Обобщающий урок "Геометрическая оптика"
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

Повторительно-обобщающий урок на тему: "Геометрическая оптика»

Дифференциация обучения является необычайно сложной задачей потому, что учащиеся различаются знаниями, умственным развитием, работоспособностью, памятью, наклонностями и т.д. При ориентации на среднего ученика замедляется темп работы ученика с высоким умственным развитием, быстрой реакцией, направленным вниманием. При этом слабые учащиеся не могут воспринимать материал, не рассчитанный на их способности и подготовку.

Тем не менее, проблема дифференцированного подхода к учащимся разрешима. Для старших классов она частично решается введением факультативов, специализированных школ и классов (с тем или иным профилем), так же разработкой уроков с использованием дифференцированного обучения.

Предлагаю повторительно-обобщающий урок, на котором используется дифференцированное разноуровневое обучение.

Цели урока:

Обучающая:

- способствовать осознанию существенных признаков понятия о явлении прямолинейного распространения света в однородной среде, отражения (включая полное) и преломления света; линзы и оптические системы;

- сформировать умение использовать законы отражения и преломления света для объяснения простейших оптических явлений;

- сформировать практические навыки по построению изображений в плоском зеркале и линзах; хода лучей через плоскопараллельную пластинку и призму.

Развивающая:

- способствовать обучению школьников умению устанавливать взаимосвязи в изучаемых явлениях;

- выдвигать гипотезы и проверять их, используя физический эксперимент;

 - делать обобщения.

Воспитательная:

- воспитание организованности, уверенности в себе, честности, самостоятельности, взаимопроверки, ответственности.

ТСО: компьютер, мультимедийный проектор, видеомагнитофон, приборы и материалы к экспериментальным заданиям.

Место проведения: кабинет физики.

Этап I – разминка

Задание I уровня для всех: Выполнить физический диктант по теме “Геометрическая оптика”.

 I вариант        

Обозначение

1.высота предмета

2.высота изображения

3.расстояние от предмета  до линзы

4.расстояние от линзы до изображения

5.оптическая сила линзы

6. фокусное расстояние

7.увеличение

8.показатель преломления

9.закон отражения

10.закон преломления

11.формула тонкой линзы

II вариант.

Обозначение

1. фокусное расстояние

2оптическая сила линзы

3.высота предмета

4.высота изображения

5.расстояние от предмета  до линзы

6.расстояние от линзы до изображения

7.закон преломления

8.увеличение

9.формула тонкой линзы

10.показатель преломления

11.Закон отражения

2. Индивидуальный письменный опрос.        

 Вывести формулы из формулы тонкой линзы:

А) Фокусное расстояние

Б) расстояние от предмета  до линзы

В) расстояние от линзы до изображения

3. Форма-решение задач на построение   в парах.

Перед началом работы учащимся  раздается демонстрационный материал  “Построение в линзах”.

Задание.

1.Построить изображение предмета в собирающей линзе ,при условии что предмет находится  за двойным фокусом .Дать характеристику изображению

2. Построить изображение предмета в собирающей линзе ,при условии что предмет находится  между  2F и F. Дать характеристику изображению.

3. . Построить изображение предмета в рассеивающей линзе. Дать характеристику изображению.

4. Построить изображение предмета в собирающей линзе ,при условии что предмет находится  между линзой и фокусом. . Дать характеристику изображению

Этап II – углубление в тему

а) Задание наиболее простой степени сложности. Выполнение заданий с выбором ответа..

I вариант

1. Угол между падающим лучом и плоскостью зеркала равен 30°. Чему равен угол отражения:

а) 30°;

б) 60°;

в) 15°;

г) 90°?

2. Почему для транспорта световым сигналом опасности является красный цвет:

а) ассоциирует с цветом крови;

б) лучше бросается в глаза;

в) имеет самый малый показатель преломления;

г) имеет наименьшее рассеивание в воздухе?

3. Как изменится угол между падающим на плоское зеркало и отраженным лучами, если угол падения увеличить на 15°

а) увеличится на 30°;

б) уменьшится на 30°;

в) угол между лучами увеличится на 15°;

г) угол не изменится?

II вариант

1. Угол отражения равен 60°. Чему равен угол между падающим лучом и плоскостью зеркала:

а) 60°;

б) 30°;

в) 90°;

г) 15°?

2. Почему рабочие на стройке носят каски оранжевого цвета:

а) оранжевый цвет хорошо заметен на расстоянии;

б) мало изменяется во время непогоды;

в) имеет наименьшее рассеивание света;

г) согласно требованию безопасности труда?

3. Свет падает на плоское зеркало под углом 35 градусов к поверхности.

