Интегрированный урок физики и компьютерных технологий по теме "Дисперсия света и ее проявления в природе и использование человеком"

Разделы: Физика, Информатика

Тип урока — урок изучения новых знаний.

Цели:

Образовательные

  • Познакомить с дисперсией, явлением, доказывающим волновую природу света. Рассмотреть сложные и простые электромагнитные световые волны;
  • Установить зависимость между частотой колебания (длина волны) и показателем преломления (скоростью распространения света):
  • Познакомить с технологией конструирования цвета на компьютере, понятием цветовой модели и глубины цвета.

Развивающие

  • Способствовать развитию творческих способностей на основе мыслительной деятельности, применяемой для объяснения необыкновенно красивых, ярких, насыщенных цветами и оттенками явлений природы;
  • Развивать способность оптимального выбора цвета на компьютере.

Воспитательные

  • Воспитывать уважительное отношение к труду через огромное трудолюбие ученых, через открытия сделанные ими;
  • На примере дисперсии света показать широкие возможности человеческой мысли в практическом применении природных явлений;
  • Воспитывать информационную культуру.

Методическая - формирование образовательных компетенций сравнивать и сопоставлять информацию, находить оптимальное решение.

Методы урока:

Традиционные:

  • Словесные (беседа, объяснение, описание);
  • Наглядные (иллюстрация - работа с книгой, наблюдение);
  • Практические (опыт-доказательство).

Нетрадиционные

  • Проблемное обучение
    1. Проблемное изложение;
    2. Частично-поисковый.

    Методы опроса:

  • Словесные (рассказ биографии ученого);
  • Практические (выполнение заданий по теме с использованием компьютера, работа с книгой).

    • Формы учебной работы

  • фронтальная работа;
  • индивидуальная работа.

    • Технические средства обучения:

  • Комплект приборов для демонстрации дисперсии света;
  • Компьютер, проекционный проектор;
  • Компьютерный класс;
  • Программное обеспечение -ОС Windows /Linux.

    • Наглядные материалы:

  • сопровождающий файл презентация, флэш файлы для демонстрации цветовых моделей;
  • карты-физические величины;
  • учебники физики;
  • карты - оценки;
  • цветные карандаши (фломастеры), тетради, ручки.

    • План урока

    1. Актуализация.
    2. Физическое истолкование и объяснение явления дисперсии.
    3. Сложные и простые световые волны.
    4. Влияние атмосферы на восприятие окружающей среды в цвете.
    5. Компьютер и цвет.
    6. Закрепление.
    7. Домашнее задание. Подведение итогов.
    8. Рефлексия.

    Ход урока

    1. Актуализация. Преподаватель физики.

      2. Какого цвета наше солнце? (Прожив 16-17 лет, учащиеся не знают цвет нашей звезды - солнца). Демонстрация фотографий солнца различного цвета в зимний день, летний вечер.

      Нам землянам очень повезло, что наша звезда излучает практически белый свет. В чем это везение мы сегодня с вами узнаем на уроке. Еще попытаемся узнать объективность или субъективность восприятия окружающего мира. А так же попытаемся остановить постоянно изменяющиеся яркие очень красивые картины нарисованные природой.

      Повторение связи длины волны (частоты) и скорости распространения.

    2. Физическое истолкование и объяснение явления дисперсии.

2.1. Открытие дисперсии. Демонстрация портрета Ньютона

    1. опыт Ньютона
    2. Недостатки теории Ньютона
    3. Биография Ньютона. (Выступление учащегося)
    4. Учащиеся выполняют рисунок дисперсии по Ньютону в тетрадях.

2.2. Научное объяснение дисперсии

    1. скорость распространения световых волн
    2. зависимость показателя преломления от частоты (длины волны).
      Таблица связи () и n.
  1. Сложные и простые световые волны

3.1. Белый свет (разложение и сложение - сложный свет). Демонстрация механизма сложения цветов на проекционном экране.

3.2. Простые цвета - монохроматические (демонстрация на экране)

  1. Влияние атмосферы на восприятие человеком окружающей среды в цвете. Многообразие свойств света.

4.1. Почему цвет неба голубой? Почему солнечные лучи золотисто-желтые?

        Солнце посылает на землю свои лучи, но им приходится пробиваться через толстый слой воздуха, который окутывает Землю. А солнечный лучик многоцветный, он состоит из красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего, фиолетового цветов. Многоцветный луч проходит через толстый слой атмосферы, который “разбрызгивает” все цвета солнечного спектра, но сильнее всего фиолетовую, синюю и голубую составляющие солнечного света в зависимости от скорости распространения (показатель преломления). Поэтому небо окрашивается голубоватым оттенком. Оставшаяся часть доходит до наблюдателя в виде золотисто - желтого оттенка. (демонстрация на экране)

4.2. Почему цвет зари красный?

