Как выглядит сегодня учитель?
Учитель – это творец детской души. Он должен умело формировать молодого человека, помогая достичь чего–то в жизни. А что делать, если учитель сам обременен проблемами на работе, в семье, его не устраивает уровень жизни, у него нет времени развиваться? Наверное, такому учителю не место в школе.
Сегодняшние дети требуют от нас большого внимания. Для них уже не интересно рассматривать картинки в учебнике, выводить мелом формулы на доске, делать конспект в тетради. Ребята внимательно следят за объяснением учителя, если оно эмоциональное. Представьте, как изменится их внимание, если заговорит компьютер, покажет эксперимент, смоделирует сложный быстротекущий процесс. Современные технологии позволяют сделать процесс обучения увлекательным. Существует множество программных продуктов: электронные учебники, мультимедийные презентации, которые можно сделать самому или найти готовые в Интернете. Стремительный технический прогресс не дает передышки. Разве могли мы 10 лет назад подумать о мобильном телефоне? А теперь и на место меловой доски пришли интерактивные.
Когда такая доска появится в вашем кабинете, не ждите от нее чуда, это лишь поверхность, на которой теперь вы будите писать. Она не что без учителя. Учиться надо не работе с доской, а компьютерной грамотности. Работа с интерактивной доской – это, по сути, освоение программного обеспечения, которое надо умело внести в урок. Ученики, решая задачи, на интерактивной доске, строят графики, выделяют формулы, стирают ошибки и таким образом, повышают свою информационную культуру и компьютерную грамотность. Программное обеспечение позволяет сохранять конспекты уроков. В совокупности они составят электронный учебник, созданный учителем и его учениками.
Не для кого не секрет, что урок соответствует темпераменту учителя. Спокойный размеренный урок будет «длиться вечно» для ученика – непоседы, а высокий темп, в лучшем случае, быстро утомит флегматичного ученика. На помощь приходят современные средства обучения. Например, мобильный компьютерный класс. На каждом ноутбуке установлены электронные учебники. Ребята могут изучить, повторить и оценить свои знания урока в темпе, соответствующем их типу нервной системы, познакомиться с дополнительным материалом. После объяснения темы можно закрепить и дополнить материал урока статьями и демонстрациями из Интернета.
Предлагаю примерный план урока с использованием современных средств обучения.
Тема: «Преломление света. Полное отражение».
Цель:
- Изучить явление преломления светового луча на границе раздела двух прозрачных сред.
- Сформулировать закон преломления света.
- Объяснить физический смысл показателя преломления на основании принципа Гюйгенса.
- Познакомить обучающихся с явлением полного отражения света и его практическим применением.
Оборудование:
- персональный компьютер,
- проектор,
- интерактивная доска,
- мобильный класс,
- интернет,
- мультимедийная презентация с использованием материалов обучающих дисков «Открытая физика 2.5» и “Teach Pro: Физика”,
- оптическая шайба,
- источник постоянного тока,
- стеклянная пластина.
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания (решение домашней задачи у доски и фронтальное тестирование).
3. Изучение нового материала по теме «Преломление света. Полное отражение»
План:
- Фронтальный эксперимент – монета на дне сосуда.
- Опыты Птолемея.
- Закон преломления.
- Показатель преломления.
- Явление преломления света в природе.
- Полное внутреннее отражение.
4. Закрепление изученного на уроке материала:
Решение задач.
- Кажущаяся глубина водоема 3м. Какова его истинная глубина? Показатель преломления воды 1, 33.
- Луч света переходит из стекла в воду. Угол падения луча на границу раздела этих двух сред 400. Определите угол преломления луча.
- Почему оклейку обоев в комнате ведут от окна?
- Найдите скорость распространения света в воде, если ее показатель преломления 1,33?
- Определите предельный угол полного отражения для перехода изо льда в воздух. (самостоятельно – 1-й вариант).
