Урок физики по теме "Линзы"
методическая разработка (физика, 8 класс) на тему

            « Линзы. Построение изображений,

                              даваемых линзой».

Разработка урока физики  с компьютерной поддержкой

                                            в  9 классе.

                  ( по  учебнику С. В. Громова « Физика. 9 кл.» )

                                             в 8 классе

                  ( по учебнику А.В. Перышкина)

                                      ( 2 ч.  занятие )

Цели урока:

Образовательная:

А) продолжить изучение явления преломления света на примере

     линз;

Б) изучить основные характеристики линз и формулы  для  их

     вычисления;

В) научить обучающихся  строить на чертеже изображения с

     помощью линз;

Г) исследовать,  как меняются размеры и характер изображения в

     зависимости от расстояния от предмета до линзы.

Воспитательная:

     А) воспитание познавательной активности учащихся;

     Б) воспитание интереса к предмету;

     В)  воспитание этики работы в группах.

 3. Развивающая:

А) развитие умений формулировать выводы по изученному

      материалу, анализировать результаты своих исследований;

Б)  развитие логического мышления, памяти, интеллекта;

В) развитие грамотной устной речи, умения четко выражать свои

     мысли;

Г) развитие навыков практической работы с физическим

     оборудованием, работы с компьютером.

Примечание: Урок физики  был проведен в компьютерном классе.

Оборудование  к уроку: компьютеры; экран; мультимедийный проектор; презентация к уроку, выполненная в программе Power Point; ППС « Открытая физика 1.1» ООО « Физикон », 2001 г. раздел « Оптика: тонкая линза»; мультимедийное   учебное  пособие  «Физика. Основная школа 7 -9 кл. »  ч. I.;  набор

демонстрационный «Геометрическая оптика », оптический диск, лазерная указка;  на столах учащихся  наборы лабораторные

« Геометрическая оптика», учебник, тетрадь, линейка, инструкционные карты по проведению  экспериментов.

 Оформление доски и класса:

Тема урока. Дата.

Компьютер, экран, мультимедийный проектор для показа

     презентации.

Персональные компьютеры для учащихся.

В кабинете парты расставлены для работы в группах (по 3-4 учащихся в каждой группе).

Демонстрации:

Выпуклые и вогнутые линзы.

Прохождение света сквозь собирающую линзу.

Прохождение света сквозь рассеивающую линзу.

Получение изображений с помощью линз.

Компьютерная презентация к уроку.

                                    Ход урока.

   I. Организационный момент: 

Озвучивание темы урока, объяснение ученикам целей и задач урока.      (слайды 1 - 2 )

 Формирование групп и раздача рабочего материала. Группы формируются по желанию учащихся.

II. Активизация мыслительной деятельности.

Для активизации мыслительной деятельности использую повторение ранее изученного материала в виде фронтального опроса   ( слайд  3) и кратковременной проверочной работы

(слайд 4).

Изучение нового материала.

Отражение и преломление света используют для того, чтобы изменять направление лучей, или, как говорят, управлять световыми пучками и получать оптические изображения.

Вопрос. Попробуйте вспомнить, действие  каких приборов и устройств  основано на этом?

Ответ. Прожектор, лупа, микроскоп, перископ, телескоп, фотоаппарат и др.     (слайд 5 )

     Главной частью большинства оптических приборов, в том числе и перечисленных вами, является  ЛИНЗА.

     Линзой ( от лат.  lens – чечевица) называется прозрачное

( обычно стеклянное) тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.      ( слайд 6  )

Прямая, проходящая через центры С1 и С2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы. Точку О на этой оси, находящуюся в центре линзы, называют оптическим центром линзы.

      Существует два вида линз: а) выпуклые   и  б) вогнутые.

     (  слайд  7 )

 (  объяснение учителя сопровождается показом линз из демонстрационного набора «Геометрическая оптика»;  учащиеся на своих столах рассматривают, трогают линзы  из лабораторного набора  «Геометрическая оптика» )

Вопрос. Потрогайте на ощупь и определите, чем же отличаются выпуклая и вогнутая линзы друг от друга?

Ответ. У выпуклой линзы середина толще, чем края, а у вогнутой середина тоньше, чем края.

  Выпуклые линзы бывают: двояковыпуклыми, плосковыпуклыми,

вогнутовыпуклыми.

  Вогнутые линзы могут быть: двояковогнутыми, плосковогнутыми, выпукловогнутыми.  

