Цель: обобщение и систематизация знаний по теме: «Световые явления», закрепление навыков работы с теоретическим и практическим материалом, овладение системой знаний о культуре зрения, формирование отношения к человеку и его здоровью как к ценности, формирование потребности в здоровом образе жизни, воспитание чувства коллективизма.
Оборудование: выставка оптических приборов: телескоп, микроскоп, фотоаппараты, очки, лупа; для демонстрации - мультимедиапроектор.
Ход урока
1.Вступительное слово учителя.-5 мин
Все научные открытия и знания необходимы для того, чтобы человек использовал их в практической деятельности. Созданные устройства и приборы, входящие в быт человека, нужны не только ученым, но и всему человечеству, на примере одного из разделов физики- оптики мы сегодня постараемся это доказать.
Прямолинейность распространения света, известная еще народам Месопотамии за 5000 лет до н.э., использовалась при строительстве и в военном деле.
Законы отражения света позволили создать зеркала, ныне имеющиеся в каждом доме.
Открытие законов преломления привело к созданию очков, сделавших многих людей зрячими. Изобретение микроскопа позволило узнать причины многих болезней и научиться предупреждать и лечить их. Телескоп раскрыл людям глубины Вселенной.
Открытию фотографии мы обязаны тем, что сейчас можем знать, как выглядели наши деды и прадеды и какими мы сами были в младенческом возрасте. Создание кино тоже начиналось с фотографии. В настоящее время широко применяется фотографирование объектов из космоса с помощью спутников. Первые фотографии из космоса делались в военных целях, но сейчас фотографирование со спутников все больше и больше используется для нужд сельского хозяйства, геологии, метеорологии и для контроля за окружающей средой.
Важнейшим результатом развития оптики стало создание лазеров. В 1960 г. заработал первый лазер. Область применения лазера поистине безгранична. С его помощью можно измерить с величайшей точностью расстояние до Луны и толщину человеческого волоса. Лазер позволяет получить температуру в сотни миллионов градусов и провести тончайшую операцию внутри глаза.
В начале урока хотелось бы вместе с вами, ребята, вспомнить основные понятия, определения, законы темы и убедиться в значимости изученной темы: «Световые явления».
2.Экспресс- опрос -5 мин
Учитель быстро задает вопросы учащимся, если ученик затрудняется с ответом, то возможность ответа предоставляется следующему учащемуся.
- что такое свет? Какие источники света вы знаете?
- что такое световой луч?
- как распространяется свет в однородной прозрачной среде?
- какие явления свидетельствуют о справедливости закона распространения света?
- сформулировать законы отражения и преломления света.
- какие виды отражения света вы знаете?
- в каком случае наблюдается явление преломления светового луча?
- можно ли управлять световым лучом?
- что такое линзы? Какие виды линз существуют?
- где применяются линзы?
3. Эстафета - 8-10 мин
Учитель кладет на первую парту каждого ряда лист с заданиями, объясняет условие и по команде учащиеся приступают к выполнению данного задания.
1. Лучевая эстафета (это задание позволяет вспомнить и практически применить законы отражения света)
Показать ход лучей после отражения от зеркал. Первоначальное направление луча показано на первом этапе. Выполнив один этап эстафеты, учащиеся за первой партой передают его следующему. Выполнив последний этап, учащийся отдает лист учителю. Приложение 1.
2.Эстафета преломленного луча. (Это задание на законы преломления света и позволяет повторить понятие показателя преломления для разных прозрачных сред)
На рисунке показан луч, падающий на границу раздела двух сред. Показать приблизительно дальнейший ход луча при прохождении через указанные среды. Приложение 2.
4. Устный журнал «Оптика на службе у человека»-20 мин
Учащиеся заранее подготовили материал по каждой рубрике в виде коротких сообщений.
Рубрика «Это интересно»
Учащийся №1.Во времена второй мировой войны 1914-1918 г. русская армия, действовавшая в Карпатах, наблюдала странное явление: на небе в облаках появилась громадная фигура женщины с младенцем на руках. Голову женщины окружали сияющие круги. Видение наблюдали сотни людей. Не зная его причины, они объяснили его тем, что солдатам явилась богородица, предвещавшая победу.