- Предельный угол полного отражения для алмаза 240. Чему равна скорость распространения света в алмазе? (самостоятельно – 2-й вариант).
Работа с мобильным классом.
Найти в интернете информацию (наиболее интересные материалы оформить дома в доклад):
- 1-й вариант. О волоконной оптике.
- 2-й вариант. Кто первый предложил световоды
5. Запись домашнего задания:
§ 56 (В.А. Касьянов Физика - 11) «Преломление волн», выписать из учебника необходимые определения, формулировки в тетрадь, стр. 227 задачи № 1 и 3.
6. Подведение итогов урока.
Теория урока
Сегодня на уроке мы ответим на вопрос – что происходит со световым лучом внутри оконного стекла?
Давайте вначале рассмотрим, что происходит на границе между воздухом и водой. Ведь и стекло и вода прозрачны. Разве вам не казалось, что ложка, опущенная в стакан с водой, будто бы переломилась? «Ломаются» и шест, воткнутый в дно реки или озера, и даже наши руки, опущенные в ванну с водой.
Проделаем простейший опыт (рис 1). Возьмем пластиковый стакан с непрозрачными стенками. Положим на дно стакана монетку. Поставьте стакан на стол и сядьте так, чтобы видеть
рис 1
рис 2
часть дна, но не видеть монету. Теперь осторожно наливайте в стакан воду. В какой-то момент монетка начнет «всплывать». Заполнив стакан водой, вы сможете увидеть ее целиком.
Этот опыт демонстрирует явление преломления света на границе вода – воздух. Он был описан еще Евклидом в ІІІ в. до н. э. «Если какой – либо предмет поместить на дно сосуда и удалить сосуд от глаз наблюдателя настолько, что предмет не будет виден, то он вновь станет виден на этом расстоянии, если сосуд залить водой».
Открытию закона преломления предшествовали длительные исследования. Их начало следует отнести ко II в. н. э., когда Птолемей пытался экспериментально установить зависимость между углами, которые составляют падающий и преломленный лучи с перпендикуляром к границе раздела сред.
Птолемей применял диск, разделенный по окружности на 360 частей (рис 2). В центре диска крепились концы двух линеек, которые можно было поворачивать вокруг точки крепления. Диск наполовину погружали в воду, а линейки устанавливали таким образом, чтобы при взгляде вдоль верхней казалось, что обе линейки составляют прямую линию. Птолемей устанавливал верхнюю линейку в разных положениях и экспериментально отыскивал соответствующее положение нижней линейки. Из измерений Птолемея следовало, отношение Sinα / Sinγ лежит в интервале значений от 1,25 до 1,34, т.е. не совсем постоянно. Таким образом, Птолемею не удалось найти правильный закон преломления света.
Прошло более четырех веков, прежде чем закон преломления был, наконец, установлен. В 1626 г. Скончался голландский математик Снеллиус. В его бумагах была найдена работа, в которой был фактически сформулирован закон преломления.
Однако по неизвестным причинам Снеллиус не опубликовал свою работу. Первая публикация, содержащая формулировку закона преломления принадлежит не Снеллиусу, а известному французскому ученому Рене Декарту. Он вывел закон преломления теоретически - на основе предположения о различии скорости света в различных средах.
Выведем закон преломления света из принципа Гюйгенса. Пусть на поверхность А1А4, разделяющую две среды, например воздух и воду, падает плоская волна, характеризующаяся углом падения α. Обозначим через υ1 скорость света в первой среде (в воздухе), а через υ2 – во второй (в воде). Как правильно полагал Гюйгенс, υ1 > υ2. На рис 3 стрелками показаны четыре световых луча, А1В1 – положение волнового фронта в момент, когда луч 1 достигает границы раздела сред. В тот же момент точка А1 превращается, по Гюйгенсу, в источник вторичной сферической волны. Заметим, что эта волна распространяется как в первой среде, так и во второй, порождая соответственно отраженный и преломленный световые пучки; ограничимся рассмотрением только преломления.