В школьном курсе физики мы изучаем так называемые тонкие линзы.  Линза, толщина которой много меньше радиуса кривизны ее поверхностей, называется тонкой линзой.

    Ход лучей света в выпуклых и вогнутых линзах различен.

      (слайд 8)

     Выпуклые линзы преобразуют пучок параллельных световых лучей в сходящийся; поэтому иначе их называют собирающими.

     Вогнутые линзы создают при этом расходящийся пучок света; поэтому их называют  рассеивающими.    

 Далее объяснение  сопровождаю  показом демонстраций: пучок света направляется на двояковыпуклую линзу и наблюдается собирающее действие такой линзы: каждый луч из падающего на линзу пучка света после преломления ею отклоняется от своего первоначального направления, приближаясь к главной оптической оси. Очень важно здесь обратить внимание учащихся на то, что указанное отклонение лучей собирающей линзой имеет место всегда при любом угле падения луча на линзу.

Аналогичным образом демонстрируется действие рассеивающей линзы.

   Продемонстрировав опыты, естественным образом подвожу учащихся  к понятиям фокуса и фокусного расстояния линзы.

Вопрос. Что же мы видим, направив на выпуклую линзу пучок лучей, параллельных оптической оси линзы?

 Ответ.   Направив на выпуклую линзу пучок лучей, параллельных оптической оси линзы, мы видим, что после преломления в линзе эти лучи пересекают оптическую ось в одной точке.

 Обозначим эту точку   - F. Эта точка называется фокусом линзы.  

 ( слайд  9 )

Пустив пучок лучей, параллельных главной оптической оси, на вогнутую линзу, заметно, что лучи из линзы выходят расходящимся пучком. Если же такой расходящийся пучок лучей попадает в глаза, то наблюдателю кажется, что лучи выходят из точки  F. Эта точка находится на оптической оси  с той же стороны, с какой падает свет на линзу  и называется мнимым фокусом вогнутой линзы. 

У каждой линзы два фокуса – по одному с каждой стороны линзы. Если слева и справа от линзы одна и та же среда, то оба эти фокуса располагаются на одинаковых расстояниях от линзы.

    У собирающей линзы  главный фокус  -  действительный, а  у рассеивающей  -  мнимый.      

     Расстояние от линзы до ее фокуса называется фокусным расстоянием линзы  и обозначается той же самой  буквой, что и    фокус -  F.  (слайд  10)

     Фокусное расстояние  линзы зависит от степени кривизны ее поверхностей. Линза с более выпуклыми поверхностями  преломляет лучи сильнее, чем линза с менее выпуклыми поверхностями, и поэтому обладает меньшим фокусным расстоянием, следовательно, дает большее увеличение.    

   Кроме фокусного расстояния линзы характеризуются еще и величиной, обратной фокусному расстоянию, которая называется оптической силой линзы и обозначается буквой D.   ( слайд 11  )

                                         D = 1/ F      

За единицу оптической силы линзы принята диоптрия ( дптр )- метр в минус первой степени ( м -1).

1 диоптрия – это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1м.

  Чем меньше фокусное расстояние  линзы, тем больше ее оптическая сила, т.е. тем сильнее линза преломляет световые лучи.

  У собирающих и рассеивающих линз оптические силы отличаются знаком. Поскольку у собирающих линз главный фокус – действительный, их фокусное расстояние и оптическую силу принято считать положительными (  F>0, D>0 ).  Рассеивающие же линзы обладают мнимым фокусом, поэтому их фокусное расстояние и оптическая сила считаются отрицательными ( F<0, D<0 ).

После объяснения на данном этапе урока предлагаю учащимся с целью закрепления  просмотреть фрагмент урока «Типы и свойства линз»  из мультимедийного   учебного  пособия  «Физика. Основная школа 7 -9 кл. »  ч. I.

      Далее организую  краткий фронтальный эксперимент, в процессе которого учащимся предлагаю  с помощью имеющегося на их столах лабораторного оборудования « Геометрическая оптика», линейки и инструкционных карт  измерить опытным путем фокусное расстояние и оптическую силу  собирающей

 ( двояковыпуклой) линзы.

( инструкционные листы для учащихся –  прил. 1)

     После проведенного учащимися фронтального эксперимента для дальнейшего изучения нового материала и проверки глубины усвоения новых знаний необходимо  произвести обобщение   и закрепление в виде  быстрого опроса по карточкам с вопросами.

