Линзы. Оптическая сила линзы. Изображения, даваемые линзой. 8-й класс

Разделы: Физика

Класс: 8

Цель занятия: после изучения свойств линзы и построения изображений в линзах, учащиеся смогут сформулировать физические свойства и характеристики линз, а также использовать эти свойства для нахождения изображений графическим методом.

Задачи:

  1. Показать и рассказать учащимся обо всех физических свойствах и характеристиках собирающей и рассеивающей линзы. Продемонстрировать последовательность построения изображения предмета в линзах. Показать формулу на определение оптической силы линзы, а также формулу тонкой линзы, и их использование.
  2. Учащиеся смогут показать на линзе все основные линии и точки, различить типы линз; выполнить изображение предмета при любом положении его к линзе, как собирающей, так и рассеивающей; определить оптическую силу линзы по фокусу, а также использовать формулу тонкой линзы для определения фокуса, расстояния до предмета или до изображения.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Занятие проводится в компьютерном классе. В классе 10 персональных компьютеров, компьютер для учителя, проектор, экран. Для работы на данном учебном занятии учащиеся должны уметь: выполнять тест, уметь открывать Библиотеку электронных наглядных пособий, находить необходимую информацию в Интернете.

Для хорошего усвоения темы, учащиеся должны знать: закон прямолинейного распространения света, закон преломления света на границе раздела двух сред. Учащиеся должны уметь пользоваться транспортиром, угольником, уметь определять углы по таблице Брадиса.

В ходе проведении занятия учащиеся приобретут следующие компетентности:

  1. Информационная компетентность. Обработка информации (систематизация полученной информации, перевод текстовой информации в графическую, подтверждение вывода самостоятельно полученными данными.)
  2. Коммуникативная компетентность. Публичное выступление (подготовка плана выступления на основе заданных целей, целевой аудитории и жанров выступления).
  3. Информационная компетентность. Извлечение первичной информации (самостоятельное планирование и осуществление извлечения информации из различных источников).

Формы учебного занятия:

  1. Изучение нового материала, с использованием ЦОР и презентации.
  2. Выполнение теста – Приложение 2.
  3. Выполнение заданий по карточкам – Приложение 3.
  4. Выполнение КОЗ – Приложение 4.
  5. Создание презентации с использованием Интернет ресурса.

Ход урока

Перед началом урока учащихся делят на группы по 2, 3 человека и они располагаются около компьютеров. На компьютерах установлена Библиотека электронных наглядных пособий по физике (из коллекции ЦОР), или можно использовать другие ЦОРы.

Вступление:

Здравствуйте ребята. Новая тема, которую мы будем изучать, не только интересна, но очень важна. Когда вы познакомитесь с ней, то узнаете свойства линз, сможете выполнять построения в линзах, познакомитесь с принципом действия некоторых оптических устройств.

Урок начинается с показа слайда 1 (Презентация), на котором изображена тема урока, далее идут слайды 2 и 3 с целью и задачами урока.

Лекция:

Явление преломления света лежит в основе действия линз и многих оптических приборов, служащих для управления световыми пучками и получения оптических изображений.

Линза обычно – это оптически прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.

Вопрос учащимся: Почему свет изменяет своё направление, проходя через линзу?

Ответ: Так как свет два раза проходит через границу раздела двух сред: когда входит в линзу и выходит из неё.

Лекция:

Линзу можно представить, как совокупность призм, а в призме луч света претерпевает двойное преломление, в Библиотеке электронных наглядных пособий по физике, в конструкторе информационных объектов, в разделе Оптика, тонкие линзы, откройте анимацию «Прохождение луча света через треугольную призму» и далее «Двояковыпуклая линза, как совокупность призм».

 Существует два вида линз: а) выпуклые и б) вогнутые, в Библиотеке электронных наглядных пособий по физике, в конструкторе информационных объектов, в разделе Оптика, тонкие линзы, откройте рисунок/живопись «Виды линз». А теперь обратите внимание на слайд (слайд 4) на экране, если смотреть слева направо, то мы видим, что выпуклые линзы бывают трёх видов: двояковыпуклые, плосковыпуклые, вогнутовыпуклые, а рассеивающие линзы: двояковогнутые, плосковогнутые, выпукловогнутые.

В школьном курсе физики изучаются так называемые тонкие линзы, это такие линзы, толщина которых много меньше кривизны их поверхности.

Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в сходящийся и собирают его в одну точку называют собирающими линзами, в Библиотеке электронных наглядных пособий по физике, в конструкторе информационных объектов, в разделе Оптика, преломление света, откройте рисунок/живопись «Прохождение параллельных лучей через выпуклую линзу». Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в расходящийся – рассеивающим, в Библиотеке электронных наглядных пособий по физике, в конструкторе информационных объектов, в разделе Оптика, преломление света, откройте рисунок/живопись «Прохождение параллельных лучей через вогнутую линзу».

А теперь обратите внимание на экран (на экране показывается видео из Библиотеки электронных наглядных пособий – Ход лучей в собирающей линзе, ход лучей в рассеивающей линзе). Основываясь на полученную информацию, можно сделать вывод: фокус рассеивающей линзы мнимый. Действия линз различной конфигурации, в конечном счёте, бывает либо собирающим, либо рассеивающим. Если средняя часть линзы толще, чем её края, то линза собирающая, а если наоборот, то – рассеивающей.

На слайде 5 вы видите схематическое обозначение линз.

Вопрос учащимся:

  1. Какие линзы называют тонкими?

Следующий слайд 6 показывает основные параметры линзы:

  • оптический центр линзы;
  • оптические оси линзы и главную оптическую ось линзы;
  • главные фокусы линзы (действительный и мнимый) и фокальную плоскость;
  • побочный фокус.

Кроме фокусного расстояния F, линзы часто характеризуют оптической силой D:

D = 1/F (слайд 7)

При этом F обязательно выражается в метрах. Оптическую силу линзы измеряют в диоптриях:

1 дптр = 1 м-1

То есть 1 дптр – это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием F = 1 м.

(Слайд 8). Оптическая сила собирающих линз D>0, так как F>0. Для рассеивающих линз D<0, так как F<0.

Практический интерес представляет случай нескольких близкорасположенных линз. В этом случае оптическая сила системы линз равна сумме (обязательно с учётом знака) оптических сил отдельных линз:

Dсист = D1 + D2

Вопросы учащимся:

  1. Перечислите основные линии и точки на линзе.
  2. Сформулируйте формулу для определения оптической силы линзы, в каких единицах она измеряется?

При помощи линз можно не только собирать и рассеивать лучи света, но и получать разнообразные изображения предмета. Именно благодаря этой способности линзы широко используются на практике.

Характер получаемого изображения зависит от взаимного расположения предмета и линзы. Изменяя расстояние между ними, можно увеличить или уменьшить изображение, сделать его прямым или обратным (перевёрнутым), действительным или мнимым.

Как получается изображение? Мы знаем, что любой (видимый) объект представляет собой совокупность светящихся своим или отражённым светом точек. От этих точек исходят расходящиеся пучки лучей, которые после преломления в линзе либо сами, либо своими продолжениями снова сходятся в определённых точках; их совокупность и образует изображение данного предмета.

Для построения изображения каждой точки достаточно двух лучей. Из бесчисленного множества лучей, выходящих из данной точки, выбирают те, ход которых наиболее прост и потому легко может быть воспроизведён в процессе построения изображения. Такими лучами являются: (Слайд 9)

  1. луч, проходящий через центр линзы (при прохождении через линзу этот луч практически не изменяет своего направления);
  2. луч, падающий на линзу параллельно её главной оптической оси (после преломления в линзе этот луч либо сам, если линза собирающая, либо своим продолжением в обратную сторону, если линза рассеивающая, проходит через главный фокус линзы).

Чтобы построить изображение линейного предмета, например стрелки АВ (слайд 10), необходимо построить сначала изображение точки А, затем изображение точки В, после чего надо соединить точки A1 и B1; отрезок A1B1 и будет являться изображением данного предмета.

Используя эти указания, выясним, каким является изображение, даваемое собирающей линзой, при трёх разных расстояниях предмета от линзы.

1. Пусть расстояние от предмета АВ до линзы превышает её фокусное расстояние более чем в 2 раза.

Постоим сначала изображение точки А. Для этого проведём из этой точки два луча, один из которых направим параллельно главной оптической оси линзы (после преломления в линзе он пройдёт через её главный фокус), а другой – через оптический центр линзы. Эти лучи пересекутся в некоторой точке A1. Точка A1 будет изображением точки А.

