Цели:
Оборудование:
Прибор для демонстрации законов оптики, стакан, ложка, карандаш, уголковый отражатель, волчки, лоскутки газа, картон, свеча, спички, цветные карандаши, призмы из набора по геометрической оптике, цветная бумага, диск с чёрно-белыми рисунками, презентация.
Место урока в программе курса. Седьмой урок.
Метод: Эвристический. Словесно - наглядно практический.
Способ получения знаний:
- Самостоятельный эксперимент, самостоятельная работа, работа в группах, индивидуальная работа, работа с текстом.
- Инструменты личностно-ориентированной технологии:
- Применение модели ТОТЕ, проблемная технология.
Ход урока.
Этапы урока.
_. Организационный момент.
Приветствие обучающихся, проверка состава, мобилизация внимания.
__. Создание эмоционального настроя.
А в полдень лужи под окном
Так разливаются и блещут,
Что ярким солнечным пятном
По залу "зайчики" трепещут.
(И.А. Бунин)
Отгадывание загадок.
- Ни стук, ни бряк к окну подошёл (свет)
- Черная корова всех поборола (ночь)
- К вечеру умирает, по утру поживает (день)
- Сестра к брату в гости идёт, а он от сестры прячется (ночь и день)
- Белая кошка лезет в окошко (свет)
- Чёрная овечка вся в огне горит (ночь)
- Не стучит, не гремит, подъехал под окно (день)
- Что в сундуке не спрячешь? (луч света)
- Поднялись ворота, всему миру красота (радуга)
___ Т1. Совместное целеполагание и мотивация в форме диалога.
Учитель
1. Как называется основной элемент глаза? Что он собой представляет? Из чего состоит? На какое оптическое устройство похож?
(Хрусталик. Это маленькая двояковыпуклая линза, которая состоит из живой мышечной ткани.)
2. А что представляет собой светочувствительная часть?
(Это сетчатка, на ней фокусируются лучи света.)
3. Какое изображение получается на сетчатке, т.к. хрусталик - это двояковыпуклая линза, а она даёт перевёрнутое изображение?
(На сетчатке также получается перевёрнутое, уменьшенное изображение)
4. Но человек видит прямое изображение. Как это объяснить?
(Мозг человека корректирует это изображение, он его "переворачивает" и это мозг делает ещё с рождения человека. Мозг обладает высокой степенью приспособляемости - он выключает из нашего сознания всё, что мешает правильному восприятию.)
5. Но представим себе, что каким - то образом изображение будет спроектировано на сетчатку в правильном положении. Что тогда? Поймёт ли мозг это и оставит изображение так, как оно есть, или же перевернёт его вверх ногами?
Эксперимент. Возьмите картонную карточку и булавкой проткните маленькое отверстие в центре. Встаньте напротив ярко освещённого окна. На расстояние 10 см поднесите картонку к глазам и посмотрите за окно сквозь отверстие. Булавку головкой вверх поместите между глазом и картонкой таким образом, чтобы головка находилась прямо под отверстием. Медленно поднимайте булавку, но продолжайте смотреть в отверстие. С какой стороны булавка пересечёт отверстие - сверху или снизу? Верните головку на уровень отверстия. Что вы видите? Как это объяснить?
(При прохождении лучей света через зрачок, они создают на сетчатке изображение, которое правильно ориентировано. Однако, мозг научен переворачивать всё то, что мы видим. Поэтому, несмотря на то, что изображение правильно ориентировано, мозг всё равно перевернёт его!).
_V. Планирование действий учителя, действий учеников, методов работы, возможные диалоги учителя и учеников.
О. Операции для достижения цели:
а) диалог о том, как можно научиться " ломать " тела, не ломая их;
б) работа обучающихся с текстом с применением метода " мозгового штурма ";
в) обсуждение того, что удивило, что оказалось непонятным;
г) формулирование понятия преломления, дисперсии на основе рассмотрения различных житейских примеров;
д) самостоятельное описание преломления, дисперсии;
е) диалог о том, как будут применяться полученные знания о преломлении света, о дисперсии света, выбор возможности осуществления эксперимента по преломлению света, по разложению света;
ж) самостоятельная работа по определению цвета, оцениванию зрительных иллюзий.
