Физика 11 класс. Урок-исследование. Лабораторная работа №2 "Измерение показателя преломления стекла"
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

Тема урока: Лабораторная работа №2.

                         «Измерение показателя преломления стекла».

Цель: целеноправленное обучение поисковой деятельности, актуализация личностного смысла учащихся к изучению темы,  создание условий для развития навыков общения  и совместной деятельности.

Задачи:

 Образовательная: экспериментальная работа по определению показателя преломления стекла, формирование умения устанавливать связь между элементами содержания ранее изученного материала и нового. 

Развивающая: развитие навыков мыслительных операций, совершенствование умений формулировать личностно – значимые цели,   способствовать развитию исследовательских и творческих навыков.

Воспитательная: совершенствование умений работать в паре, формировать способность к самоанализу.

Тип урока  – закрепление  и углубление знаний

Форма урока  –  исследовательская работа.

Оборудование: компьютер, медиапроектор, интерактивная доска (ИД), плоскопараллельные и полуцилиндрические стеклянные пластины, лазерная указка, цветные карандаши, измерительные линейки.

Ход урока.

I. Оргмомент:  психологический настрой учителя на активную познавательную деятельность.

II. Мотивация: на ИД представлено в презентации несколько картинок

 1. атмосферного оптического явления «Гало».

- Как называется данное природное явление?

-  Каковы причины возникновения данного явления?

(Ответ: преломление солнечных лучей в кристалликах облака).

2. фото воды в бассейне с подсветкой, выходящие из воды лучи рассеиваются на стенке.

- Объясните причину данного явления?

III. Постановка цели урока: Сегодня нам предстоит интересная исследовательская работа по определению показателя преломления среды, в частности стекла. Я надеюсь, вы хорошо подготовились и справитесь с ней.

IV.Актуализация знаний

- Что такое преломление луча света?

- Сформулируйте законы преломления?

- Приведите примеры преломления света из вашей жизни

Работа на ИД

   - Изобразите преломленный луч, если луч переходит из стекла в воду.

- Изобразите преломленный луч, если луч переходит из воздуха в воду.

-. По чертежу охарактеризуйте среды

- Сравните скорости света в данных средах?

- Угол падения из воздуха в стекло равен 0 градусов. Чему равен угол преломления? Построить на ИД.

- Как расположены призмы внутри черного ящика? (Подтвердить лазерной указкой)

- Как найти синус угла в прямоугольном треугольнике?

Исследовательская работа:

1.По имеющимся на столе приборам и инструкции, поставьте цель вашего эксперимента?

1 группа – исследовать зависимость показателя преломления стекла от угла падения   ( стр 386. Физика Мякишев 11 кл)

2 группа - исследовать зависимость показателя преломления стекла от цвета луча     (стр 386.  Физика Мякишев 11 кл)  

3 группа -  исследовать зависимость показателя преломления стекла разными приборами

4 группа - исследовать зависимость показателя преломления стекла различными способами

Отчёт групп: показать выполнение исследования, чертеж, вычисления, вывод.

На ИД записываем полученные данные и делаем общий вывод:

Показатель преломления стекла зависит от цвета луча и не зависит от угла падения, способа определения, от формы прибора.

Задача ЕГЭ, уровень «С»: Бассейн глубиной 3 метра заполнен водой. Относительный показатель преломления на границе воздух – вода 1,33. Найти радиус светового круга на поверхности воды от электрической лампы находящейся на дне бассейна. Сделать чертёж.

Итог урока: большое количество оптических природных явлений основано на законах преломления света, в том числе и Гало.

Домашнее задание: 

1.Повторить п.61,62.

2.Приготовить сообщение об оптических явлениях в природе.

Оценки: оценивание проводят учащиеся, комментируя  долю участие каждого ученика в исследовании.

Рефлексия:

• Какой вклад вы внесли в исследование?
• Пригодился ли вам ранее изученный материал?
• Что нового вы узнали на уроке?

Инструкции по выполнению работы.

Лабораторная работа №2.

Вариант №1.

Тема: «Измерение показателя преломления стекла».

Цель работы:

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластинка в форме трапеции, измерительная линейка, красный карандаш, транспортир, циркуль.

Указания к работе:

 Положите пластину на лист и обведите простым карандашом её параллельные грани. Под произвольным углом α к верхней грани проведите красным карандашом прямую. Эта прямая будет являться падающим лучом. Поднимите лист с пластиной на уровень глаз. Глядя в нижнюю грань пластины и увидев в ней продолжение «падающего луча», поставьте на выходе его нижней грани точку А и начертите прямую, которая была бы продолжением преломленного луча, из стекла в воздух. Уберите пластину и в точку падения луча В проведите перпендикуляр ЕД к верхней грани пластины. Выполните дополнительные построения: на падающем луче отложите отрезок АВ, равный отрезку ВС (или проведите окружность радиусом АВ учебник стр 387), опустите перпендикуляр АЕ на перпендикуляр ЕД, проведенный к граням пластины. Соедините точки Д и С. Показатель преломления второй среды относительно первой равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления. Отношение синусов углов можно заменить соответственно отношением противолежащих катетов к гипотенузам. Поскольку длина отрезка АВ = ВС (по построению). После сокращения остается отношение длин отрезков АЕ и ДС.       n =  АЕ/ ДС. Вывод рабочей формулы сделайте самостоятельно. Длину отрезков АЕ и ДС измеряют с помощью линейки.

Проведение эксперимента.

1.Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха при произвольном угле падения. Результаты измерения записать  в таблицу

2. Повторить результат меняя угол падения.