Построим теперь изображение точки В. Для этого, как и раньше, проведём из неё два луча – один параллельно главной оптической оси линзы, а другой через её центр. Точка пересечения этих лучей B1 будет изображением точки В.

Изображения всех остальных (промежуточных) точек предмета АВ будут лежать между A1 и B1.Соединив эти точки, проведя стрелку от первой из них ко второй, мы получим отрезок A1B1 – изображение предмета АВ.

Мы видим, что если предмет находится за двойным фокусом собирающей линзы, то его изображение является: а)действительным; б) уменьшенным; в) обратным (перевёрнутым).

Такое изображение используется в фотоаппарате.

2. Пусть предмет АВ находится между фокусом и двойным фокусом (слайд 11).

Как и предыдущем случае, проведём сначала два луча из точки А. Точка их пересечения A1 будет изображением точки А. Затем проведём два луча из точки В. Точка их пересечения B1 будет изображением точки В.

Соединим точки A1 и B1 – изображение предмета АВ.

Мы видим, что если предмет находится между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы, то его изображение является: а) действительным; б) увеличенным; в)обратным.

Такое изображение используют при работе с проекционными аппаратами.

3. Пусть предмет АВ находится между линзой и её фокусом (слайд 12).

Направив из точки А на линзу два стандартных луча, мы увидим, что после преломления в линзе они выйдут из неё расходящимися. Изображением точки А в этом случае будет точка пересечения не самих лучей, а их продолжений в обратную сторону, таким образом, A1 – это мнимое изображение точки А.

Аналогично получаем точку B1 – мнимое изображение точки В.

Соединив точки A1 и B1, получаем отрезок A1B1 – мнимое изображение предмета АВ.

Итак, если предмет находится между собирающей линзой и её фокусом, то его изображение является: а)мнимым; б) увеличенным; в)прямым.

Такое изображение получают, когда пользуются лупой.

Рассмотрим теперь изображение, даваемое рассеивающей линзой (слайд 13). Эта линза образует расходящийся пучок света. Поэтому действительных изображений с её помощью получить нельзя.

Рассеивающая линза при всех положениях предмета даёт мнимое, уменьшенное и прямоё изображение.

А теперь, чтобы вы наглядно получили представление, как получается изображение в линзе, посмотрите видео «Получение изображения при помощи линз» (Библиотека электронных наглядных пособий).

И в заключение изучения свойств линз познакомимся с формулой тонкой линзы (слайд 14):

1/F = 1/f + 1/d,
где F – фокусное расстояние;
f – расстояние от линзы до изображения;
d – расстояние от линзы до предмета.

Вопросы учащимся:

  1. Какие два вида лучей используется при построении изображения в линзах?
  2. Сформулируйте формулу тонкой линзы.

А теперь переходим к практической части нашего занятия.

Учащимся выдаются карточки индивидуального контроля

Фамилия, имя учащегося Выполнение теста Выполнение построения по карточке КОЗ №1 КОЗ №2 Итого
           

Все задания оцениваются по 5-ти бальной системе, в конце занятия выводится средняя оценка.

9 учащихся решают тест, остальным выдаются задания по карточкам, по мере выполнения меняются местами, задания по карточкам и тест выполняют индивидуально.

Для выполнения КОЗ учащиеся делятся на малые группы по 2 человека. Одна половина учащихся решают КОЗ №1, другая в это время выполняют КОЗ №2 (практическая работа), потом меняются местами (задание выдаётся на карточках).

Вопросы учебной темы:

  1. Нужны ли линзы человеку?
  2. Где, по вашему мнению, можно использовать линзы?

Проводится обсуждение вопросов, после этого учащиеся опять делятся на группы по 2-3 человека, как в начале занятия, и приступают к заключительному этапу: создание презентации по теме «Где используются линзы?». Защита презентации будет осуществляться на следующих занятиях, за неё будет выставляться отдельная оценка.

Основополагающий вопрос:

Как изменился окружающий мир для человека, после того как он стал использовать линзы?

Учащиеся высказывают своё мнение по данному вопросу, за активное участие в обсуждении триады вопросов, учащиеся оцениваются отдельной оценкой.

Домашнее задание:

  1. §§66, 67 учебника, вопросы к §§.
  2. Упражнение №33 (задача №2), упражнение №34 (задачи №3, 4).

Ответы к тестам: 1 – 2; 2 – 3; 3 – 5; 4 – 4; 5 – 4; 6 – 2; 7 – 1; 8 – 1.