Учитель: Вы знаете, что лучи света прямолинейны. Могут ли лучи света ломаться? Можно ли, не ломая ложки, сломать её? (создана проблемная ситуация)
Высказываются различные гипотезы. Гипотезы проверяются экспериментом.
Планирование и проведение эксперимента.
- Сделайте предположение о возможных результатах эксперимента, сформулируйте цель, осознайте сущность физического явления.
- Выясните условия достижения поставленной цели.
- Составьте мысленно схему проведения эксперимента.
- Последовательно осуществите все этапы эксперимента.
- Проведите необходимые измерения, зафиксируйте результаты.
- Оцените точность полученных результатов и сравните их с предполагаемыми.
- Сформулируйте вывод.
- Подумайте, с какими изученными явлениями, законами, теориями связан данный эксперимент.
Эксперимент. В стакан с чистой водой опускается ложка (карандаш).
Наблюдение - ложка (карандаш) сломалась. Конец, погруженный в воду, поднялся вверх! Вынимается ложка (карандаш). Она и целая и прямая.
Вывод: ломаются лучи.
Эксперимент. В воду добавить насыщенный раствор марганца таким образом, чтобы водный раствор был не прозрачен.
Наблюдение - ложка (карандаш) не ломаются.
Вывод: преломление наблюдается только в прозрачных средах, на границе раздела двух прозрачных сред.
Эксперимент. На дно чайной чашки положите монету и расположите глаз так, чтобы край чашки закрывал её (лучи от монеты, идущие в глаз, закрываются краем чашки.)
Наблюдение - монета не видна.
Наливайте в чашку воду осторожно, потихоньку, чтобы монета не сдвинулась. Больше, больше.
Наблюдение - вот монета появляется, как будто всплывает, или будто бы дно поднялось, чашка "обмелела" прямые лучи от монеты не доходили, теперь доходят. Но как же они огибают край чашки?
Вывод: лучи ломаются, т.е. преломляются.
Интерпретация результатов
- Сопоставьте теоретические оценки с полученными экспериментальными результатами, найдите сходства и объясните различия.
- Выделите существенные признаки предполагаемого и полученного результатов, сравните и объясните их.
- Найдите и объясните причины различия теории и эксперимента.
- По итогам анализа сделайте вывод о правильности эксперимента.
Вывод: лучи преломляются при переходе из одной прозрачной среды в другую прозрачную среду.
Работа с текстом.
- Просмотрите текст, не читая.
- Прочтите текст, выбрав и выписав для себя самое значимое в его содержании.
- Внимательно рассмотрите рисунки в тексте и постарайтесь определить их роль в данном тексте.
- По окончанию работы покажите свою готовность работать дальше.
Для преломления выполняется законы:
Луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой.
Подъём предмета в воде объясняется с помощью закона преломления света. Он связывает между собой углы, под которыми лучи света падают на границу прозрачных тел, с углами под которыми они преломляются.
В атмосфере Земли происходит преломление света, поэтому мы видим звёзды и Солнце выше их истинного расположения на небе. Лучше всего преломление света можно наблюдать в стеклянной призме. Луч, падающий на одну из её грани, преломится затем дважды - на входе в стекло и на выходе.
Выходящий луч отклоняется от начального направления в сторону третьей грани, т. е. в сторону основания призмы (Приложение 1,< рисунок 1>).
Практическая работа. Рассмотрите внимательно велосипедный уголковый отражатель.
(Он состоит из огромного количества маленьких призмочек, которые отражают падающий на отражатель свет в обратном направлении.)
Эксперимент. Пропустите через маленькое отверстие в шторе световой пучок. На пути его поставьте стеклянную призму. На противоположной стене поместите белый лист бумаги.
