"Повторение геометрической и волновой оптики"

Разделы: Физика


О свет! Ты чудо из чудес
И вызываешь интерес.
Еще не раз умы людей
Займешь теорией своей.

Н.Д. Саблина.

Цель:

  • повторить основные понятия темы “Геометрическая и волновая оптика”;
  • развитие практических умений и навыков использования теоретических знаний при решении качественных и экспериментальных задач; развивать навыки коллективной работы;
  • воспитание чувства прекрасного путем использования межпредметной связи: физика + литература.

Оборудование:

  1. 2 плоских зеркала,
  2. 2 листа с нарисованным квадратом,
  3. 2 свечи,
  4. 2 экрана,
  5. 2 стакана с водой,
  6. 2 рассеивающие линзы,
  7. 2 собирающие линзы,
  8. 2 деревянных бруска,
  9. 2 колбы плоскодонные с водой,
  10. 2 колбы плоскодонные со спиртом,
  11. штатив,
  12. шарик на нити,
  13. осветитель,
  14. учебник,
  15. мешочек с бочонками от игры “Лото” с цифрами от 1 до 6.
  16. презентация
  17. мультимедиапроектор + компьютер

Ход урока

Вступительное слово учителя:

Чудный дар природы вечной,
Дар бесценный и святой,
В нем источник бесконечный
Наслажденью красотой.

Солнце, небо, звезд сиянье,
Море в блеске голубом,
Всю природу и созданья
Мы лишь в свете познаем.

Свет… Такое короткое и в тоже время такое емкое слово. “В слове свет заключена вся физика”, - говорил С.И. Вавилов. Выдающиеся мыслители и ученые осознавали его фундаментальную роль в природе задолго до выявления его истинной природы. Пифагор, Евклид, Птолемей, Декарт, Ньютон, Гюйгенс, Юнг, Френель. Все они придерживались разных точек зрения, но вместе с тем понимали, что свет значит для человека.

Сегодня мы повторим основные вопросы волновой и геометрической оптики: законы, принципы, формулы, свойства света. Наш урок пройдет в форме игры “Счастливый случай”.

1 гейм “Заморочки из бочки”

Команда вытягивает бочонки с номерами и отвечает на вопросы.

  1. Кульковский (прозвище шута Анны Иоанновны) ухаживал за пригожей и миловидной девицей. Однажды в разговоре сказала она, что хочет знать ту особу, которую он более всего любит. Кульковский долго отговаривался и, наконец, в удовлетворение ее любопытства, обещал прислать портрет той особы. Утром она получила сверток с небольшим зеркалом и, поглядевшись в него, узнала про его любовь к ней. Какое физическое явление использовал Кульковский для объяснения в любви? Сформулируйте закон, которому оно подчиняется.[2]
  2.  

Сияя гладкой пленкой,
Растягиваясь вширь,
Выходит нежный, тонкий,
Раскрашенный пузырь.

Горит, как хвост павлиний.
Каких цветов в нем нет:
Лиловый, красный, синий,
Зеленый, желтый цвет.

Взлетает шар надутый,
Прозрачнее стекла.
Внутри его как будто
Сверкает зеркала. (С.Я. Маршак)

Какое явление делает мыльный пузырь достойным восхищения? При каком условии, возможно, это явление? В каком порядке располагаются цвета на пленке? Почему?

Заря сквозит оттенком алым,
Подернут блеском небывалым
Покрытый снегом косогор;
Еще леса стоят в дремоте,
Но тем слышнее в каждой ноте
Пернатых радость и задор. (А.Фет)

О каком явлении идет речь в этом стихотворении? (Рассеивание света в атмосфере.)

  1. Что такое силуэт? Каково происхождение этого слова? (Ответ: середина XVIII в. Французский министр финансов Этьен де Силуэт призывал к разумной бережливости и упрекал в чрезмерных тратах на портреты.)
  2. Двойные фонари карет
  3. Веселый изливают свет
    И радуги на снег наводят… (“Евгений Онегин” А.С. Пушкин)

    О каком явлении идет речь в этих строках стихотворения? Где оно применяется? (Дифракция. Дифракция применяется для просветления оптики, определения длины волны света и т.д.)

  4. Однажды сосед увидел, что Мола положил перед ослом вместо травы щепки, и спросил[2]:

- Ай, Мола, разве животное может, есть щепки?

- Я знаю, что не может, - ответил Мола, - но что мне делать? Травы нет, а бедный осел голоден.

- Ты, что же, хочешь обмануть его? – спросил сосед. – Он же не дурак, чтобы вместо травы есть щепки.

