Линза. Построение изображений в линзе. Формула тонкой линзы. Увеличение линзы
план-конспект урока по физике (11 класс)

Тема урока: «Линза. Построение изображений в линзе.

Формула тонкой линзы.  Увеличение линзы»

Цель урока: сформировать практические умения применять знания о свойствах линз для нахождения изображений графическим методом.

Задачи урока: 

• Обучающие задачи:

•  ознакомить учащихся с получением изображений при помощи линз, научить строить ход лучей в линзах, производить анализ изображений;

• Развивающие задачи:

• формировать умения выделять общие и существенные признаки, делать обобщающие выводы;
• развивать умения анализировать и оценивать собственную деятельность;
• развивать навыки исследовательской деятельности.

• Воспитательные задачи:

• воспитывать интерес к изучаемому предмету, умение связать теоретический материал с практикой жизни.

 Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, парно-групповая.

Используемые технологии:

• информационные технологии,
• проблемное обучение,
• технологии развития критического мышления.

Тип урока: изучение нового, урок с использованием ЭОР

Оборудование урока:

• компьютер,
• мультимедийный проектор
• набор линз
• лупы

         ХОД УРОКА

1. Организационный момент.
2. Мотивационный этап.

3.Этап постановки целей и задач урока.

4. Этап получения новых знаний.

5. Этап  исследовательской работы учащихся.

6. Этап закрепления знаний.

7.Домашнее задание.

8.Рефлексия.

               1.Организационный момент

(Приветствие, проверка готовности к уроку, отсутствующие на уроке)

     2.Мотивационный этап.

   Учитель: (у всех учащихся на столах лежит  зерно чечевицы) Как вы думаете, на что это зерно похоже?

- На линзу.

    Эпиграф урока:  "Незнающие  пусть научатся,  а знающие вспомнят ещё раз." 
                                                                                                             Античный афоризм
Учитель:  “Линза - слово латинское и означает чечевица. Чечевица – растение, плоды которого похожи на горох, но горошины не круглые, а имеют вид пузатых лепешек. Поэтому все круглые стекла, имеющие такую форму, стали называть – линзами.»

Начать урок мне хочется словами М.В. Ломоносова: «Пою перед тобой в восторге похвалу; не камням дорогим, ни злату, а стеклу»

                         Сообщение учащегося: «История создания линз»

               Вряд ли найдется человек, который хотя бы раз в жизни не надевал очки, будь то очки с диоптриями или солнцезащитные. Однако мало кто знает, что история этого простейшего оптического прибора уходит корнями в глубокую древность

                Это произошло в далеком 1280 году. Капля застывшего стекла случайно привлекла внимание стекловара, который взял ее в руку и увидел, что она способна не только увеличивать предметы, но и корректировать зрение. В дальнейшем стало понятно, что две линзы (на каждый глаз) лучше, чем одна. Чтобы укрепить их на лице, линзы вставили в оправу и соединили вместе. Так появились первые очки.

               Постепенно кварцевые линзы были заменены линзами из расплавленного стекла. Для изготовления очков было необходимо очень прозрачное стекло. Секрет такого стекла был найден в 13 веке в Венеции. На некоторых известных картинах служители церкви того времени изображены в очках.

               Знаменитому Петрарке (1304 -- 1374г.г.) врачи прописали очки - с возрастом он стал плохо видеть. Это были шлифованные линзы из зеленого берилла. Сначала были приспособлены для исправления зрения (дальнозоркости ) двояковыпуклые стекла, их называли "очки для старых".

                Двояковогнутые стекла появились позже и тоже были изобретены мастерами-стекольщиками случайно. Вогнутые стекла должны были помогать исправлять дефекты зрения у молодых (близорукость). Их назвали "очками для молодых".

                Первым достоверным свидетельством использования очков при близорукости считается портрет папы Льва X, выполненный Рафаэлем (1517--1519). Лев X был близорук и, отправляясь на охоту, надевал очки.