3. Сравнить результаты

4. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от угла падения  

Лабораторная работа №2.

Вариант №2.

Тема: «Измерение показателя преломления стекла».

Цель работы:

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластинка в форме трапеции, измерительная линейка, фломастеры синий и красный, транспортир, циркуль.

Указания к работе:

 Положите пластину на лист и обведите простым карандашом её параллельные грани. Под произвольным углом α к верхней грани проведите красным карандашом прямую. Эта прямая будет являться падающим лучом. Поднимите лист с пластиной на уровень глаз. Глядя в нижнюю грань пластины и увидев в ней продолжение «падающего луча», поставьте на выходе его нижней грани точку А и начертите прямую, которая была бы продолжением преломленного луча, из стекла в воздух. Уберите пластину и в точку падения луча В проведите перпендикуляр ЕД к верхней грани пластины. Выполните дополнительные построения: на падающем луче отложите отрезок АВ, равный отрезку ВС (или проведите окружность радиусом АВ учебник стр 387), опустите перпендикуляр АЕ на перпендикуляр ЕД, проведенный к граням пластины. Соедините точки Д и С. Показатель преломления второй среды относительно первой равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления. Отношение синусов углов можно заменить соответственно отношением противолежащих катетов к гипотенузам. Поскольку длина отрезка АВ = ВС (по построению). После сокращения остается отношение длин отрезков АЕ и ДС.       n =  АЕ/ ДС. Вывод рабочей формулы сделайте самостоятельно. Длину отрезков АЕ и ДС измеряют с помощью линейки.

Проведение эксперимента.

1.Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха прииспользовании красного луча света. Результаты измерения записать  в таблицу

2. Повторить результат изменяя цвет луча на синий.

3. Сравнить результаты

4. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от цвета падающего луча.  

Лабораторная работа №2.

Вариант № 3.

Тема: «Измерение показателя преломления стекла».

Цель работы:

Оборудование: стеклянная пластинка в форме полуцилиндра, плоскопараллельная пластина, измерительная линейка, карандаш.

Указания к работе: Положите пластину на лист бумаги. К точке О лежащей на оси вращения пластины, провести падающий луч АО, так чтобы падающий угол был меньше 900.

Расположив глаз на уровне листа и смотря по направлению луча АО, сквозь пластину, отметьте точку В с другой стороны пластины так, чтобы она казалась на продолжении луча АО. Обвести контур полуцилиндра и убрать его. Соединить точки А и В. Через точку О провести перпендикуляр к плоской грани пластины. Отметьте угол падения α и угол преломления β. На произвольном расстоянии от точки О проведите прямую ДС перпендикулярную преломляющей поверхности. Преломленный луч ОВ и падающий продолжить до пересечения  с ОС. На пересечении получим точку С и Е. Из прямоугольных треугольников ОДЕ и ОДС ясно, что отношение синуса угла падения, к синусу угла преломления, есть отношение ОС к ОЕ. Таким образом, нахождение показателя преломления стекла, сводится к измерению длин отрезков ОС и ОЕ и вычислению их отношений. Длину отрезков ОС и ОЕ измеряют с помощью линейки.

Проведение эксперимента.

1.Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха при произвольном угле падения. Результаты измерения записать  в таблицу

2. Повторить результат меняя прибор на плоскопараллельную пластину (стр 386 учебник).

3. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от формы прибора.  

Лабораторная работа. № 2

Вариант 4

Тема:  «Определение показателя преломления стекла»

Цель:

Оборудование: стеклянная пластинка в форме полуцилиндра, измерительная линейка, лазерная указка.

При падении луча на границу сред с разными оптическими свойствами он частично отражается, а частично преломляется. При этом угол падения всегда равен углу отражения , а угол преломления зависит от соотношения показателей преломления сред: . Если n1 > n2, то < : лучи 1 – падающий луч, 1" – преломлённый луч; 1' – отражённый.

При достаточно большом угле падения угол преломления становится равным 90° (лучи 2 и 2"). Это значит, что на границе сред луч 2 будет только отражаться (луч 2'), а интенсивность преломлённого луча станет равной нулю. Это значение угла падения 0 называется предельным углом внутреннего отражения. При дальнейшем увеличении угла падения лучи тоже будут только отражаться (например, лучи 3 и 3'). Если взять полуцилиндр из стекла и смотреть через него из положений глаза 1, 2, 3, 4, то лучи 1 и 2 будут   преломляться, так что из положений 1, 2 окажется видна линия оси О. Лучи 3 и 4 будут полностью отражаться от нижней грани, так что из положений 3, 4 будет видна вертикально поставленная у края полуцилиндра линейка.      

Зная предельный угол преломления и радиус полуцилиндра R, можно рассчитать показатель преломления стекла:

n2 = 1 (воздух); n1 = nст;

Для луча 3: sin0 = sin KOA; 

По теореме Пифагора, OA = .

Окончательно:

Ход работы

1. На листе бумаги чертим толстую линию ОО. Торцом вдоль перпендикуляра, симметрично относительно оси ОО, кладём полуцилиндр, так, чтобы его центр и линия ОО совпадали, а сбоку приставляем к нему линейку (перпендикулярно столу).

2. Через цилиндр направляем луч лазерной указки так, чтобы он попал в центр линии ОО. Наблюдаем за преломленным лучом вышедшем из стекла на линейку и отмечаем расстояние АВ. Измеряем непосредственно линейкой радиус полуцилиндра и вычисляем показатель преломления стекла.

3. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от способа измерения.