- Я не позволю ему поступать так, как он хочет, - возразил Мола. – Сейчас он будет есть.

И Мола надел ослу очки с зеленными стеклами.

Какого цвета покажутся предметы белого, синего, красного цветов через зеленые очки? Почему? (Белые будут зелеными, синие и красные почти черными.)

2 гейм “Темная лошадка” (узнай по описанию)

    1. Великий английский ученый.
    2. Ввел понятие сила.

      Откорректировал закон Кеплера.

      Для изучения одного из явлений ему потребовалось яблоко.

    3. Дал название камню.
    4. Оказывает большое влияние на Мировой океан.

      Собаки и волки к нему не равнодушны.

      Видимая часть называется месяц.

    5. Наблюдается при смотрении в воду.

    Приносит больше пользы, чем вреда.

    Изучено Брюстером.

    Используется в волоконной оптике.

3 гейм “…Опыт, сын ошибок трудных” [3]

1. Как можно собирающую линзу отличить от рассеивающей? Продемонстрируйте.

Оборудование:

  • свеча,
  • экран,
  • рассеивающая и собирающая линзы.

(На ощупь: собирающая линза – тонкая по краям, толстая посередине, рассеивающая – толстая по краям, тонкая посередине. И другой, получить изображение на экране. Собирающая линза дает действительное изображение, а рассеивающая – нет.)

2. Как нужно поставить плоское зеркало на нарисованный квадрат, чтобы получилось изображение треугольника? Четырехугольника? Пятиугольника?

Оборудование:

  • плоское зеркало,
  • лист с нарисованным квадратом. (См. рисунок 1.)

iрисунок 1

Рис. 1. Варианты расположения зеркала по отношению к нарисованному квадрату.

  1. Объясните потемнение бруска из дерева после его смачивания

Оборудование:

  • стакан с водой,
  • деревянный брусок.

Рисунок2

        Рис. 2. Сухой и намоченный бруски.

(Чем больше света отражает предмет, тем светлее он кажется. Интенсивность светового потока при каждом проходе сквозь пленку воды уменьшается, кроме того, часть лучей испытывает полное внутренне отражение.)

  1. В двух закрытых одинаковых плоскодонных колбах находятся спирт и вода. Как, пользуясь только листом бумаги с текстом, определить в какой колбе находится спирт, а в какой – вода?

Оборудование:

  • две колбы (одна с водой, другая со спиртом),
  • книга. (Показатели преломления для воды и спирта разные. Для спирта 1,36, а для воды 1,33. Буквы в колбе с водой будут крупнее.)
  1. Объясните колебание тени неподвижного предмета при прохождении света через воздух над горящей свечой.

Оборудование:

  • штатив,
  • шарик на нити,
  • свеча,
  • экран,
  • осветитель. (Теплые слои воздуха поднимаются вверх, плотность воздуха изменяется, скорость движения луча – тоже, это создает ощущение движения тени неподвижного предмета.)
  1. Стеклянную трубку с одной стороны закройте плотно пальцем, а другим концом опустите с воду. Почем трубка кажется заполненной ртутью? Если убрать палец, то трубка перестанет блестеть. Почему?

4 гейм “Проще простого” (аукцион)

Дать формулировки законов, принципов, написать на доске формулы.

5 гейм “Дальше, дальше…” (да или нет)

Вопросы командам читаются по очереди.