Рассмотрим ΔА1С1А4 и ΔА1В1А4.
рис 3
Общая гипотенуза 
тогда 
Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.
Максимальная скорость распространения взаимодействия – это скорость света в вакууме. В любой среде свет распространяется с меньшей скоростью. Физической величиной, характеризующей уменьшение скорости распространения света в среде по сравнению со скоростью света в вакууме, является абсолютный показатель преломления среды.
п = 
Для любой среды п >1.
Чем больше абсолютный показатель преломления среды, тем меньше скорость распространения света в ней. При сравнении абсолютных показателей преломления двух сред используют понятие оптической плотности среды. Оптически более плотная среда – среда с большим показателем преломления, а оптически менее плотная среда – среда с меньшим показателем преломления.
Если п1 – абсолютный показатель преломления первой среды, а п2 - абсолютный показатель преломления второй среды, то можно записать закон преломления в следующем виде
Если луч света падает из оптически менее плотной среды, то угол преломления оказывается меньше угла падения.
Закон преломления света подчиняется принципу наименьшего времени. Представим себе следующую ситуацию: вы находитесь на береге и видите, как с лодки в воду падает человек. Он начинает кричать. Вы приходите ему на помощь. В каком случае вы быстрее доберетесь до тонущего человека: двигаясь по прямой АВ или по ломаной АОВ (рис 4)?
рис 4
Рассмотрим явление преломления света в природе, а именно рефракцию света в атмосфере. Атмосфера представляет собой оптически неоднородную среду, ее плотность изменяется с высотой. По этой причине показатель преломления изменяется от точки к точки. Рефракция света в атмосфере может приводить к обманам зрения. Например, можно наблюдать предметы находящиеся за горизонтом.
Если бы у нашей планеты не было воздушной оболочки, то мгновенно с заходом Солнца за горизонт наступала бы на Землю тьма, и не было бы вечера, а после ночи внезапно наступал бы день, и не было бы утра.
На показатель преломления атмосферы иногда влияют случайные факторы: конвекционные потоки земли, ветра, степень влажности, температуры воздуха и т.д. Так, иногда Солнце кажется заходящим не за линию горизонта, а за некоторую невидимую линию, находящуюся над горизонтом (рис 5,а).
Интересно, что такое явление наблюдается в отсутствие какой – либо облачности на горизонте. Если в это время подняться на вершину холма или на крышу многоэтажного здания, то можно наблюдать еще более странную картину: теперь Солнце заходит за линию горизонта, но при этом солнечный диск оказывается как бы перерезанным горизонтальной «слепой полосой», положение которой по отношению к линии горизонта сохраняется неизменным (рис 5, б).
рис 5
Такая картина наблюдается, если воздух около самой Земли оказывается холодным, а выше располагается слой относительно теплого воздуха. (С высотой показатель преломления уменьшается скачком.)
Итак, сегодня и на предыдущем уроке мы познакомились с явлениями отражения и преломления света. Если пучок света переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (п2 > п1), то при любом угле падения существует как отраженный, так и преломленный пучки света. Пустим луч света в обратном направлении из оптически более плотной среды в менее плотную. Угол падения в этом случае меньше угла преломления. С ростом угла падения возрастает и угол преломления, а так же интенсивность преломленного луча.
При некотором значении α0 угол преломления достигает максимального значения 900. А закон преломления запишется так
Угол α0 называют предельным углом. Для стекла он равен 420. Если угол падения больше α0, преломление света во вторую среду прекращается, свет полностью отражается от граници раздела, как от зеркала – возникает явление полного внутреннего отражения.
Полное внутреннее отражение – явление отражения света от оптически менее плотной среды, при которой преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.
Это явление используется в световолоконной оптике. Волоконная оптика – это система передачи оптических изображений с помощью световодов. Их используют в медицине (эндоскопы - зонды), в системах передачи информации, в призматических биноклях, перископах, зеркальных фотоаппаратах и световращателях (катафотах).