      На заре солнечные лучи проходят в атмосфере большее расстояние, из-за этого успевают рассеяться все короткие волны, средние зеленые и даже наиболее длинные волны желтые, оранжевые и даже красные. Поэтому небо окрашивается в красный цвет. ( Демонстрация на экране этих процессов).

  1. Компьютер и цвет. Преподаватель компьютерных технологий

Теперь мы знаем, почему небо голубое. Что белый цвет представляет собой смесь цветов.

А почему трава зеленая, а яблоко красное?

В солнечном цвете мы видим траву зеленой потому что она отражает зеленый цвет и он попадает в наши глаза, а остальные цвета поглощает. Яблоко красное, потому что оно отражает красный цвет, а остальные поглощает.

А как компьютер формирует цветное изображение?

И почему цвета распечатанного на бумаге изображения не совпадают с экранными цветами?

Все объекты видимы для нас потому, что они сами являются источником света, либо светят отраженным светом.

Экран монитора является излучающим объектом; отражающим объектом является бумага, краска, пигмент, которые сами не излучают света, а светят светом, который идет либо от солнца, либо от искусственного источника освещения.

Экран - изначально темный. Его исходным цветом является черный. Все остальные цвета на нем получаются путем использования комбинации таких трех цветов, которые в своей смеси должны образовать белый цвет. Опытным путем была выведена комбинация "красный, зеленый, синий" - RGB - red/green/blue. Эти цвета называются основными. Черный цвет в схеме отсутствует, так как мы его и так имеем - это цвет "черного" экрана.

Компьютерам ничего неизвестно о цвете, кроме того, что им сообщил о нем человек. Это всего лишь вычислительная машина, работающая с единицами и нулями.

Для обозначения с помощью чисел цвета в компьютере требуется некоторая математическая модель цвета.

Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется цветовой моделью.

В основном работа ведется с двумя моделями: RGB и CMYK.

5.1. Глубина цвета

Цвет каждого пикселя кодируется определенным числом бит (bit), то есть элементарных единиц информации, с которыми может иметь дело компьютер. Это количество называют глубиной цвета. Чем больше глубина цвета - тем больше общее количество цветов в изображении.

Монохроматическое изображение имеет 2 различимых цвета: цвет фона и цвет красителя. Цвет точки регистрируется 1 битом:

1 — черный цвет

0 — белый цвет

Чем большее количество двоичных разрядов выделено для записи каждого цвета, тем большее количество различимых цветов можно записать.

Для передачи информации о 256 состояниях цвета нужен 1 байт.

Всего различных цветов: 256*256*256 = 16 777 216.

Для передачи информации о 16 777 216 состояниях нужно 3 байта.

        Глубина цвета (разрядность)

        Область применения

        1

        		 Монохромные черно-белые изображения. Чертежи, схемы, тексты

        8

        		 Полутоновые одноцветные изображения. Черно-белые фотоснимки

        24

        		 Полноцветные изображения, подготовленные к воспроизведению на экране.

        32

        		 Полноцветные изображения, подготовленные к воспроизведению печатным способом

При глубине цвета 24 бита на каждый канал цвета приходится 8 бит, т.е. один байт, например:

255, 255, 0 - желтый цвет

192, 64, 0 - коричневый.

5.2. Цветовые модели.

RGB модель

Большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонентов.

Модель RGB- аддитивная модель основана на сложении цветов.

Отсутствие цвета в схеме RGB соответствует черному цвету. Мы берем черный цвет (отсутствие цвета) и добавляем к нему первичные цвета, складывая их друг с другом до белого цвета.

Демонстрация модели RGB.

Сегодня RGB модель широко используется в системах освещения, в видеосистемах, устройствах записи на фотопленку, мониторах, мультимедиа устройствах.

Красный + Зеленый

=

Жёлтый

Красный + Синий

=

Пурпурный

Зелёный + Синий

=

Голубой

Красный + Зелёный + Синий

=

Белый

Белый — красный=синий+зеленый =голубой

белый — зеленый=красный+синий= пурпурный

белый — синий=красный+зеленый = желтый

Цвета голубой, пурпурный и желтый называются дополнительными, т. к. они дополняют до белого основные цвета.

CMYK модель

Эта цветовая модель используется в том случае, если изображение или рисунок будут выводиться на принтере. Основа модели - три вторичных цвета (дополнительных) - голубой, пурпурный, желтый.

Поскольку реальные чернила CMY не создают чисто черного цвета, он получается темно коричневым, а также при создании черного цвета с помощью модели CMY тратится в три раза больше красок, то к этим трем цветам добавляется отдельно черный цвет (BlacК) и модель называется CMYK.