А в середине 19 века в Англии жители Бристоля около пяти часов вечера на небе, покрытом густыми тучами, увидели громадную армию. Она состояла из всадников, ехавших то шагом, то рысью. Воины были в одинаковых мундирах, в руках они держали сабли. Можно было различить даже узды и стремена.
Этому есть научное объяснение. Известно, что вследствие различного нагревания слои воздуха имеют разную плотность. При прохождении луча света через них происходит преломление. Т.к. резкой границы по плотности в воздухе нет, то луч света, искривляясь постепенно, приобретает вид кривой. Искривление луча в атмосфере называется земной рефракцией. Благодаря рефракции все отдаленные предметы кажутся немного выше, чем на самом деле.
Когда нижние слои воздуха холоднее верхних, то луч света обращен к земле вогнутостью. При этом наблюдатель увидит прямое изображение предмета. Это верхние миражи, наблюдаемые над горизонтом.
Учащийся №2. «Однажды осенью 1948 года в Ленинграде шел дождь. Неожиданно из- за туч выглянуло Солнце, и сразу же через все небо засияла яркая радуга. Одновременно над ней возникла вторая радуга с обратным расположением полос. Через некоторое время на внутреннем крае основной радуги образовалась третья, более бледная, а затем четвертая радуга.
Это объясняется тем, что когда воздух насыщен водяными каплями, то солнечные лучи, преломляясь в них, разлагаются на цветные лучи, образуя радугу. Чтобы ее увидеть, наблюдатель должен стоять между Солнцем и каплями дождя спиной к Солнцу. Если подняться над Землей, то можно увидеть почти полный круг радуги.
Учащийся №3. В древние времена и средние века люди наблюдали множество солнечных затмений, однако солнечная корона едва ли была замечена до 1842 года, а в наши дни в момент полного солнечного затмения именно корона представляется самым замечательным явлением; ее можно наблюдать невооруженным глазом.
Учащийся №4. Время, необходимое свету для прохождения расстояния на Земле , очень мало. В конце XVII в. Ольф Ремер, наблюдая в Париже затмения спутников Юпитера, вычислил скорость света, она равна 300000 км/с. Существуют разные способы определения скорости света и теперь она известна с большой точностью.
Учащийся №5. Знание свойств вогнутых зеркал было знакомо уже во времена Евклида ( VI в до н.э.). Об этом гласит легенда, приписывающая Архимеду сожжение римского флота с помощью вогнутых зеркал. Легенду пытались проверить вXVII в.; Кирхер получил повышение температуры предмета на расстоянии около 30 см, а Бюффону ( XVIIIв.) удалось поджечь доску , намазанную дегтем, с помощью 168 зеркал на удалении 90 м. А недавно греческий ученый Саккос создал устройство подобное тому , которым, по преданию, пользовался Архимед. Установка из 60 зеркал позволила зажечь модель римской триеры на расстоянии 40 м.
Рубрика «Оптические приборы»
Учащийся №6. Фотоаппарат
Прообразом фотоаппарата послужила камера – обскура. Устроена эта камера так: в стене непрозрачной коробки проделано небольшое отверстие. На противоположной стене коробки проходящие сквозь отверстие лучи света создают светлые пятна. Если отверстие мало, то можно увидеть на стенке коробки изображение того, что находится перед отверстием камеры. Правда, для этого нужно забраться внутрь коробки. Если противоположную отверстию стенку сделать из полупрозрачной бумаги, то изображение можно наблюдать, не залезая в коробку.
Современные фотоаппараты имеют множество деталей, которые дополняют основу – камеру + объектив. Фотоаппарат имеет регулируемый затвор, лентопротяжный механизм, регулируемую диафрагму, устройство фокусировки (перемещения объектива), и так далее. Некоторые фотоаппараты предоставляют возможность настройки резкости изображения с помощью системы зеркал. Аппараты могут быть снабжены источником света и прочими «прибамбасами». Сейчас используются цифровые фотоаппараты, в которых отсутствует фотопленка. Такие аппараты снабжены полупроводниковой матрицей, состоящей из множества светочувствительных элементов. Запись изображения осуществляется в электронную (flash-карты) или магнитную память. Пока качество изображений, получаемых с помощью хороших и средних пленочных аппаратов, выше, чем у самых хороших цифровых. Но прогресс цифровой техники идет столь стремительно, что уже ставятся под сомнение перспективы выживания традиционной пленочной фотографии.
