Разработка урока Слет специалистов по оптике
методическая разработка по физике (8 класс) по теме

Тема занятия «Загадки природы и человеческого глаза»

Цель занятия: повышение  уровня знаний и умений учащихся;

                           развитие интереса к предмету.

Эпиграф к уроку:  Мирозданье постигая,

                                Все познай, не отбирая:

                                Что - внутри, во внешнем сыщешь;

                                Что - вовне, внутри отыщешь.

                                Так примите ж без оглядки

                                Мира внятные загадки.

                                                                  Гете

 Тема слета, эпиграф, план слета написаны на доске.  Также план слета отпечатан на листах и у каждого лежит на парте. У каждого на парте лежит карандаш.

Выступающие специалисты сидят группами. На столах стоят таблички «Специалисты по загадкам природы», «Специалисты по загадкам человеческого глаза», «Биолог», «Экспериментатор», «Экспертиза знаний».

 Позади специалистов сидят участники слёта.

 Перед залом находится трибуна для выступления.

 В зале подготовлен экран для просмотра видеофильма, проектор и ноутбук, за которым сидит оператор.

План слета

1. Сообщения специалистов «Группы загадок природы»:

Радуга. Миражи. Голубое небо и красное солнце.

2.  Видеофильм о строении глаза.

     3. Сообщения специалистов «Группы загадок человеческого глаза»:

     Зрение двумя глазами. Ночное и дневное зрение. Инерция зрения.

          Зрительные иллюзии.

     4. Выступления экспериментаторов.

5. Викторина биологов.
6. Викторина – экспертиза знаний.
7. Подведение итогов.

Ход занятия.

1. Оргмомент .
2. Основная часть.

 Слет проходит по плану. Специалисты для выступления выходят к трибуне.

Краткое содержание докладов

Радуга

 Радуга – это непрерывный спектр солнечного света, образованный разложением света в каплях дождя как в призмах. Из дождевых капель под разными углами преломления выходят разноцветные световые пучки.

 Наблюдатель, находясь вне дождевой зоны, видит над горизонтом примерно на расстоянии 1-2 км радугу (в зоне дождя) в виде разноцветных дугообразных полос на фоне дождевых облаков, освещаемых Солнцем. Верхняя полоса радуги – красная – находится не выше 42˚ над горизонтом, нижняя полоса – фиолетовая, а между ними располагаются все остальные участки спектра. В это время Солнце находится не высоко над горизонтом за спиной наблюдателя, а центр радуги под горизонтом.

 Чем выше Солнце над горизонтом, тем меньшую часть радуги мы видим. Если Солнце поднялось выше 43˚ над горизонтом, то радуга не видна; в летний полдень она тоже не видна. Но если подняться высоко над земной поверхностью, то можно увидеть все радужное кольцо.

 При солнечном освещении радугу можно увидеть в брызгах водопада или фонтана, при работе поливальной машины. Удается видеть радугу на росе, покрывающей траву. – это так называемая росная радуга.

 Одну из первых попыток объяснить радугу как естественное природное явление сделал в 1611 г. итальянец Антонио Доменико. Его объяснение противоречило библейскому. Поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни, но в тюрьме умер, не дождавшись казни; его тело и рукописи были сожжены. Более полное объяснение дал французский ученый Рене Декарт в 1637 гю; он опирался на идеи Доменико и законы преломления и отражения света в капельках дождя, но раскрыть, почему радуга цветная, а не черно-белая ученый не смог.

Мираж

 Что такое мираж? Реальность он или плод воображения измученных зноем и жаждой людей? Можно ли мираж запечатлеть. Например сфотографировать или заснять на видеокассету?

 Слово «мираж» французского происхождения и имеет два значения: «отражение» и «обманчивое видение». Оба значения хорошо отражают сущность явления. Мираж представляет собой мнимое отражение реально существующих на Земле отдаленных предметов. Часто увеличенное и сильно искаженное. Мираж можно зарисовать, сфотографировать, заснять на видеокассету.