  ( прил. 2 )

       С помощью линз можно не только собирать или рассеивать световые лучи, но и получать различные изображения предмета.

  Вопрос.  Как же получаются изображения?     ( слайд 12 )

Мы знаем, что любой (видимый) объект представляет собой совокупность светящихся своим или отраженным светом точек. От этих точек исходят расходящиеся пучки лучей, которые после преломления в линзе либо сами, либо своими продолжениями снова сходятся в определенных точках; их совокупность и образует изображение данного предмета.

    Именно благодаря способности получать различные изображения  линзы широко используются на практике. Так, в киноаппаратах линзы способны давать увеличенное в сотни раз изображение маленького кинокадра, а в фотоаппарате такие же линзы дают уменьшенное изображение фотографируемого предмета, умещающееся внутри аппарата на обычной фотопленке.

  Вопрос. Как же получаются столь различные изображения? От чего может зависеть характер изображения?

Ответ. Вероятнее всего, характер получаемого изображения зависит от взаимного расположения предмета и линзы.

Далее предлагаю учащимся проверить истину предположения с помощью постановки демонстрационного эксперимента, выполнения построений и проведения компьютерного эксперимента.

         Изучение данного вопроса целесообразно продолжить постановкой демонстрационного эксперимента, получая изображения светящейся точки при ее смещении относительно главной оптической оси. Для этого вначале светящуюся точку необходимо перемещать из "бесконечности " вдоль главной оптической оси по направлению к центру собирающей линзы и показать учащимся как при этом изменяется положение изображения, в каких случаях оно получается действительным, а в каких – мнимым.

 Затем демонстрируется, куда смещается изображение, если светящаяся точка располагается выше или ниже  главной оптической оси.

   Аналогично демонстрирую  опыты по получению изображения светящейся точки  с помощью рассеивающей линзы.

После  проведенных демонстраций предлагаю учащимся исследовать данный вопрос (гипотезу) с помощью выполнения  построений, с учетом предложенных мною условий, и проведения компьютерных  исследований  с помощью  ППС  « Открытая

физика ».  ( фото « Открытая физика» )      

 Но прежде  с ребятами выясняем, какие световые лучи из бесчисленного множества лучей удобно использовать для построения изображения с  помощью линзы.   ( слайд  13 )

       После этого учащиеся  рассаживаются по заранее  сформированным по интересам учащихся  группам ( 6 групп  ). Каждой группе определяется  ряд заданий  и отводится определенное время для их выполнения.  (  прил. 3 )

     По окончании работы командир каждой группы выступает с  отчетом о работе, проведенной его группой, выводами,  к которым ребята пришли в процессе выполнения работы.

      Далее производим обобщение выводов, сделанных ребятами, в один общий.   ( слайд 20 )

I. Для собирающей линзы :

Итак, характер получаемого с помощью линзы изображения предмета зависит от взаимного расположения предмета и линзы.

      d -  расстояние предмета до линзы;

      F -  фокусное расстояние  линзы.

     а) если  предмет находится между линзой и ее фокусом  (d < F),

         линза дает изображение предмета увеличенное, прямое,    

         мнимое, расположенное по ту же сторону от линзы, что и

         предмет.

     б) если  предмет находится между фокусом линзы и ее двойным

         фокусом  (F, то линза дает увеличенное,              

         перевернутое, действительное изображение предмета,

         расположенное по другую сторону от линзы за двойным

         фокусным расстоянием.

     в) если предмет находится  за двойным фокусным расстоянием

         линзы   (d>2F), то линза дает уменьшенное, перевернутое,

        действительное изображение, расположенное по другую

        сторону от линзы между ее фокусом и двойным фокусом.

II. Для рассеивающей линзы :

Рассматривая и сравнивая  изображения предмета, даваемые рассеивающей линзой, можно сделать вывод, что линза не дает действительных изображений, т. к. лучи, прошедшие сквозь нее,

расходятся: при всех положениях предмета (d2F )

линза дает уменьшенное, прямое, мнимое изображение, находящееся по ту же сторону от линзы, что и предмет.

Изменяя   расстояние  от предмета до линзы,   меняется лишь высота изображения.