Учащийся №7. Лупа
Если между предметом и глазом поместить собирающую линзу на расстоянии от предмета меньшем, чем фокусное расстояние линзы, то можно заметить изображение предмета увеличенных угловых размеров. Пользуясь лупой, можно рассматривать не сам предмет, а его изображение с расстояния наилучшего зрения. Лупу приближают к глазу вплотную, а затем перемещают предмет так, чтобы его изображение оказалось на расстоянии наилучшего зрения.
Рис. 1
Подзорная труба и телескоп
Представляете себе, какие замечательные возможности получил человек, когда появился телескоп – прибор, позволяющий рассматривать удаленные предметы. С его помощью были открыты самые различные объекты на звездном небе! Спутники Юпитера и кольца Сатурна, фазы Венеры, горы и цирки на Луне! Существуют два основных типа телескопов. Рефракторы и рефлекторы. Свет от далеких объектов в рефракторе собирается с помощью линзы большого диаметра - объектива и формируется в изображение. Свет от этого изображения направляется с помощью окуляра в глаз наблюдателя или на какой-либо регистрирующий прибор (например, фотопластинку). Телескоп и подзорная труба в принципе устроены одинаково, только подзорные трубы обычно предназначены для того, чтобы получать прямое (то есть не перевернутое) изображение, а для телескопов это свойство не является существенным.
Рис. 2
Микроскоп
Следующий прибор, который мы с Вами рассмотрим это микроскоп. Этот прибор позволяет значительно увеличить угол зрения на объект. Наблюдатель рассматривает мнимое изображение объекта с расстояния наилучшего зрения (D=25см). Объектив создает увеличенное перевернутое изображение предмета внутри тубуса микроскопа. Это изображение рассматривается через окуляр, который работает, как лупа
Рис. 3
Рубрика «Оптическая система глаза»
1. Назначение глаза.
Существующие вокруг нас предметы окружающего мира - цветы, трава, снег, солнце - воспринимаются нашими органами чувств. Орган зрения является весьма чувствительным и очень важным органом чувств. До 90 % информации об окружающем мире человек получает с его помощью.
2.Строение глаза (рис.4).
Глазное яблоко помещается в глазнице и имеет не совсем правильную шаровидную форму. Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками. Снаружи оно покрыто белочной оболочкой, или склерой (1).Эта оболочка непрозрачна и лишь в переднем отделе в склеру как бы врезано крошечное окошечко диаметром около 12 мм- роговица (2) Прозрачная роговица глаза создает для света, попадающего в глаз, преломляющую (примерно сферическую) поверхность с радиусом кривизны близким к 1 см, далее – жидкость (3), радужная оболочка (4) – зрачок регулируемого размера, хрусталик (5)- крошечная двояковыпуклая линза диаметром 10 мм, может менять свою форму- кривизну поверхностей. Это свойство хрусталика позволяет четко видеть предметы, как на близком, так и на далеком расстоянии. При чтении или любой другой работе на близком расстоянии хрусталик становится более выпуклым, а при взгляде вдаль – уплощается. Свойство глаз приспосабливаться к рассмотрению предметов, находящихся на разном расстоянии от него, называется аккомодацией. Нормальный глаз может аккомодироваться на наблюдение предметов удаленных от глаза на расстояния от 20 см до бесконечности. Вся внутренняя полость глаза заполнена прозрачной желеобразной массой - стекловидным телом(6). Роговица, хрусталик и стекловидное тело - оптическая, или иначе, преломляющая система глаза. Луч света проходит через прозрачные среды, которые изменяют( преломляют)его направление. Преломляющая сила глаза зависит от состояния оптической системы у данного человека. Но для получения четкого изображения важна не только преломляющая сила оптической системы глаза сама по себе, но и ее способность фокусировать лучи на третьей, самой внутренней оболочке глаза- сетчатке (8) центральная ямка (9), зрительный нерв (место входа - слепое пятно).
