Цели:
- Продолжить формирование понятий "отражение света", "преломление света".
- Сформировать представление о полном внутреннем отражении.
- Развить убеждение о том, что количественные изменения свойств веществ приводят к существенным качественным изменениям.
- Воспитывать самостоятельность, инициативу и творчество.
Оборудование.
- Для фронтального эксперимента: стаканчики с водой, стеклянные трубки, пробирки.
- Для демонстрационного эксперимента: скамья с кюветой; вода; раствор молока; зеркало; штатив; подъемный столик.
- Мультимедийное сопровождение: компьютер, проектор, (интерактивная доска), презентация "Геометрическая оптика", флип-чарт в программе StarBoard.
- Учебник: Физика 11. Учебник базового уровня. Л. Э. Генденштейн, Ю.И. Дик ("Илекса", 2006 г.)
Ход урока
Постановка задачи урока, актуализация знаний.
Ребята, сегодня мы приступаем к изучению законов геометрической оптики. Первые представления по этой теме были получены вами в 8 классе. Более тщательное исследование проблемы предстоит осуществить сегодня. Форма деятельности на уроке будет исследовательская. Проводя фронтальный и демонстрационный эксперимент, изменяя его постановку, мы будем исследовать, как происходит распространение светового пучка в различных средах: оптически однородных и неоднородных, что происходит при переходе пучка света из одной среды в другую.
Демонстрация слайда-1. Источник света, луч, световой пучок - основные понятия геометрической оптики - запись определений в рабочую тетрадь (стр. 142).
Опыт 1
Используем кювету с водой для наблюдения хода светового луча в воде. В качестве источника света используем лазерную указку. Лазер даёт узкий пучок света.
Можно ли его назвать лучом?
(Нет, луч - это линия, ограниченная с одной стороны).
Как распространяется свет в воде?
(Прямолинейно).
Опыт 2.
Наливаем в кювету раствор молока (на 200 мл дистиллированной воды 2-3 капли молока).
Что произойдет со световым пучком? Объясните.
Почему туман и облака непрозрачны, ведь они состоят из маленьких прозрачных капелек воды?
В каком случае свет распространяется прямолинейно?
(Рассеяние света в неоднородной среде; при каждом переходе света из одной среды в другую, происходит изменение направления распространения света).
Демонстрация слайда-2. Закон прямолинейного распространения света.
Запись закона в рабочую тетрадь (стр. 142).
Демонстрация слайда-3 Затмения. Построение тени, полутени.
Схема затмения солнца и луны.
Демонстрация слайда-4. Изменение направления распространения света.
Вспомним, что происходит с энергией света на границе раздела двух сред.
Опыт 3.
Используем прибор по геометрической оптике, где источником света служит лазер. Демонстрируем отражение света.
Объясните наблюдаемое явление, т.е. какая закономерность наблюдается?
Демонстрация слайда-5. Закон отражения света.
Запись закона в рабочую тетрадь. Работа с учебником: построение изображения светящейся точки в плоском зеркале (стр. 143).
Проверим, как ведёт себя световой луч на границе раздела двух прозрачных сред.
Опыт 4.
Демонстрация преломления света.
Демонстрация слайда-6. Закон преломления света.
Запись в рабочую тетрадь определений основных понятий. (Относительный, абсолютный показатель преломления. Оптическая плотность среды).
Фронтальный эксперимент №1
Исследуем, какие эффекты наблюдаются при переходе светового пучка через границу оптически более плотной среды и оптически менее плотной.
На ваших столах стаканчики с водой, трубки и пробирки. Наблюдайте с разных позиций. Что замечаете?
(Изменение размеров трубки, смещение нижней части, дно приподнимается).
Демонстрация слайда-7. Преломление света.
Фронтальный эксперимент №2
Опустите в пробирку карандаш и поставьте в сосуд с водой. Что вы наблюдаете?
(Та часть пробирки, которая опущена в воду, посеребрена, карандаша в ней не видно).
Изменяя положение наблюдения, всегда вы видите пробирку посеребренной? (Нет)
Из стакана налейте воды высотой 2 сантиметра в пробирку и вновь опустите её в стаканчик. Что вы наблюдаете?
(Там, где вода в пробирке - карандаш виден, посеребрения нет; где воздух в пробирке - посеребрение пробирки).