                                 Известный итальянский ученый Леонардо да Винчи первым сделал попытку переноса естественнонаучного знания в оптике в прикладную область. Им впервые была предложена модель человеческого глаза и проведены первые эксперименты с этой моделью. "Чтобы увидеть, - писал Леонардо, - какую функцию выполняет роговая оболочка в отношении зрачка, вели сделать из хрусталя нечто подобное роговой оболочке глаза". Он первый, кто посоветовал исправлять плохое зрение искусственными стеклянными линзами - очками. Леонардо предлагал строить модель человеческого глаза следующим образом:

                  "Для того, чтобы на опыте исследовать как зрительная способность принимает образы предметов в глазу, своем органе, нужно сделать стеклянный шар, 5/8 локтей в диаметре, а затем удалить в нем с одной стороны столько, чтобы без труда можно было поместить лицо, до ушей, а затем на дне утвердить дно ящика в 1/3 локтя, с отверстием в середине, в четыре раза большим, не деля зрачок глаза, или около того, - это не имеет значения. Кроме того, надо укрепить шар из тонкого стекла диаметром в 1/6 локтя. Когда это сделано, наполни все прозрачной и светлой водой и погрузи взор в эту воду, смотри в шар и примечай, - ты увидишь, что такой инструмент будет посылать образы к глазу, как глаз посылает их зрительной способности. Окрась снаружи большое стекло и получишь радужную оболочку".

                Так как считалось, что очки укрепляют авторитет, китайские мандарины и вожди африканских племен носили очки, ... без стекол, но зато с яркими украшениями. В 14 веке появился монокль. Монокль представлял собой единственную линзу на длинной ручке. Его держали над текстом или перед глазами. Манера вставлять монокль между щекой и верхним веком появилась только в 16 веке, монокль лишился рукоятки и удерживался у глаза лишь напряжением мышц лица.

                 В 15 веке появился лорнет. У лорнета за все время его существования было много модификаций. История лорнета началась с перевернутых "вверх ногами" очков. Такие очки держали вверх ногами за бывшую дужку, но теперь это уже была ручка. Были и складывающиеся лорнеты. В очках-ножницах линзы были независимы друг от друга и складывались в рукоять. Особенно полюбили лорнет дамы, которые требовали от мастеров изделия из благородных металлов и украшенные драгоценными камнями.

                     Со временем появлялись новые конструкции очков. Первые очки были мало похожи на современные. Оправу таких очков делали из дерева, металла, кости, но они еще не крепились на лице. Такие очки просто держали в руках перед глазами. В 16 веке жесткое соединение линз было заменено на шарнирное. Такие первые очки были ещё очень дороги, и ими могла пользоваться только лишь богатая знать. Очки, как большую драгоценность, включали в свои завещания короли и другие знатные люди. Иногда даже величина стекол очков определяла принадлежность владельца к высшему классу общества. Так испанские гранды одевали на нос, как знак своего высокого положения, очки с линзами величиной с ладонь. Затем появились очки на дужке.

          Следующий этап - закрепление очков на носу, т.е. появляются пружинные очки. Простое приспособление позволило прикрепить очки даже на шляпу. В 15-18 веках такой способ ношения очков был распространен среди дам и высокопоставленных сановников, так как при приветствии они никогда не снимали шляпы.

            В 16 веке появились очки, которые металлическим обручем крепились на лбу, а с этого обруча вниз на глаза опускались линзы. В 16 же веке появилось и пенсне. Стекла пенсне крепились на медной или железной пружинке. Чуть позднее были придуманы кожаные прокладки под металл, чтобы не травмировать кожу носа. 17-19 век время расцвета пенсне. Естественно для бедного носа ношение таких очков было травматично. К концу 16 века научились наконец-то крепить очки на голову с помощью ленты или кругового шнурка.