Наблюдение: падая на стеклянную призму, световой пучок преломляется и на противоположной стене даёт удлинённое изображение с радужным чередованием семи цветов - снизу фиолетовый, синий, голубой, зелёный, жёлтый, оранжевый и вверху красный.
Работа с текстом. Явления разложения белого света призмой впервые наблюдал И. Ньютон в 1672 году. Это явление получило название - зависимость показателя преломления света от его цвета. Ньютоном был сделан ещё важный вывод: "Световые пучки, отличающиеся по свету, отличаются по степени преломляемости". (Для них стекло имеет различные показатели преломления.)
Вывод: наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, менее других - красные.
Эксперимент. Закройте отверстие красным стеклом.
Наблюдение: на стене только красное пятно. Закрывайте отверстие синим стеклом и т.д.
Вывод: не призма окрашивает белый свет. Призма разлагает белый свет на составные части.
При проведении повторного наблюдения всё остаётся одинаково - самое верхнее положение занимает красная полоса, а самое нижнее - фиолетовая.
Учитель: После того, как научились разлагать солнечный луч на цветные части, возник вопрос: а почему они располагаются в такой строгой последовательности?
Работа с текстом. Каждый цветной луч имеет свой собственный угол излома. У фиолетового, занимающего нижнее положение, этот угол самый большой, а у верхнего красного луча - самый малый. Остальные лучи занимают промежуточное положение. Но такие же цвета с таким же расположением лучей мы наблюдаем при возникновении радуги. Но радуга возникает в небе после дождя, а в небе нет стеклянных призм. Их заменяют дождевые капли. Радуга образуется благодаря капелькам воды, поэтому и бывает лишь после дождя (Приложение 1, < рисунки 2, 3>).
Войдя в каплю, солнечный луч преломляется, а, дойдя до противоположной внутренней поверхности, отражается от неё и, снова преломившись, выходит наружу (Приложение 1, ,< рисунки 4, 5>). При этом происходит разложение белого луча на цветные. Капля, поймав солнечный луч, отражает его обратно, но в преобразованном виде. От каждой капельки можно увидеть лишь один какой-нибудь из цветных отражённых лучей, а другие, рассеявшись, пройдут выше или ниже глаза наблюдателя. Верхние капли отразят красные лучи, а капли, расположенные немного ниже, - оранжевые и т. д. и, наконец, нижние капли пошлют фиолетовые. Отражённые лучи соседних капель сливаются и образуют общую цветную полосу. Капель - то великое множество, и располагаются они на разной высоте, поэтому мы видим лучи слившиеся в цветные полосы. Яркость радуги зависит от величины дождевых капель. Если их диаметр 1 мм - 2 мм, то радуга очень яркая. Малые капли посылают слабые цветовые лучи и радуга кажется блеклой, размытой. Совсем маленькие капельки диаметром 0,05 мм вообще не могут посылать чёткие цветные лучи и в таком случае видна лишь бесцветная дуга. Во время сильных морозов, когда в воздухе находится множество мельчайших кристалликов льда, можно видеть белую радугу. Когда дождь постепенно стекает, а затем прекращается, кто-то не видимой рукой стирает радугу с неба: она блекнет, размывается и исчезает.
Миражи. Как известно, свет распространяется по прямой только в однородной среде. На границе двух сред луч света преломляется. Такой неоднородной средой является воздух земной атмосферы. Луч света искривляется. Это явление называется рефракцией. Вследствие рефракции в атмосфере могут появляться мнимые изображения отдельных объектов - миражи (Приложение 1, < рисунок 6>). 7 мая 2006 года. Мираж над побережьем восточно-китайского города Пенглай.
Верхний мираж. Воздух нагревается от поверхности Земли, и с высотой его температура падает. Однако, если над слоем прохладного воздуха оказывается более тёплый и сильно разрежённый воздушный слой, а переход между ними довольно резок, то рефракция значительно усиливается. Лучи света, идущие от предмета на земле, описывают подобие дуги и возвращаются вниз, иногда за десятки, даже сотни километров от своего источника. Тогда наблюдается "поднятие горизонта" или верхний мираж. Верхние миражи нередко наблюдаются в море перед бурей. Видимо, они и породили легенды о кораблях - призраках (Приложение 1, ,< рисунок 7>).