Демонстрация модели CMYK

Эта система цветов называется субтрактивной, что в переводе означает "вычитающая/исключающая ". Иными словами мы берем белый цвет (присутствие всех цветов) и, нанося и смешивая краски, удаляем из белого определенные цвета.

Зеленый+Синий=Голубой

К+З+С=Б

Красный+Голубой=Белый

Диаметрально противоположные способы генерации цвета мониторов и принтеров являются основной причиной искажения экранных цветов при печати.

Диапазон представления цветов CMYK хуже, чем в RGB, поэтому при преобразовании данных из RGB в CMYK цвета получаются более темными и приглушенными.

Показать распечатанное на принтере фото.

5.3. Графическое представление моделей.

Цветовой круг

На цветовом круге первичные цвета (красный, синий, зеленый) расположены на равном расстоянии друг от друга. Вторичные цвета находятся между первичными. Каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплементарного цвета), причем он находится между цветами, с помощью которых он получен.

У цветового круга есть два свойства:

    1. Каждый цвет можно получить сложением его соседних цветов.
    2. Каждый цвет можно получить вычитанием противолежащего цвета из белого.

Например:

R=М+Y или R=белый-С.

Аналогично дополнительный цвет пурпурный:

М=R+В или М=белый-G

5.4. Механизм образования цвета.

Механизм, основанный на сложении лучей называется аддитивным, а механизм, основанный на вычитании цветного луча из белого — субтрактивным.

Экран монитора покрыт люминофором трех цветов: красного, зеленого и синего. Микропятна люминофора испускают цветные лучи, наша система зрения суммирует их интенсивность и восстанавливает закодированный цвет. При взаимодействии лучей их суммарная яркость усиливается.

Субтрактивный механизм имеет место, когда изображение формируется вычитанием цвета из нейтрально белого светового потока. Белый световой поток падает на страницу бумаги, после чего отражается от нее как окрашенный, потому что часть светового потока захватывается веществом красителя. При взаимодействии нескольких цветных красителей итоговая яркость отраженного луча уменьшается. Цветопередача печатных изображений зависит от условий освещения.

5.5. Цвета для Web-сайта.

Особенно большое значение имеет цвет в дизайне веб-приложений и на больших сайтах с регулярно обновляемой информацией, на которых пользователи постоянно проводят значительное количество времени. Если дизайн веб-сайта сделан в подчеркнуто обезличенной манере, пользователю будет крайне сложно назвать вынужденное общение с ресурсом приятным.

Web-палитра - 216 цветов.

Способ подбора цветов в цветовом круге:

Представить себе над кругом равнобедренный треугольник. Цвета, которые окажутся под вершинами - потенциальные кандидаты на использование.

Так же можно использовать комплиментарные цвета, монохроматические и аналогичные.

5.6. Вопросы. Индивидуально каждый учащийся отвечает на вопросы в тетради или создает электронный документ с ответами.

    1. Какие цвета называются основными?
    2. Какие цвета называются дополнительными?
    3. Приведите 2 способа получения желтого цвета, опираясь на цветовое колесо. Какой является аддитивным? Какой является субтрактивным?
    4. Приведите примеры устройств, формирующих цвет согласно аддитивному механизму
    5. Где используется субтрактивный механизм образования цвета?
    6. Почему основные цвета всегда обозначаются сокращением RGB, а не GRB или BRG? Аналогично, субтрактивные основные цвета всегда обозначаются сокращением CMYK, а не YMCK

    5.7. Задание. Создайте 4 html страницы. Для каждой страницы подберите цветовые схемы в соответствии с цветовым кругом. Выберите цвет фона и цвет текста.

  1. Закрепление. Преподаватель физики. Природное явление - радуга. Объяснение с точки зрения опыта Ньютона по дисперсии света.

6.1. Условия для образования радуги

6.2. Просмотр фотографий радуги

    1. Домашнее задание. Учебник физики. Учить урок 1-2. Выставление оценок
    2. Рефлексия.

Преподаватель компьютерных технологий. Добавьте на html- страницу рисунок, соответствующий вашему настроению на уроке и перечислите в виде списка новые понятия, которые вы усвоили.

    Литература

    1. school-collection.edu.ru
    2. www.colormatters.com/
    3. www.i2r.ru
    4. Www.Ukr-print.net
    5. Г.С. Лансберг Элементарный курс физики III том
    6. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буковцев, В.М. Чаругин Физика 11кл.
    7. Дуванов А.А Основы web-дизайна и школьного сайтостроительства
    8. Л.И. Анциферов Физика 11 класс
    9. Н.М. Шахмаев Элементарный курс физики
    10. С.В. Симонович Общая информатика. Новое издание.-СПб.:Питер, 2007.-428 с.: ил.