 Различают несколько видов миражей: верхние, нижние, боковые и сложные. Наиболее часто встречаются верхние и нижние. Возникают они при необычном распределении плотности атмосферы (и, следовательно, показателя ее преломления) по высоте: когда на некоторой высоте или у самой поверхности Земли образуется сравнительно тонкий слой очень теплого воздуха с малым показателем преломления, от которого лучи, идущие от наземных предметов, испытывают полное отражение. Это происходит при попадании лучей на этот слой под определенным углом. Этот более теплый слой воздуха играет роль воздушного зеркала, отражающего попадающие в него световые лучи.

 Верхние миражи возникают над сильно охлажденной поверхностью, например над холодной водной гладью; их наблюдают чаще всего в северных широтах. Изображение предмета  (мираж) находится над предметом .

 Нижние  миражи возникают над сильно нагретой поверхностью (преимущественно при очень быстром уменьшении плотности воздуха (и его температуры) с высотою. Изображение предмета  находится под предметом .

 Благоприятные условия для возникновения нижних миражей – однородная, ровная, как бы «подстилающая», поверхность Земли (что имеет место в степях и пустынях; жаркая, солнечная, безветренная погода; внизу у земли располагается сильно нагретый, и значит, более легкий воздух, а выше него – более холодный и тяжелый .

          Оператор выводит на экран картинку с изображением нижнего миража.(рис. 1 )

Рис.1

Синее небо и красное солнце

 Синий цвет неба объясняется рассеиванием света на мельчайших частицах – молекулах воздуха, размеры которых во много раз меньше длины световой волны. Сине-фиолетовые лучи рассеиваются в 16 раз сильнее, чем красные. Поэтому при равной интенсивности всех падающих лучей сине-фиолетовых в рассеянном свете будет в 16 раз больше.  Если теперь все «цветные» рассеянные лучи смешать, то цвет смеси рассеянных лучей будет голубым. Прямой солнечный свет теряет за счет рассеяния в основном синие и фиолетовые лучи; приобретает же слабый желтоватый оттенок, который усиливается при спускании к горизонту. На длинном пути прямого света от Солнца и луны до поверхности Земли доходят преимущественно оранжевые, красные и желтые лучи. Поэтому Солнце кажется оранжево-красным.

После выступления специалистов «Группы загадок человеческого глаза» демонстрируется видеофильм «Строение глаза человека».( на экране появляется картинка (рис.2) , которая сопровождается звуковым сообщением)

Рис.2

Зрение двумя глазами

 Переходя от картин к объемным предметам, зададим себе вопрос: почему предметы кажутся нам объемными, а не плоскими? Ведь на сетчатке нашего глаза изображение получается плоское. Каким же образом происходит то, что предметы представляются нам не в виде плоской картины, а телами трех измерений?

 Здесь действуют несколько причин. Во-первых, различная степень освещения частей предметов позволяет нам судить об их форме. Во-вторых, играет роль напряжение, которое мы ощущаем,  когда приспосабливаем глаза к ясному восприятию различно удаленных частей объемного предмета: все части плоской картины удалены от глаза одинаково, между тем как части пространственного объекта находятся на различном расстоянии, и, чтобы ясно видеть их, глаз должен не одинаково «настраиваться». Но самую большую услугу оказывает нам то, что здесь изображения, получаемые в каждом глазу от одного и того же предмета, не одинаковы. В этом легко убедится, если смотреть на какой-нибудь близкий предмет, попеременно закрывая то правый, то левый глаз. Правый и левый глаз видят предметы не одинаково; в каждом рисуется иная картина, и  это-то различие дает нам впечатление рельефа.

(Выступающий обращается к залу.) У вас на столе лежит карандаш. Возьмите  и расположите   его на расстоянии вытянутой руки перед собой. Закройте сначала левый глаз и запомните положение карандаша относительно окружающих предметов, а затем проделайте то же самое с правым глазом. Одинаковую ли картину вы наблюдали левым и правым глазом? ( Зал говорит, что картина была разная.)                                                    

 Наша способность видеть все предметы объемно и  воспринимать зрительно разность расстояний в глубине пространства называется стереоскопическим зрением. Этим мы обладаем  потому, что видим двумя глазами.