    1. Как была названа Ньютоном радужная полоска? (спектр)
    2. Зависимость показателя преломления света от цвета, т.е. частоты его колебаний, называется… (дисперсия)
    3. Если предмет поглощает почти все падающие на него лучи, он кажется… (черным)
    4. Трава и листья нам кажутся зелеными, потому что…(отражают свет зеленого цвета)
    5. Сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется… (интерференцией)
    6. Источники волн, имеющих одинаковую частоту и постоянную разность фаз. (когерентные)
    7. Разность расстояний от источника волн до точки в пространстве, куда эти волны пришли, называется… (разность хода)
    8. Явление отклонения распространения волн от прямолинейного, Огибание волнами препятствий. (дифракция)
    9. Кем был поставлен классический опыт по дифракции света? (Т. Юнгом)
    10. Кто сформулировал принцип: волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции? (Гюйгенс, Френель)
    11. Кто впервые объяснил прямолинейное распространение света в однородной среде на основе волновой теории? (Френель)
    12. Кем был проделан базовый опыт, подтверждающий наличие дисперсии света? (И. Ньютоном)
    13. Почему не могут интерферировать волны, идущие от двух независимых источников света? (Фазы относятся случайным образом.)
    14. Свет одного цвета называется … (монохроматичным)
    15. Совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками, называется… (дифракционной решеткой)
    16. Устройство пропускающее свет в виде светофильтра в одной плоскости. (поляроид)
    17. Явление, доказывающее поперечность световых волн. (поляризация)
    18. Явление искривление лучей свет, идущих к наблюдателю от объектов, расположенных на земле. (миражи)
    19. Постоянная величина, входящая в закон преломления света. (показатель преломления среды)
    20. Среда с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть… (оптически менее плотной)
    21. Чему равна скорость света в вакууме? (300000 км/с)
    22. Модно ли разжечь костер при помощи льда? (можно)
    23. Кто автор электромагнитной теории света? (Дж. Максвелл)
    24. Какие оптические приборы используются для наблюдения небесных тел? (бинокли, телескопы, подзорные трубы)
    25. Явление природы подтверждающее закон прямолинейного распространения света. (затмение луны и солнца, образование тени)
    26. Явление подтверждающее волновые свойства света. (интерференция, дифракция, дисперсия)
    27. Может ли стать темно там, где встречаются две световые волны? (может)
    28. У берегов какого государства раньше всего взошло солнце сегодня? (России)
    29. Чем объясняется видимая расцветка крыльев стрекоз, жуков, и некоторых других насекомых? (интерференцией в прозрачных пленках)
    30. Почему цвет одного и того же места поверхности мыльного пузыря непрерывно изменяется? (Вследствие стекания мыльной воды толщина стенок пузыря непрерывно меняется.)
    31. Какие лучи меньше всего рассеиваются в атмосфере? (Красные)
    32. Почему мерцают звезды? (Свет звезд преломляется в беспорядочно движущихся слоях нагретого воздуха.)
    33. Какие зонты наиболее практичны для защиты от солнечных лучей? (красные и белые.)
    34. Согласны ли вы с утверждением, что ночью все кошки серы? (Нет)
    35. Может ли человек обгонять свою тень при беге? (Да)
    36. Если на пуговицу нанести штриховку, то можно ли ее сделать перламутровой? (да)
    37. Угол преломления всегда меньше угла падения. (нет)
    38. Если закрыть верхнюю половину линзы, то получится изображение только половины предметы. (нет)
    39. Если изображение получается за сетчаткой глаза, то этот недостаток зрения называется близорукостью. (нет)
    40. Фокусное расстояние больше для фиолетовых лучей. (нет)
    41. Воздушные пузыри блестят вследствие полного отражения света от границы вода- воздух. (да)
    42. Любой водоем, дно которого видно, кажется глубже, чем есть на самом деле. (нет)
    43. Что происходит со скоростью света при переходе из вакуума в среду? (уменьшается)
    44. Какие волновые свойства могут быть доказаны на основе принципа Гюйгенса? (Отражение, преломление)

Итоги и Домашнее задание.

Свет – “чудный дар природа вечной”. Свет ежедневно, ежечасно дарит нам волшебные мгновения “наслаждения красотой”!

Гаснет день. В соборе все поблекло.
Дымный камень миловат и сер.
И цветами отцветают стекла
В глубине готических пещер.

Темным светом вытканные ткани,
Страстных душ венчальная фата,
В них рубин вина, возникший в Канне,
Алость роз, расцветших у креста.

Хризолит осенний и пьянящий,
Мед полудней – царственный янтарь,
Аметист – молитвенный алтарь,
И сапфир испуганный и зрящий.

В них горит вечерний океан,
В них призыв далекого набат,
В них глухой, торжественный орган,
В них душа стоцветная распята.

Тем, чей путь томления суров,
Чья душа тоскою осияна,
Вы – цветы осенних вечеров,
Поздних зорь далекая Осанна.

    М. Волошин.

Вот и закончился наш урок. Спасибо за внимание и работоспособность. Надеюсь, что Вы почувствовали себя немного знатоками. Так держать.

Думаю, что домашнее задание (заранее написано на доске) у вас не вызовет сложностей. На доске написаны формулы, указать учащимся на них для повторения. (На следующем уроке будет контрольная работа.) Упр. 10 (2).

    Литература

    1. Мякишев Г.Я, Б.Б. Буховцев. Физика: учеб. Для 11 кл. общеобразоват. Учреждений. – М.: Просвещение, 2002.
    2. Бурлакова И. Волновые свойства света. - “Первое сентября. Физика” № 4, 1998.
    3. Шалавина А.В. Геометрическая оптика. - “Первое сентября. Физика” № 2, 1999.
    4. Ланина И.Я. 100 игр по физике: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1995.
    5. Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ш. Физика: учебник для 11 кл. средней школы. – М.: Просвещение, 1991.