Нижний мираж - возникает преимущественно в тех случаях, когда слои воздуха у поверхности Земли (например, в пустыне) разогреты настолько, что лучи света, исходящие от предметов, сильно искривляются. Описать дугу у поверхности, они идут снизу вверх. Тогда можно вдруг увидеть деревья и дома, как будто отражёнными в воде. На самом деле это перевёрнутые изображения далёких ландшафтов. Нижние миражи можно наблюдать даже на раскаленной солнцем асфальтовой дороге (Приложение1, < рисунок 8>).
Гало. Светлый туман вокруг Солнца или Луны можно видеть довольно часто. Это бывает тогда, когда небо затянуто пеленой - лёгкими высокими перистыми облаками. Мельчайшие ледяные кристаллики и капельки воды, из которых эти облака состоят, как бы светятся рассеивая лучи яркого света. Но иногда, если облака достаточно тонкие и однородные, вокруг Солнца или Луны появляется не просто туманное свечение, а яркий круг, реже сразу несколько кругов - гало (Приложение 1, < рисунки 9, 10, 11, 12>).
Паргелии. Изредка ледяные кристаллы, составляющие облака располагаются так, что отдельные части гало светятся более ярко, образуя паргелии - ложные солнца (Приложение 1,< рисунок13>).
Столбы света. Иногда в тихую погоду на закате или на восходе можно заметить по обе стороны от Солнца столбы света, как бы вздымающиеся к небу из-под земли. Это лучи, отражённые от вертикально расположенных ледяных кристаллов, из которых образуются медленно опускающиеся перистые облака. Отдельные участки столбов бывает порой настолько яркими, что тоже создают ложные солнца (Приложение 1,< рисунки 14, 15>).
Венцы. Часто, взглянув на Луну, просвечивающую через перистые облака или прозрачную дымку, можно увидеть, что её диск окружён небольшими радужными кольцами. Эти кольца называют венцами. Они образуются вследствие дифракции света на мельчайших капельках воды. Чем крупнее капли, тем меньше диаметр венцов (Приложение 1,< рисунок16>).
Полярные сияния. Земля постоянно находится в разрежённом потоке испущенных Солнцем разряженных частиц и как бы обдувается солнечным ветром. Заряженные частицы проникают в более плотные слои атмосферы и воздействуют на молекулы воздуха, вызывая свечение атмосферы - полярные сияния. Полярные сияния разнообразны по виду и яркости. В основном полярные сияния по форме похоже на светящиеся пятна или ленты, висящие в небе как огромный занавес (Приложение 1,< рисунки17, 18>).
Эксперимент. Цель эксперимента: показать разложение света.
Материалы: лоскуток газа, картонная рамка, свеча.
Процесс: 1. Лоскуток газа приклейте к картонной рамке. 2. Зажгите свечу. 3. Посмотрите сквозь лоскуток на пламя свечи.
Итоги: пламя кажется светящимся крестом с радужной бахромой на крестах.
Объяснение: разложение света.
Учитель: Итак, мы видели разложение белого света в семь цветов радуги. Ну а такие цвета как чёрный, белый, серый, коричневый, пурпурный вообще не встречаются в спектре. Можно ли перемешать синюю и жёлтую краску? Какого цвета получится смесь? (проблема)
Предположения записать на доске.
Эксперимент. Цель эксперимента: показать смешение красок.
Материалы: синяя и желтая краски.
Процесс: 1. Перемешайте краски. Итоги: Смесь получилась зелёного цвета.
Объяснение: смешивание красок.
Учитель: А можно ли перемешать синюю и жёлтую бумагу? Какого цвета получится смесь? Как это сделать? (проблема)
Эксперимент. Цель эксперимента: показать образование цвета.
Материалы: синяя, желтая бумага, картон, спичка, клей.