Закрепление изученного материала

1. С целью закрепления и более глубокого усвоения материала в конце урока  предлагаю решить ряд задач по изученной теме. Каждой группе предлагаю карточку  с задачей и листы для ее выполнения. ( прил. 4  )

По окончании работы листы собираю для проверки  и выставления  оценок.

2. Каждый учащийся выполняет тестовое задание из фрагмента урока «Типы и свойства линз»  в мультимедийном   учебном  пособии  «Физика. Основная школа 7 -9 кл. »  ч. I.

   Пока ребята выполняют тест, проверяю листы с решением задач.

Подведение итогов урока  ( рефлексия) и выставление оценок.

Домашнее задание:

1.  § 34, 35 ;

         2.  стр. 148 № 145(а) - для 2 группы, № 145(б) – для 3 группы,      

              № 146(а) – для 1 группы; 3.  индивидуальные задания по  

              теме « Оптические  приборы»: фотоаппарат, проекционный

              аппарат, лупа, микроскоп, телескоп, перископ.

Приложение к уроку №1

                Инструкционный лист по выполнению

                        фронтального эксперимента.

Тема работы : Измерение фокусного расстояния и оптической  

                          силы  линзы.

Цель работы :

определить фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы;

сформировать практические навыки и умения по определению фокусного расстояния и оптической силы линзы.

Оборудование : собирающая ( двояковыпуклая ) линза, экран,

                            линейка.

                        Инструкция по выполнению работы :

1. Расположив линзу между окном и экраном, получите на экране

    резкое изображение  какого- нибудь  удаленного предмета

    (здания за окном,  дерева или,  в крайнем случае, окна кабинета

    или находящейся как можно дальше  от вас осветительной

    лампы).

2. Измерьте с помощью линейки  расстояние  от линзы до

    полученного изображения. Это и есть (приблизительно)

    фокусное  расстояние  F линзы.

Выразите полученный результат в сантиметрах  и метрах.

Рассчитайте оптическую силу  D  линзы.

Сделайте краткий вывод о проделанной  работе.

Приложение  к уроку № 2

                             Вопросы :

______________________________________________

1.  Что такое линза? Каковы ее свойства?

2. Что называется главной оптической осью линзы? Оптическим

    центром линзы?

3. Как изменяется направление лучей, параллельных оптической

    оси  выпуклой линзы,  после прохождения сквозь нее?

Как изменяется направление лучей, параллельных оптической

оси вогнутой линзы после прохождения сквозь нее?

5.  Какую точку называют фокусом линзы? Сколько фокусов имеет

  каждая линза?

6.  Каким является главный фокус собирающей линзы?

   рассеивающей?

7.  Что такое фокусное расстояние линзы?

8.  Как по внешнему виду линз можно узнать, у какой из них короче

   фокусное расстояние?

 9. Какая из двух линз, имеющих разные фокусные расстояния, дает

    большее увеличение?

 Как изменяется направление лучей, параллельных оптической оси выпуклой линзы, после прохождения сквозь нее?

 Приложение к уроку № 3

                                      Задания  1  группе:

Постройте изображение (А 1 В 1 ) предмета  АВ  с помощью собирающей линзы при условии, что предмет находится между линзой и ее фокусом, т.е. d < F.

Дайте характеристику полученному изображению А 1 В 1.

Исследуйте  с  помощью ППС  « Открытая физика » ( раздел

     « Оптика» : Тонкая линза) ,  будет ли меняться  характер  

     получаемого с помощью собирающей линзы изображения

     предмета при изменении  взаимного расположения предмета и

     линзы  (при условии F < d < 2F ; d > 2F ).

Сравните результат, полученный при построении, с

     результатами компьютерных исследований, проанализируйте

     и сделайте  соответствующий вывод.

                                        Задания  2  группе:

Постройте изображение (А 1 В 1 ) предмета  АВ  с помощью  

     собирающей линзы при условии, что предмет находится

     между фокусом линзы  и ее двойным  фокусом, т.е. F < d < 2F.

Дайте характеристику полученному изображению А 1 В 1     .

Исследуйте  с  помощью ППС  « Открытая физика »( раздел

     « Оптика» : Тонкая линза) ,  будет ли меняться  характер  

     получаемого с помощью собирающей линзы изображения

     предмета при изменении  взаимного расположения предмета и

     линзы  (при условии  d < F ; d > 2F ).

Сравните результат, полученный при построении, с

     результатами компьютерных исследований, проанализируйте

     и сделайте  соответствующий вывод.