Ваши предположения, почему так происходит?
Опыт 5.
Демонстрация полного внутреннего отражения.
Обращаем внимание учащихся, что при малом угле
падения часть света проходит в воздух (большая), а
незначительная часть отражается от раздела двух
сред. При большем угле падения световая энергия
падающего луча перераспределяется: все более
интенсивным становится отраженный луч. При
определенном угле падения, отраженный луч
скользит по поверхности воды: 
= 90° . Этот угол обозначается 
0 - предельный угол
полного отражения - угол падения света на границу
раздела двух сред, при котором свет в оптически
менее плотную среду преломляется под углом в 90°.
Запись в тетрадь: определение полного внутреннего отражения, предельного угла, формулы стр. 144.
Для прозрачных веществ значения 0 рассчитаны по
формуле. Чем оптически плотнее среда, тем 0 меньше.
Например, для алмаза n = 2,42; 0 = 24° 40'; для воды 0 = 48° 35'.
Каков физический смысл показателя преломления?
(Показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света во второй среде меньше скорости света в первой).
Ответим на вопрос фронтального эксперимента.
(При определенном угле наклона пробирка
кажется посеребренной, т.к. световые лучи падают
на границу раздела сред вода - воздух под углом больше 0 ,возникает
явление полного внутреннего отражения. Когда в
пробирку наливаем воду, оптическая плотность
сред одинакова - свет отражается от поверхности
карандаша).
Демонстрация слайда-8. Полное внутреннее отражение.
Демонстрация слайдов-9-10. Применение полного внутреннего отражения.
Беседа о применении оптического волокна в области электронных коммуникаций, медицине. На явлении полного внутреннего отражения основано появление раздела волоконной оптики, в котором изучается формирование изображений при распространении света по световодам. Высоко прозрачные световоды изготовляют из весьма чистых материалов. Основной метод этого производства - вытягивание световода из расплава кварцевого стекла; наружная оболочка из того же кварца легируется примесями, снижающими показатель преломления (бор, германий, фосфор). Волоконная оптика применяется в медицине, для передачи большого объема информации, для освещения недоступных мест, в рекламе, бытовой осветительной технике. Полное внутреннее отражение встречается в природе.
Примеры проявления явления преломления света в природе.
Демонстрация слайдов-11 - 14.
Пояснения к иллюстрациям.
В результате атмосферной рефракции солнце, луну, звезды мы видим выше того места, где они находятся на самом деле; увеличивается продолжительность дня в средних широтах на 10-12 минут; в полярных зонах до 2-3 суток, следовательно, полярный день больше полярной ночи почти на 6 суток. Атмосферная рефракция объясняет сжатие дисков луны и солнца у поверхности Земли (на горизонте), мерцание звезд (воздушные потоки приводят к изменению плотности атмосферы на пути световых лучей). Мерцание у горизонта и при наличие высокого содержания в атмосфере водяных паров проявляется в большей степени).
И преломление света, и полное внутреннее отражение имеют место при возникновении радуги.
Так неожиданно и ярко
На влажной неба синеве
Воздушная воздвиглась арка
В своем минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила.
Другим за облака ушла.
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.
(Ф.И. Тютчев)
Заключение.
Демонстрация слайда-15.
Из наблюдения явлений природы человек путём анализа формулирует проблему, выдвигает научную гипотезу, подтверждает или опровергает её на опыте.
Так завершается цикл научного познания, который мы и применили на практике. Законы геометрической оптики, которые мы сегодня получили в ходе эксперимента, подлежат запоминанию и дальнейшему применению.
Задание на дом: 19 подготовить ответы на вопросы.
Закрепление знаний.
В завершении урока при наличии интерактивной доски выполняется задание (приложение 2 - задание в программе StarBoard): привести в соответствие изображение оптических эффектов и название явлений, их объясняющих.
В противном случае задание выполняется в виде теста.
Вопросы для контроля (тест).
1. Лунная дорожка на воде
2. Блеск драгоценных камней
3. Затмение Солнца
4. Рассеивание света фар автомашины в тумане
5. Сверкающая белизна свежевыпавшего снега.
Какие свойства света проявляются в каждом примере?
Варианты ответов:
А. прямолинейное распространение света;
Б. отражение света;
В. полное внутреннее отражение;
Г. преломление.