Процесс: 1. Сделайте волчок; 2. Разделите кружок на 4 части; 3. К 2 секторам приклейте жёлтую бумагу, к 2 - синюю; 4. Запустите волчок;
Итоги: цвет волчка зеленый.
Объяснение: синяя бумага поглощает все цвета, но отражает синий, голубой и зелёный; жёлтая бумага поглощает все цвета, но отражает зелёный, жёлтый и оранжевый. Поэтому оба листа отражают только зелёный цвет.
Учитель: А какой цвет получится, если смешать красную, оранжевую, желтую, зелёную, голубую, синюю, фиолетовую бумагу? Как это доказать? (проблема).
Эксперимент. Цель эксперимента: показать сложение цвета.
Материалы: красная, оранжевая, желтая, зелёная, голубая, синяя, фиолетовая бумага, белый картон, спички, клей.
Процесс: 1. Сделайте волчок; 2. Разделите кружок на 8 частей; 3. К семи секторам приклейте цвета радуги; 4. Запустите волчок;
Итоги: цвет волчка белый.
Объяснение: сложение цвета.
Проводятся эксперименты по смешиванию бумаги различных цветов.
Работа с текстом. Трёхцветная теория зрения была предложена в 1767 году М.В. Ломоносовым. Согласно этой теории светоощущающий аппарат глаза (колбочки) содержит 3 различные по своему химическому составу вещества, одно из которых чувствительно к красным лучам, другое - к зелёным и третье - к сине-фиолетовым. Белый свет возбуждает в равной мере вещества всех 3 рядов. Действуя на глаз комбинацией лучей разного цвета и разной интенсивности, можно заранее предсказать, какой цвет увидит глаз. Окраска тел объясняется свойством тел избирательно поглощать в неодинаковой степени лучи разных цветов. Через 3 луча - жёлтый, пурпурный и голубой свет не пройдёт. Аналогичным образом можно смешивать различные краски, получая тот или иной цвет.
Вывод: для получения всевозможных цветов достаточно смешать лучи только 3 определённым образом, выбранных цветов - синего, зелёного, красного. Такое смешение красок широко используется в кинематографии, цветной фотографии (Приложение 1 ,< рисунки 19, 20>).
Зрительные иллюзии Учитель: А теперь предположим, что вы смотрите на вращающийся диск, на который нанесены только чёрно - белые узоры. Какого же цвета будет смесь чёрного с белым, когда диск вращается? (проблема) Выдвижение гипотез. Проверка экспериментом.
Эксперимент. Цель эксперимента: получить информацию о корректирующей работе мозга.
Материалы: картон, клей, скрепка, ножницы, диск с чёрно- белыми узорами.
Процесс: 1. Приклейте диск к картону; 2. Поднесите диск к яркому свету; 3. Начните вращать его; 4. Посмотрите, что происходит с чёрно - белым рисунком? 5. Измените скорость вращения диска.
Итоги: рисунок становится цветным. Объяснение: после работы с текстом.
Работа с текстом. Это научная игрушка называется диском Бенгама, и впервые была сделана ещё сто лет назад! Если этот диск вращать с определённой скоростью, то сочетание белого и чёрного на нём воздействует на сетчатку. Тем самым диск посылает глазу некое "сообщение", которое очень похоже на сообщение о свете. Таким образом, когда мозг получает это "сообщение" (это узор черно - белый), он понимает его неправильно - как будто оно поступило от цветной картинки. И поэтому мы видим цвет там, где его нет!
Приспособляемость глаза вызывает иногда зрительные иллюзии: "Глаз, попадая в незнакомую обстановку", иногда совершает ошибки в оценке и сравнении длин отрезков, размеров углов, расстояний между предметами, в восприятии формы предметов и т.д.
Удовлетворительного объяснения причин вызывающих оптические обманы, не найдено. Большинство иллюзий связано с тем, что некоторые предметы или их части воспринимаются не отдельно, а в связи с окружающими предметами по контрасту.
Практическая работа.
1. Рассматривание рисунков.