                   Изобретение линз уходит в глубь тысячелетий. Археологи находят их в довольно неожиданных местах, вроде стоянок доисторического человека. Это естественные линзы из грубо обломанных кусочков горного хрусталя и берилла, которые, по-видимому, применяли для добывания огня с помощью солнечных лучей. Много таких линз было обнаружено при раскопках в Египте, Греции, Месопотамии, Италии. В развалинах Кносского дворца на Крите была найдена небольшая плоско- выпуклая линза из горного хрусталя с фокусным расстоянием около 140 мм, датируемая 1200-1600 г. до н.э. (музей в г. Кандия на Крите).

                  Историки, ссылаясь на рукописи древних писателей, предполагают, что подобными линзами пользовались и римляне. Во всяком случае, известно, что император Нерон пользовался сапфировой солнцезащитной линзой, вставленной в оправу. Первые же изображения таких линз можно увидеть на старинных китайских гравюрах, датированных VII--IX веками.

                  Очень интересная находка была сделана А. Лейардом при раскопках дворца Саргона в Ниневии. Он обнаружил линзу из горного хрусталя, датируемую 725 г. до н.э. Линза плосковыпуклая, овальной формы (один из диаметров - 4.2 см, другой 3.5 см) толщина линзы - 0.5 см, фокусное расстояние - 10.7 см. Эта линза была исследована в поляризованном свете английским физиком Дейвидом Брюстером. По его мнению, плоская сторона линзы является одной из природных (естественных) плоскостей кристалла, форма же выпуклой его поверхности была получена путем обработки с применением инструмента. Таким образом, Брюстер пришел к заключению, что это подлинная оптическая линза. Аналогичный вывод сделан и рядом других ученых.

                       Однако в дальнейшем исследования привели к предположению о декоративном назначении линз. При раскопках Г.Шлиманом Трои в 1890 году были обнаружены 6 линз из горного хрусталя. Кроме того, 41 небольшая линза из горного хрусталя такой же формы диаметром от 25 до 30 мм - это уже напоминает массовое производство очков для троянцев. Все линзы датируются приблизительно 2500 г. до н.э.

                       На шведском острове Готланд в кладе, зарытом около тысячи лет назад викингами, найдены линзы сложной асферичной формы из горного хрусталя. На острове нет месторождения этого минерала, поэтому предполагают, что викинги привезли их из своих плаваний. Подобная форма линз была теоретически рассчитана лишь в 17 веке Рене Декартом. В своей работе он указал, что эти линзы будут давать отличное изображение, но еще долго ни один оптик не мог их изготовить. Остается загадкой, кто и для каких целей мог их отшлифовать тысячу лет назад. Следует заметить, что тысяча лет - возраст клада, а возраст линз может оказаться большим.

                    Месторождение горного хрусталя, из которого они изготовлены, определить не сложно по химическому составу вещества. Быть может, прозрачный кварц окажется из рудников Бразилии, ведь для высокоразвитых цивилизаций Центральной и Южной Америки, которые процветали здесь тысячу лет назад, минерал был основным сырьем для изготовления оружия и предметов искусства.

                     Процесс изготовления линз в больших количествах связан с изобретением очков и астрономических приборов. Очки были изобретены, по-видимому, в Италии конце XIII в и при их изготовления использовалось венецианское стекло. Начиная с 1300 года, в уставах гильдии венецианских стекольщиков часто упоминаются зрительные  линзы и рекомендуется уничтожать подделки хрусталя из бесцветного стекла, что свидетельствует о быстром вхождении очков в моду в Венеции.

                Изобретение книгопечатания в в середине XV в. вызвало повышенный спрос на очки. Очковые мастера появляются во всех крупных городах Европы. Техника шлифовки стекла все более совершенствуется. Входят в употребление специальные приспособления для шлифовки линз: бронзовые, железные, медные и латунные формы - "грибы" и "чашки" различных радиусов кривизны. В XVII в. шлифовкой и полировкой линз занимались ученые самых различных специальностей. Для этих целей ими создавались станки, разрабатывались отдельные вопросы прикладной оптики.