Рис.4
Попадающие в глаз световые лучи претерпевают преломление и, собираясь в фокусе этой системы, дают изображение предметов, от которых они идут. При нормальном зрении лучи света собираются в фокусе на сетчатке, где и возникает четкое изображение рассматриваемого предмета (рис.5)
Рис.5
Для рассматривания предмета во всех подробностях его подносят ближе к глазам. При этом его изображение на сетчатке глаза становится больше. Однако особо близко предмет подносить бесполезно, так как глаз не может аккомодироваться на рассматривание предметов на расстоянии меньшем 10 см. Минимальное расстояние, на котором можно долго без утомления рассматривать глазами предмет, называется расстоянием наилучшего зрения. Для людей с нормальным зрением это расстояние всреднем равно 25 см.
Учащийся №9.
3. Дефекты зрения.
Если проходящие через прозрачные среды лучи света преломляются слишком сильно, они фокусируются впереди сетчатки: в таком случае у человека определяется близорукость (рис.6)
Рис.6
При слабом преломлении лучи фокусируются позади сетчатки, что свойственно дальнозоркости (рис.7).
Рис.7
И в том, и в другом случае на сетчатке получается нечеткое , размытое изображение предметов. Чтобы скорректировать зрение, необходимо пользоваться очками. Для коррекции близорукости достаточно ослабить преломление лучей рассеивающей линзой (рис.8), которая совместит фокус с сетчаткой. Близорукий глаз может ясно видеть предметы, находящиеся только на близком расстоянии от него.
Рис.8
Дальнозоркий глаз плохо видит и вдаль и особенно вблизи. Такой глаз для ясного видения предметов напрягает свою аккомодацию. Для устранения напряжения аккомодации перед глазом необходимо поставить линзу, собирающую лучи света на сетчатке ( рис.9). При дальнозоркости глаза без очков очень быстро устают, особенно во время работы на близком расстоянии - при чтении, письме и т.д.
Рис.9
Дефекты зрения проявляются в том, что глаз не обеспечивает получения резкого изображения на сетчатке. Причинами могут быть самые разные факторы. Глаз может быть, например, вытянут или укорочен в продольном направлении. В обоих случаях при определенном напряжении мышцы, управляющей хрусталиком на сетчатке не получается резкого изображения. Для коррекции зрения применяют дополнительные линзы (очки), которые различают по знаку оптической силы. Очки подбираются такие, чтобы при расслабленной мышце, управляющей хрусталиком, глаз был бы настроен на рассматривание предметов, удаленных на большое (бесконечное) расстояние. Менее распространенным дефектом зрения является астигматизм. Причиной астигматизма является отсутствие осевой симметрии глаза, например его сплющенность в направлении перпендикулярном оси. Астигматизм исправляют цилиндрическими линзами.
4.Подведение итогов урока. Заключительное слово учителя.
Факторы, способствующие возникновению зрительных расстройств. Советы учащимся.
-Если Вы стали хуже видеть удаленные мелкие предметы, плохо различаете буквы и цифры, написанные на классной доске, стараетесь сесть поближе к телевизору, а также у Вас появилась быстрая утомляемость органа зрения: ощущение тяжести, рези в глазах, головная боль, то это признаки того, что прогрессирует близорукость.
-Среди школьников, занимающихся спортом, близоруких намного меньше, чем среди детей с малоподвижным образом жизни. Любая работа должна чередоваться с отдыхом.
-Зрительная работа, выполняемая на близком расстоянии в течение длительного времени и в плохих условиях (недостаточное освещение, неправильная посадка, неразборчиво напечатанный текст) даже при нормальном развитии аккомодационного аппарата ведет к его напряжению и развитию близорукости.
-Большое значение для хорошего зрения имеет правильное питание, включающее достаточное количество витаминов, особенно А и В.
Литература:
1.Иванов А.И, Минькова Р.Д., Панаиоти Н.Н. Физика . 7 класс. – М.,1998.
2.Шамшинова А.М., Яковлева А.А., Романцева Е.В. «Клиническая физиология зрения»-Москва, МБН, 2002.
3. Аветисов Э.С. «Близорукость», М.,Москва,1986.
4. Сидоренко Е.И., ОбрубовС.А., Воробьева Т.Л., Кузнецова И.В. «Охрана зрения детей общеобразовательного учреждения: от концепции до практики», Москва,2003.
5. Доцент кафедры физики специализированного Учебно-Научного Центра МГУ, соросовский учитель Варламов Сергей Дмитриевич. « Лекции по оптике».
6. Архипова И.А, Архипов Д.В.,Медиевский В.Р. «Восхождение на пик знаний. Обучающие игры», Краснодар,1991г.