Ночное и дневное зрение

 На воспринамающей  свет сетчатке глаза имеются два вида светочувствительных элементов: утолщенные и короткие, называемые колбочками, а более тонкие и длинные – палочками. Внешний вид колбочек и палочек мы сейчас увидим на экране. (Оператор выводит картинку на экран рис.3) Колбочки располагаются в основном в центре сетчатки, их число быстро уменьшается к периферии. Палочки, наоборот, занимают главным образом периферию сетчатки. Колбочек имеется около 7 млн., палочек – 130 млн. колбочки восприимчивы только к достаточно яркому свету и поэтому «работают» днем. Палочки способны реагировать лишь на слабые световые потоки и «работают» в сумерки и ночью. В соответствии с двумя видами световоспринимающих элементов и особенностями их работы различают дневное и ночное зрения. Также существует и цветное зрение. О нем мы сейчас прослушаем звуковое сообщение.(Оператор запускает видеоролик.)

Рис.3

Инерция зрения

 Зрительные впечатления вызывает световое раздражение  сетчатки глаза. С прекращением раздражения зрительное впечатление исчезает не сразу; оно продолжается еще  приблизительно 0,1 секунды. Поэтому световые раздражения с перерывом менее 0,1 секунды дают сливающееся в единое целое впечатление.

 Сейчас вам будет продемонстрирован опыт: на одной стороне металлического диска наклеена цифра «8», с другой стороны на том же месте наклеена буква «А».

Приведем диск во вращение. Что вы сейчас видите? Цифру «8» или букву «А»?

 Этот опыт подтверждает инерцию зрения. На этом свойстве глаза основано кино.

(Цифра «8» и буква «А» были взяты, т.к. слёт проводили ученики 8 «А» класса).

Зрительные иллюзии

   Мы доверяем своему зрению. Но наше суждение о виденном оказывается порой обманчивым, ложным.  Обратим свое внимание на экран.(Оператор вывел на экран картинку с изображение различных оптических иллюзий.) Посмотрим на рисунок  с отрезками, концы которых заканчиваются  стрелками, направленными внутрь или наружу. (рис.4) Посмотрим на два отрезка со стрелками внутрь и наружу.  Трудно поверить, что эти отрезки равны. Иллюзии подобного рода вызывает следующая причина: когда мы смотрим на отрезок, нам кажется, что мы видим его весь сразу. На самом же деле мы незаметно для себя переводим взгляд от одного конца к другому. И на отрезке  с «развилкой» мы невольно переводим взгляд на эту «развилку» и слегка поворачиваем глаза, а на это затрачивается время. Что касается заостренного отрезка, то мы переводим взгляд от одного конца  к другому и задерживаем его, так как здесь «развилка» своими концами обращена навстречу движения глаз . Поэтому время рассматривания этого отрезка уменьшается . Поэтому и кажется, что отрезок со стрелками внутрь короче отрезка со стрелками наружу. Причем, чем ближе к отрезку прилегают стрелки, тем иллюзия   уменьшения или удлинения отрезков усиливается. Рисунок на экране это подтверждает.

    Рассмотрим следующий рисунок (рис.4). Сравним размеры двух кружков. Одинаковы ли диаметры этих кружков? Проверим это. На наше восприятие оказывает влияние размеры окружающих предметов.

    Не все иллюзии зрения мы в состоянии объяснить. Часто и догадаться нельзя, какого рода умозаключения совершаются в нашем мозгу и приводят к тому или иному обману зрения. На рисунке экрана отчетливо видно, что две параллельные прямые, расположенные на фоне косых линий, кажутся изгибающимися. Так же как и стороны квадрата, расположенного на фоне концетрических кругов.(рис.5)

   Посмотрим на следующий рисунок на экране (рис.6). Если обращать внимание сначала на темную грань, то кажется, что ячейки выпуклые. Если же сначала обращать внимание на светлые грани, то появляется иллюзия вдавленных ячеек. При продолжительном рассматривании внимание утомится. И мы будем видеть попеременно то одно, то другое уже независимо от нашего желания.

  Рассматривая следующий рисунок (рис.7), одни увидят белую вазу на черном фоне, а другие – профили двух людей, стоящих друг к другу лицом.