Чему равен угол между падающим отражёнными лучами?

а) 25°;

б) 70°;

в) 140°;

г) 65°?

Задания средней степени сложности.

I вариант.

1. Угол падения луча на зеркало равен 80 Градусов. Чему равен угол между зеркалом и отражённым  лучом.

 а)80 градусов

б) 10 градусов

в) 20 градусов

г) 160 градусов

2.Елочка высотой 3м в солнечный день даёт тень 1,5 м, а тополь 20м.Какова высота тополя?

а) 30м

б) 40м

в) 50м

г) 15м

3.Изображение предмета ,помещённого перед собирающей линзой на расстоянии 30см,находится от неё на расстоянии 60см. Найдите фокусное  расстояние и оптическую силу линзы.Каков характер изображения в линзе?

а)0,1м

б) 0,2м

в) 0,5м

г) 0,4м

Этап III – рассмотрение практических применений законов геометрической оптики в быту и технике

Для всех уровней одинаков. Прослушивание сообщений.

1.Дисперсия.

2.Интерференция.

3.Дифракция

Этап IV – самостоятельная теоретическая работа

Решение расчетных задач.

Этап V – подведение итогов урока

На данном уроке учащиеся повторили материал по геометрической оптике, углубили знания по теме, рассмотрели практическое применение геометрической оптики, усовершенствовали навыки решения задач по данной теме.

В результате такого построения занятия каждый ученик опрошен не менее трех раз, а главное – работа дифференцирована.

Дисперсия света

 Разложение света в спектр вследствие дисперсии при прохождении через призму (опыт Ньютона).

Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).

Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора. Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является различие скоростей распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота световой волны, тем больше показатель преломления среды для неё и тем меньше скорость волны в среде:

• у света красного цвета скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления — минимальна,
• у света фиолетового цвета скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления — максимальна.

Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

Белый свет разлагается в спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

По аналогии с дисперсией света, также дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии, применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число, применяется не только к электромагнитной волне, но к любому волновому процессу.

Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая).

Дисперсия света в природе и искусстве

 Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета.

Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, — один из ключевых образов культуры и искусства.

Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметах или материалах.

В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.

Разложение света в спектр (вследствие дисперсии) при преломлении в призме - довольно распространенная тема в изобразительном искусстве. Например, на обложке альбома The Dark Side of the Moon группы Pink Floyd изображено преломление света в призме с разложением в спектр.

Интерференция вокруг нас.

 Давайте теперь попробуем понять, а где мы с вами встречались с явлением интерференции в жизни и где оно может применяться.

Все вы хоть раз, да сталкивались с этим явлением. Я это утверждаю, потому что любой ребёнок хоть раз в жизни видел мыльный пузырь. Видел как он меняет свою окраску

То, что происходит в мыльном пузыре со светом, называется интерференцией в тонких плёнках. На рисунке приведено объяснение этого явления. Луч падающий и луч отражённый от внутренней границы плёнки интерферируют. А так как толщина плёнки мыльного пузыря постоянно изменяется, то постоянно изменяется его окраска

Интерференцию света также наблюдают в тончайшем листочке слюды, пятнах нефти на поверхности воды. Яркую, переливающуюся всеми цветами радуги окраску некоторых раковин, перьев птиц, на поверхности которых расположены тончайшие, незаметные для глаза прозрачные чешуйки, также можно объяснить интерференцией. Если рассматривать под микроскопом крылья бабочек, то можно заметить, что они состоят из большого числа элементов, размер которых имеет порядок длины волны видимого света.

нтерференция волн - сложение в пространстве двух или нескольких волн, при котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны.

Но с давних пор учёные считали, что свет - это поток корпускул, т.е. мельчайших частиц.

Одним из учёных, внёсших большой вклад в понимание природы света был английский физик, врач и астроном - Томас Юнг.

Дифракция

Дифра́кция во́лн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.

Дифракция неразрывно связана с явлением интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как случай интерференции ограниченных в пространстве волн (интерференция вторичных волн). Общим свойством всех эффектов дифракции является зависимость степени её проявления от соотношения между длиной волны  и характерным размером неоднородностей среды , либо неоднородностей структуры самой волны. Наиболее заметно они проявляются при размерах неоднородностей, сравнимых с длиной волны. При размерах неоднородностей, существенно превышающих длину волны (на 3—4 порядка и более), явлением дифракции, как правило, можно пренебречь. В последнем случае распространение волн с высокой степенью точности описывается законами геометрической оптики. С другой стороны, если размер неоднородностей среды много меньше длины волны, то в таком случае дифракции проявляет себя в виде эффекта рассеяния волн.

Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия, то есть проникновение волны в область геометрической тени. С точки зрения современной науки определение дифракции как огибания светом препятствия признается недостаточным (слишком узким) и не вполне адекватным. Так, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн (в случае учёта их пространственного ограничения) в неоднородных средах.

Дифракция волн может проявляться:

в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях — как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определённом направлении;

в разложении волн по их частотному спектру;

в преобразовании поляризации волн;

в изменении фазовой структуры волн.

Поляризация света, одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). П. с. называются также геометрические характеристики, которые отражают особенности этого неравноправия. Впервые понятие о П. с. было введено в оптику И. Ньютоном в 1704—06, хотя явления, обусловленные ею, изучались и ранее (открытие двойного лучепреломления в кристаллах Э. Бартолином в 1669 и его теоретическое рассмотрение Х. Гюйгенсом в 1678—90). Сам термин «П. с.» предложен в 1808 Э. Малюсом. С его именем и с именами Ж. Био, О. Френеля, Д. Араго, Д. Брюстера и др. связано начало широкого исследования эффектов, в основе которых лежит П. с.

 Существенное значение для понимания П. с. имело её проявление в эффекте интерференции света. Именно тот факт, что два световых луча, линейно поляризованных (см. ниже) под прямым углом друг к другу, при простейшей постановке опыта не интерферируют, явился решающим доказательством поперечности световых волн (Френель, Араго, Т. Юнг, 1816—19). П. с. нашла естественное объяснение в электромагнитной теории света Дж. К. Максвелла (1865—73)

 Поперечность световых волн (как и любых др. электромагнитных волн) выражается в том, что колеблющиеся в них векторы напряжённости электрического поля Е и напряжённости магнитного поля Н перпендикулярны направлению распространения волны. Е и Н выделяют (отсюда указанное выше неравноправие) определённые направления в пространстве, занятом волной. Кроме того, Е и Н почти всегда (об исключениях см. ниже) взаимно перпендикулярны, поэтому для полного описания состояния П. с. требуется знать поведение лишь одного из них. Обычно для этой цели выбирают вектор Е

I вариант

1. Угол между падающим лучом и плоскостью зеркала равен 30°. Чему равен угол отражения:

а) 30°;

б) 60°;

в) 15°;

г) 90°?

2. Почему для транспорта световым сигналом опасности является красный цвет:

а) ассоциирует с цветом крови;

б) лучше бросается в глаза;

в) имеет самый малый показатель преломления;

г) имеет наименьшее рассеивание в воздухе?

3. Как изменится угол между падающим на плоское зеркало и отраженным лучами, если угол падения увеличить на 15°

а) увеличится на 30°;

б) уменьшится на 30°;

в) угол между лучами увеличится на 15°;

г) угол не изменится?

II вариант

1. Угол отражения равен 60°. Чему равен угол между падающим лучом и плоскостью зеркала:

а) 60°;

б) 30°;

в) 90°;

г) 15°?

2. Почему рабочие на стройке носят каски оранжевого цвета:

а) оранжевый цвет хорошо заметен на расстоянии;

б) мало изменяется во время непогоды;

в) имеет наименьшее рассеивание света;

г) согласно требованию безопасности труда?

3. Свет падает на плоское зеркало под углом 35 градусов к поверхности.

Чему равен угол между падающим отражёнными лучами?

а) 25°;

б) 70°;

в) 140°;

г) 65°?

Задания средней степени сложности.

I вариант.

1. Угол падения луча на зеркало равен 80 Градусов. Чему равен угол между зеркалом и отражённым  лучом.

 а)80 градусов

б) 10 градусов

в) 20 градусов

г) 160 градусов

2.Елочка высотой 3м в солнечный день даёт тень 1,5 м, а тополь 20м.Какова высота тополя?

а) 30м

б) 40м

в) 50м

г) 15м

3.Изображение предмета ,помещённого перед собирающей линзой на расстоянии 30см,находится от неё на расстоянии 60см. Найдите фокусное  расстояние и оптическую силу линзы.Каков характер изображения в линзе?

а)0,1м

б) 0,2м

в) 0,5м

г) 0,4м

Задание.

1.Построить изображение предмета в собирающей линзе ,при условии что предмет находится  за двойным фокусом .Дать характеристику изображению

2. Построить изображение предмета в собирающей линзе ,при условии что предмет находится  между  2F и F. Дать характеристику изображению.

3. . Построить изображение предмета в рассеивающей линзе. Дать характеристику изображению.

4. Построить изображение предмета в собирающей линзе ,при условии что предмет находится  между линзой и фокусом. . Дать характеристику изображению