Рассмотрите рисунки (Приложение 1,< рисунок 21>). Что вы видите?
( На пёстром фоне при рассмотрении прерывистых, строго концентрических окружностей возникает иллюзия, создаётся впечатление нарисованной спирали. Пестрота штриховки заставляет глаз невольно двигаться, перебегая от штриха к штриху)
Рассмотрите рис. (21.2). Какие линии вы видите?
(Прямые параллельные линии кажутся изогнутыми, хотя это не верно)
Рассмотрите рис.(21.3). Что больше - высота шляпы или ширина полей?
(Поворот глаз в вертикальной плоскости требуют большего усилия, чем горизонтальный, поэтому поля шляпы кажутся меньше её высоты. Но они одинаковы)
Рассмотрите рис. (21.3). Одинаковы ли по высоте верхние и нижние части букв? (Верхние части букв кажутся равными по высоте нижним, хотя на самом деле они меньше нижних)
Рассмотрите рис. (21.4). Что он изображает?
(Фигура может представляться трояко: в виде лестницы, ступенчатой ниши и бумажной полосы согнутой и протянутой наискось гармошки)
Рассмотрите рис. (21.5). Как расположены здесь кубы? Где 2 куба - вверху или внизу? (Затрудняемся сказать, где расположены 2 куба - вверху или внизу.)
Рассмотрите рис. (21.6). Что вы видите?
(Затрудняемся сказать. Видим то 2 профиля, то вазу)
Рассмотрите рис. (21.7). Если спираль привести во вращательное движение по часовой стрелке, то что можно наблюдать?
(Возникает иллюзия движения)
Рассмотрите рис. (21.8). Что можно сказать о росте фигур?
(Иллюзия роста предметов одинакового размера, если они нарисованы на фоне сходящихся линий)
Рассмотрите рис. (21.9). Видите ли вы границу в узоре?
(Там где сходятся 2 участка с разными текстурами (узорами), глаз видит границу, даже если её нет на самом деле)
Если текстуры отсутствуют, то зрительные ошибки могут быть максимальными.
2. Рассматривание слайдов, демонстрируемых с помощью проектора (Приложение 2).
V. Т2 Проверка достигнутого
1. Составление индивидуального отчёта о проделанной работе. Каждый обучающийся заполняет индивидуальную карту развития, которая способствует не только формированию способности обучающихся к саморефлексии, но и помогает учителю в работе с конкретным обучающимся.
Тест 2.
- На дне ручья лежит камень. Изображение камня кажется нам лежащим выше и правее самого камня. Действительное это изображение или мнимое? Докажите это при помощи графического представления.
- Отчего на небе после дождя бывает, видна разноцветная радуга?
- Что является результатом дисперсии?
- Сквозь стеклянную пластинку с параллельными гранями проходят два расходящихся луча. Начертите ход лучей в пластинке и по выходу из неё.
- Какова причина разложения белого света в спектр при прохождении через призму.
Индивидуальная карта развития ученика (цы)
| Тема урока | Мои действия на уроке (слушал, выполнял эксперимент, общался...) | Я на уроке научился, узнал... (оценивать свои действия, приобретать знания caмостоятельно ...) |
В чем ценность урока для меня? | Что вызвало затруднения и почему? | Свою работу я оценил бы на оценку ..., потому что ... | Группа выставила мне за работу оценку ... | Меня порадовало (огорчило) |
Ожидаемый ответ в структурной форме
Подведение итогов. Выставление оценок.
V_. Е. Выход.
Задание на дом.
Описать возможные применения полученных знаний на практике. Кому и почему приходится учитывать оптические иллюзии? Отличать красный цвет от зелёного? (Оптические иллюзии приходится учитывать лётчикам, капитанам, водителям сухопутного транспорта, а также в живописи и архитектуре. Для водителей, машинистов железной дороги, лоцманов кораблей крайне важно отличать красный цвет сигнала от зелёного, во избежание катастроф. Трехцветная теория широко используется для получения цветных изображений в цветной фотографии, цветном кино, цветном телевидении, полиграфии.)