Итак, не всегда доверяйте своим глазам.

        Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Викторина биологов

для специалистов по глазу

1. Почему говорят, что в темноте все кошки серы, а лошади вороные?

Ответ. Светочувствительные клетки в сетчатке глаза – колбочки и палочки - не одинаково воспринимают свет. Колбочки – это аппарат дневного и цветного зрения, они обладают способностью различать цвета и очень мелкие предметы, но лишь при хорошем освещении. Палочки – это аппарат сумеречного зрения; они имеют значительно более высокую светочувствительность, но не обеспечивают различие цветности. Поэтому в сумерках, когда включаются в работу палочки, мы плохо различаем цвета.

2. Мог бы « человек-неведимка» видеть окружающие его предметы?

Ответ. У человека, который невидим, все ткани должны быть прозрачными, и их оптическая плотность равна оптической плотности воздуха, но при этих условиях хрусталик глаза уже не сможет выполнять своей роли – преломлять световые лучи. Поэтому «человек-неведимка» видеть окружающие предметы не может.

3. Видят ли глубоководные рыбы?

Ответ. Эти рыбы живут в вечной темноте. Зрение у них чаще всего отсутствует, так как отпадает главная функция глаза: воспринимать световые ощущения, которых нет в том мире, где царит мрак.

4. Кинофильм состоит из отдельных кадров. Почему же мы видим не их, а  

          цельные движущиеся изображения? Какое свойство глаз это                                                                                                                                                 обеспечивает?

Ответ. Инерция зрения.

Выступление экспериментаторов

Опыт 1 – палочка-невидимка. Стеклянную палочку опускают в глицерин. Она не видна, так как показатели преломления стекла и глицерина почти равны и лучи на границе глицерин-стекло не преломляются, а значит лучи не попадают к нам в глаз и мы не видим стеклянную палочку в глицерине.

Опыт 2 – сломанная палочка. Демонстрирую участникам слёта ровную палочку, опускаю её в стакан с водой. На границе воздух-вода палочка кажется сломанной. На границе воздух-вода световой луч преломляется и меняет свое направление. А мы воспринимаем палочку как сломанную.

Опыт 3 – блестящая закопченная ложка. Ложку, покрытую сажей, опускаю в воду. Из черной она превращается в блестящую. Затем вытаскиваю ложку из воды и все видят, что она все еще черная.

Викторина – экспертиза знаний

1. Какой объект не увеличивает увеличительное стекло? (Угол)
2. Можно ли видеть хорошее чистое зеркало? (Оно невидимо, видны отраженные в нем предметы.)
3. Если в висящем вертикально на стене зеркале вы видите свою фигуру только до колен, то что нужно сделать, чтобы увидеть всю фигуру? (Отойти подальше.)
4. Почему днем окна домов кажутся темными? (Стекла хорошо пропускают свет, но плохо отражают его.)
5. Сможет ли космонавт видеть голубое небо на луне? (Нет, так как на Луне нет атмосферы.)
6. Ты за ней  - она от тебя, ты от не, она за тобой. Что это такое? Почему она образуется? (Тень. Из-за прямолинейного распространения света.)
7. Что в сундук не спрячешь? (Луч, солнечный зайчик.)
8. При каком условии непрозрачный предмет дает тень без полутени? (Когда источник света точечный.)
9. Почему растения надо поливать рано утром или вечером? (Если полив проводить днем, капли воды, которые останутся на листьях, как маленькие линзы сфокусируют солнечные лучи, и листья могут получить ожоги.)

3. Подведение итогов

Используемая литература

1. Перельман А.Я. Занимательная физика.
2. Юфанова И.Л. Занимательные вечера по физике в средней школе.
3. Вавилов С.И. Глаз и Солнце: о свете, Солнце и зрении.

Рекомендации по подготовке  опыта по инерции зрения: в отверстие центробежной машины вставляем зажим от штатива (его необходимо сточить на токарном станке до нужного диаметра). Диск от плоского конденсатора закрепляем в зажиме. С двух сторон диска,  на одном и том же месте, приклеиваем нужную надпись.