ЦЕЛИ:
- Изучение оптических свойств системы линз, сложенных вплотную путем теоретического и экспериментального исследования; ознакомление с принципами НИР.
- Развитие творческих способностей учащихся; формирование у учащихся приёмов применения знаний в новых условиях, усиление прикладной направленности научных знаний.
- Развитие интереса к изучению окружающего мира через уроки физики; воспитание коммуникабельности (умения слушать преподавателя, товарищей).
ОБОРУДОВАНИЕ:
- Компьютер с проектором и экраном для демонстрации презентации.
- Шесть стандартных линз на подставках: две собирающие в серой оправе (F = 7 см), две собирающие линзы в зеленой оправе (F = 12 см), две рассеивающие линзы в серой оправе (F = 8 см); трибометр, используемый как поставка и как измерительная линейка; металлический экран белого цвета.
ПЛАН УРОКА:
I. Оргмомент: объявление темы и цели урока (слайд № 1).
II. Подготовка учащихся к проведению экспериментального исследования системы собирающих линз, сложенных вплотную.
1. Актуализация опорных теоретических знаний и экспериментальных умений (слайд № 2).
ВОПРОС: Какие характеристики сферической линзы Вы знаете? (устно) |
Центры и радиусы сферических поверхностей, главная оптическая ось (ГОО), фокусы, фокальные плоскости, фокусные расстояния, оптическая сила, побочная оптическая ось. |
| Сформулируйте уравнение Гаусса
и назовите величины, в него входящие. (устно) Нарисуйте номограмму для собирающей линзы и объясните, как ею пользоваться. (на доске) Нарисуйте номограмму для рассеивающей линзы и объясните, как ею пользоваться. (на доске) |
1/d + 1/f = 1/F, где d – расстояние от
предмета до линзы, f – расстояние от линзы до
предмета, F – фокусное расстояние.
Любая прямая, проходящая через центр квадрата, отсекает на осях значения d и f, удовлетворяющие уравнению Гаусса. |
| Как и какие стандартные лучи используют для построения изображения в собирающей линзе? (устно) | 1) луч, идущий параллельно ГОО, после преломления идет через задний фокус; 2) луч, идущий через передний фокус, после преломления идет параллельно ГОО; 3) луч, идущий через центр линзы, не преломляется. |
| Как и какие стандартные лучи используют для построения изображения в рассеивающей линзе? (устно) | 1) луч, идущий параллельно ГОО, после преломления идет как бы из переднего фокуса; 2) луч, идущий как бы через задний фокус, после преломления идет параллельно ГОО; 3) луч, идущий через центр линзы, не преломляется. |
| Нарисуйте прохождение
произвольного луча через собирающую линзу. (на
доске) Нарисуйте прохождение произвольного луча через рассеивающую линзу. (на доске) Как найти фокусное расстояние собирающей линзы с помощью линейки? |
Получить на экране изображение удаленного объекта. Расстояние от линзы до экрана и есть фокусное расстояние. |
2. Знакомство с оборудованием (слайд № 3). Сборка модели трубы Галилея из серых рассеивающей и собирающей линз. (Её можно использовать тем, кто плохо видит текст на экране).
III. Экспериментальное исследование системы собирающих линз и его теоретическое обоснование.
1. Выполнение измерений (слайд № 4):
а) нахождение фокусных расстояний F1 и F2 собирающих линз;
б) нахождение фокусного расстояния F11 двух серых собирающих линз, их оптической силы и формулировка вывода;
в) нахождение фокусного расстояния F22 двух зеленых собирающих линз, их оптической силы и формулировка вывода;
г) нахождение фокусных расстояний F12 и F21 серой и зеленой собирающих линз, их оптической силы и формулировка вывода.
2. Выводы из эксперимента и их обсуждение (слады № 5 и № 6).
3. Теоретическое обоснование полученных выводов:
а) обсуждение возможности построения номограмм для системы двух собирающих линз, сложенных вместе, и способа проверки правильности построения (слайды № 7 и № 8);
б) применение номограмм для случая двух одинаковых собирающих линз, когда на систему падает пучок лучей, параллельный ГОО (слайд № 9);
в) применение номограмм для случая двух разных собирающих линз, когда на систему падает пучок лучей, параллельный ГОО (слайд № 10);
г) применение номограмм для случая двух разных собирающих линз, когда на систему падает произвольный пучок лучей (слайд № 11);
д) построение изображения в системе двух собирающих линз, сложенных вплотную, когда на систему падает пучок лучей, параллельный ГОО (слайд № 12);
е) аналитический вывод из уравнения Гаусса (слайд № 13).
IV. Некоторые размышления по поводу проведенной НИР
При проведении НИР мы часто не только не знаем, что в конечном результате получим, но и не всегда знаем, как получить сам результат. Кроме того, получив какой-либо результат, мы не можем быть уверены в его достоверности. Поэтому, по мере возможности, один и тот же результат желательно получить независимыми способами.
Мы с вами провели экспериментальное исследование, точность которого невысока, а затем полученную гипотезу проверили тремя способами: с помощью номограмм, построением изображений и аналитическим образом исходя из уравнения Гаусса. Результат получился одинаковым, но наши способы не являются независимыми, так как построение номограмм – это геометрическое решение уравнения Гаусса, а при построении изображения в линзе мы работаем в приближении, когда уравнение Гаусса справедливо. Но для учебной ситуации это вполне допустимо.
Может показаться, что мы проделали много лишней работы, так как аналитический вывод является в данном случае самым простым. Но еще великий Рене Декарт говорил : «Важен не результат, а метод его получения», подразумевая, что самое главное – это научиться думать и применять свои знания в конкретных ситуациях. Поэтому можно сказать, что мы учились думать на геометрическом и графическом языках, что, несомненно, полезно.
V. Экспериментальное определение оптической силы рассеивающей линзы на основе полученных знаний:
а) обсуждение возможности нахождения фокусного расстояния рассеивающей линзы тем же способом, что и для собирающей; формулировка гипотезы (слайд № 14);
б) проверка высказанной гипотезы на номограммах для трех случаев: D+ > - D-, D+ < - D-, D+ = - D-, когда лучи падают на систему параллельно ГОО (слайды № 15, № 16, № 17);
в) выводы из построения номограмм (слайд №18);
г) экспериментальное определение фокусного расстояния рассеивающей линзы (слайд №19).
VI. Заключительная часть:
а) подведение итогов НИР (слайд №20);
б) домашнее задание (слайд № 21);
в) решение задач по изученному материалу (слайд №22).
В приложении «Открытый урок» приведена презентация, используемая на этом уроке.
При проведении урока презентация сопровождается объяснениями учителя. К сожалению, из-за большого объёма озвученной на компьютере презентации невозможно представить её в том виде, как хотелось бы. Поэтому все графические слайды сопровождаются текстом, который появляется перед проведением очередного элемента рисунка и исчезает по щелчку.
Во время урока все графические слайды желательно показывать дважды: первый раз в автоматическом режиме для предварительного знакомства, а второй раз для построения в тетради, когда каждый элемент появлялся по щелчку.