                                    Задания  3  группе:

Постройте изображение (А 1 В 1 ) предмета  АВ  с помощью собирающей линзы при условии, что предмет находится за двойным фокусом линзы , т.е. d  > 2F.

Дайте характеристику полученному изображению А 1 В 1  .

Исследуйте  с  помощью ППС  « Открытая физика » ( раздел

     « Оптика» : Тонкая линза) ,  будет ли меняться  характер  

     получаемого с помощью собирающей линзы изображения

     предмета при изменении  взаимного расположения предмета и

     линзы  (при условии  d <  F ; F < d < 2F ).

Сравните результат, полученный при построении, с

     результатами компьютерных исследований, проанализируйте

     и сделайте  соответствующий вывод.

                                        Задания  4  группе:

Постройте изображение (А 1 В 1 ) предмета  АВ  с помощью рассеивающей линзы при условии, что предмет находится между  линзой   и ее  фокусом, т.е.  d < F.

Дайте характеристику полученному изображению А 1 В 1  .

Исследуйте  с  помощью ППС  « Открытая физика »( раздел

     « Оптика» : Тонкая линза) ,  будет ли меняться  характер  

     получаемого с помощью рассеивающей линзы изображения

     предмета при изменении  взаимного расположения предмета и

     линзы  (при условии  F < d < 2F ; d > 2F ).

Сравните результат, полученный при построении, с

     результатами компьютерных исследований, проанализируйте

     и сделайте  соответствующий вывод.

                                     Задания  5  группе:

Постройте изображение (А 1 В 1 ) предмета  АВ  с помощью  

     рассеивающей линзы при условии, что предмет находится

     между фокусом линзы  и ее двойным  фокусом, т.е. F < d < 2F.

Дайте характеристику полученному изображению А 1 В 1   .

Исследуйте  с  помощью ППС  « Открытая физика »( раздел

     « Оптика» : Тонкая линза) ,  будет ли меняться  характер  

     получаемого с помощью рассеивающей линзы изображения

     предмета при изменении  взаимного расположения предмета и

     линзы  (при условии  d < F ; d > 2F ).

Сравните результат, полученный при построении, с

     результатами компьютерных исследований, проанализируйте

     и сделайте  соответствующий вывод.

                                       Задания  6  группе:

Постройте изображение (А 1 В 1 ) предмета  АВ  с помощью рассеивающей линзы при условии, что предмет находится за двойным фокусом линзы , т.е. d  > 2F.

Дайте характеристику полученному изображению  А 1 В 1.

Исследуйте  с  помощью ППС  « Открытая физика » ( раздел

     « Оптика» : Тонкая линза) ,  будет ли меняться  характер  

     получаемого с помощью рассеивающей линзы изображения

     предмета при изменении  взаимного расположения предмета и

     линзы  (при условии  d <  F ; F < d < 2F ).

Сравните результат, полученный при построении, с

     результатами компьютерных исследований, проанализируйте

     и сделайте  соответствующий вывод.

Приложение  к уроку № 4

                                          Задача 1.

                                            Определите построением,  где находится

                                            оптический центр тонкой линзы и  ее

                                            фокусы, если  ММ – главная  оптическая                        

                                            ось линзы, А – светящаяся точка, А1  - ее

                                            изображение. Определите также тип                

                                            линзы и тип изображения.

                                       Задача  2.

                                            Даны две точки  А  и  А1  на оси линзы

                                            неизвестной формы. Определите вид                

                                            линзы (собирающая или рассеивающая ).

                                            Постройте фокусы линзы.

                                      Задача  3.

                                                         На рис.  показаны  главная оптическая ось

                                           ММ  линзы, предмет АВ и его    

                                           изображение  А1В1 . Определите

                                           графически  положение    оптического

                                           центра   и фокусов линзы.  

                                   Задача  4.

                                        Определите построением положение

                                        фокусов линзы, если задана главная

                                        оптическая ось ММ и ход  произвольного

М                                       М     луча.

                                               Задача 5.

                                                    На рис.  показано положение предмета АВ

                                                    и его изображения  А1В1 . Найдите

                                                    построением  положение линзы и  

                                                    расположение ее фокусов.

                                                 Задача 6.

                                          На рис. показаны  главная оптическая ось

                                          линзы, предмет АВ и его изображение

                                          А'В' . Определите  графически  положение   

                                                         оптического центра   и фокусов линзы.