитывается) отражались полностью световые лучи и создавали впечатление зеркальности. Когда же пипетка наполнилась водой, воздух в ней исчез, полное внутреннее отражение лучей прекратилось, потому что они просто  стали проходить в воду, заполнившую пипетку. Обратите внимание на пузырьки воздуха, которые иногда бывают в воде на внутренней стороне стакана. Блеск этих пузырьков тоже результат полного внутреннего отражения света от границы воды и воздуха в пузырьке.

3. Проделайте дома опыт «Делаем монетку невидимой». Вам понадобится монетка, чаша с водой и прозрачный стакан. Положите монетку на дно чаши и заметьте, под каким углом она видна снаружи. Не сводя глаз с монетки, опускайте потихонечку сверху в чашу перевернутый пустой прозрачный стакан, держа его строго вертикально, чтобы вода не заливалась внутрь. Объясните на следующем уроке наблюдаемое явление.

(В некоторый момент монета исчезнет! Когда вы опускаете стакан, уровень воды в чаше поднимается. Теперь, чтобы выйти из чаши, луч должен дважды пройти границу раздела вода-воздух. После прохождения первой границы угол преломления будет значительным, так что на второй границе произойдет полное внутреннее отражение. Свет уже не выходит из чаши, поэтому вы и не видите монетки.) 

Ученики: демонстрация, объяснение и выводы по домашним опытам

6. Итоги

Учитель организует обсуждение результатов занятия. Ученики формулируют выводы о достижении цели урока

7. Информация о домашнем задании

Учитель сообщает домашнее задание. Ученики слушают, записывают домашнее задание

8. Рефлексия

Учитель слушает самоооценку деятельности групп, выставляет оценки за урок.

Ученики обсуждают итоги, озвучивают и анализируют результаты собственной работы и работы групп

Учитель: В завершение урока выразите, пожалуйста, своё отношение к уроку, ответив на вопросы карточки (приложение    ).

Оценочный лист

Литература

1. Презентация “Полное отражение света”. [1]
2. Гордон Г.В. Геометрическая оптика. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html [2]
3. Борисов К. Оптиволоконные системы освещения. http://www.trikita.by/service6.html
4. Буховцев Б.Б., Мякишев Г.Я. Учебник по физике 11 класс. М.:Просвещение.2010
5. Вараксина Е. И. Полное внутреннее отражение света в жидкости. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14 .
6. Касьянов В.А. Учебник по физике 11 класс. М.:Дрофа.2002
7. Латышевская Т. Ю., Новоселов К. С. Нанотехнологии для Волоконной Оптики. http://www.kabel-news.ru/
8. http://traditio.ru/wiki/ Внутреннее отражение
9. http://hghltd.yandex.net/. Полное отражение света
10. http://ru.wikipedia.org/wiki/Световод
11. http://images.google.ru . Миражи
12. http://school426-spb.by.ru . Фата-Моргана
13. http://www.genon.ru/GetAnswer. Фотографии
14. http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html .Оптико-волоконные системы освещения
15. http://www.ifmo.ru/faculty/5. Уникальный роботизированный комплекс
16. http://www.forc-photonics.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Оптические приборы
17. http://optika8.narod.ru/Opiti.htm . Геометрическая оптика
18. http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. Опыты, демонстрирующие полное внутреннее отражение света
19. http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects . Применение полного внутреннего отражения света.
20. http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Светодизайн
21. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Фата-моргана