                   Ученый мир Европы был потрясен астрономическими открытиями Галилея, сделанными им в 1609-1610 гг. при помощи телескопа. Галилей усовершенствовал технологию изготовления линз до такой степени, какой она еще никогда не достигала. Это позволило ему изготовить зрительную трубу тридцатикратного увеличения, в то время как зрительные трубы простых ремесленников-оптиков увеличивали всего в три раза. После изобретения телескопа и микроскопа описаниям шлифовальных станков уделяли немало места в своих произведениях выдающиеся ученые XVII в. И. Гевелий, X. Гюйгенс, Р. Декарт, И. Ньютон и др. и в более позднее время - Л. Эйлер, М.В. Ломоносов, уделяли большое внимание шлифовке и полировке линз и зеркал.

                        Именно практические запросы заставили их заниматься этим. Так, благодаря повышению качества изготовления линз, а главное, благодаря тому, что ученые наконец осознали необходимость улучшения качества обработки линз, оптика в XVII в. превратилась из "чистой" науки в науку, имеющую огромное практическое значение. Оптические приборы (телескопы, зрительные трубы, а затем и микроскопы) становятся постепенно основными инструментами в руках ученых.

Это интересно: Существует легенда, что император Нерон любил наблюдать бои гладиаторов через тонкую линзу, вырезанную из изумруда и оправленную в золото. По другим сведениям, изумрудную линзу он использовал, чтобы любоваться грандиозным пожаром в Риме, который он сам же и организовал. В любом случае, этот прибор, возможно, был прародителем современных солнцезащитных очков.

Учитель:  А как вы думаете, имеет ли при получении изображения значение форма линзы и ее положение в том, или ином физическом приборе? На практике, я думаю, вы не раз пробовали смотреть сквозь линзу, например, очков. Одинаковое ли изображение мы получаем, наблюдая сквозь нее за окружающими предметами?

 ( Учащиеся  рассматривают текст книги сквозь образцы линз).  

Учитель. Какова же цель сегодняшнего урока? (выслушиваются высказывания учеников).

ЦЕЛЬ: сформировать практические умения применять знания о свойствах линз для нахождения изображений графическим методом. 

 (Формирование проблемного вопроса) При помощи линз можно не только собирать и рассеивать лучи света, но и получать разнообразные изображения предметов. Именно благодаря этой способности линзы широко используются на практике. Линзы в киноаппаратах способны давать увеличенное в сотни раз изображение маленького кинокадра, а в фотоаппарате такие же линзы дают уменьшенное изображение предмета. Как же получаются столь различные изображения?

  3. Этап получения новых знаний

Просмотр  видеоурока «Линза. Построение изображений в линзе.  Формула тонкой линзы. Увеличение линзы.»

4. Первичный этап закрепления знаний ( фронтально, по вопросам учителя)

1.Что такое линза?  

2.Какая линза называется собирающей, рассеивающей?

3. Что называют главной оптической осью?

4.Какую точку называют фокусом линзы?

5.Что называют фокусным расстоянием?

6.Что такое оптическая сила линзы?

7.Каковы основные свойства линз?

8.Какие лучи называют основными?

 Учитель: Давайте,   исследуем, как зависит получаемое изображение от расположения исходного предмета относительно линзы.

4.Этап  исследовательской работы учащихся.

(Учащиеся  в парах  выполняют задания  и заполняют таблицу)

а)линза собирающая

б) линза рассеивающая

5. Этап закрепления знаний (тесты «Инфоурок» - 10 вопросов!)

  6. Домашнее задание: §50-51; подготовить сообщение по теме: «Оптическая система глаза», «Оптические приборы», «Глаз», «Лупа», «Фотоаппарат», «Микроскоп».

     7.Рефлексия. "Природа так обо всём позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться."   Леонардо да Винчи  

          Чему вы научились,  ваше отношение к уроку  выразите  пожалуйста в виде смайликов.  (Учащиеся поднимают смайлики)