Открытый урок по теме "Оптические приборы. Глаз. Лупа. Микроскоп"

Введение.

Оптические приборы помогают нам исследовать окружающий мир. Телескоп позволяет обнаружить и рассмотреть очертания и детали далеких космических тел, а микроскоп раскрывает тайны нашей планеты, такие как строение живых клеток.

Наши глаза, по сути, представляют собой оптические приборы. Когда мы смотрим на предмет, линзовая система, расположенная в передней части каждого глаза, формирует его изображение на сетчатке - слое глазного дна, содержащем примерно 125 млн. светочувствительных клеток. Падающий на сетчатку свет заставляет клетки посылать в мозг электрический нервный сигнал, позволяя нам визуально воспринимать предмет.

Кроме того, глаза обладают системой регулировки яркости. При ярком освещении зрачок инстинктивно сужается, понижая яркость изображения до приемлемого уровня. При слабом освещении зрачок расширяется, увеличивая яркость изображения.

Информационный блок.

Как действует линза.

Линзовая система глаза состоит из выпуклой линзы хрусталика и расположенной перед ней заполненной жидкостью искривленной оболочки, которая называется роговицей. Роговица обеспечивает четыре пятых всего процесса фокусировки. Тонкая регулировка осуществляется хрусталиком, чья кривизна поверхности изменяется расположенным вокруг него мышечным кольцом (капсулой). Когда глаз не может принять необходимую форму, обычно из-за нарушений в данных мышцах, изображения видимых предметов становятся расплывчатыми.

 Наиболее распространенным недостатком зрения является невозможность сфокусировать на сетчатке изображения отдельных предметов. Если линзовая система глаза слишком сильная, другими словами, если она очень выпуклая, то удаленные предметы будут расплываться, а близкие - давать четкие изображения. Людей с таким нарушением именуют близорукими. Если выпуклость хрусталика недостаточна, то расплываться будут близкие предметы, а четкими останутся изображения удаленных предметов. Обладателей такого зрения называют дальнозоркими. Оба нарушения можно исправить, пользуясь очками или контактными линзами. Близорукие люди носят очки с вогнутыми линзами (более тонкими посередине), которые позволяют их глазам фокусироваться на удаленных предметах. Дальнозоркие люди носят очки с выпуклыми линзами (утолщенными в центре).

Увеличение.

Сильные выпуклые линзы часто используются в качестве увеличительных стекол. Первые увеличивающие устройства использовались примерно 2000 лет назад. В древнегреческих и древнеримских документах описывается, как для увеличения предметов можно использовать наполненный водой круглый стеклянный сосуд. Полностью сделанные из стекла линзы появились гораздо позже и, вероятно, впервые были использованы в XI веке монахами, трудившимися над рукописями. В конце XIII века увеличительные стекла с небольшим увеличением уже использовались в очках для коррекции дальнозоркости. Но техника изготовления вогнутых линз для коррекции близорукости была изобретена только в начале XV века.

Телескопы.

Когда появились увеличительные стекла, люди, естественно, попытались использовать вместо одного два таких стекла, чтобы получить еще большее увеличение. Экспериментальным путем было обнаружено, что при определенном расстоянии между линзами отдаленный объект можно увидеть со значительным увеличением. Такое расположение линз послужило основой для создания первого телескопа, который в то время назывался зрительной трубой. Изобретение этого прибора иногда приписывают жившему в XIII веке английскому философу и естествоиспытателю Роджеру Бэкону. Но, возможно, пальма первенства принадлежит арабским ученым.

Рефрактор Галилея.

Зрительная труба, созданная в 1608 году голландским оптиком Хансом Липперши, привлекла внимание итальянского ученого Галилея. В течение короткого времени ученый усовершенствовал конструкцию Липперши и создал несколько труб с улучшенными характеристиками. С их помощью он совершил ряд открытий, включая горы и долины на Луне, а также четыре спутника Юпитера.

 Открытия Галилея показали важность телескопа, а используемый им тип прибора получил известность как телескоп Галилея. Выпуклая линза его объектива собирала свет от наблюдаемого объекта. А вогнутая линза окуляра отклоняла световые лучи таким образом, что они создавали увеличенное прямое изображение. Линзы устанавливались в трубах, одна из которых (меньшего диаметра) скользила внутри другой. Это позволяло регулировать расстояние между линзами, получая при этом четкое изображение.

Телескоп Галилея работает с использованием принципа преломления (отклонения) света и поэтому известен также как телескоп-рефрактор. Другой вид телескопа-рефрактора характеризуется выпуклостью обеих линз. Такая конструкция создает увеличенное, но перевернутое изображение и известна как астрономический телескоп.

Рефлектор Ньютона.

При использовании ранних телескопов-рефракторов возникала одна существенная проблема, которая обусловлена дефектом линз, называемым хроматической аберрацией и приводящим к появлению вокруг изображений нежелательных цветных ореолов. Для устранения этого недостатка английский ученый Исаак Ньютон в 1660-е годы сконструировал телескоп-рефлектор. Для концентрации световых лучей и создания изображения в нем вместо линзы объектива используется вогнутое зеркало, не образующее цветных ореолов. Плоское зеркало отражает свет в выпуклую линзу окуляра, установленную на главной трубе сбоку. Прибор такого типа известен как телескоп Ньютона.

Микроскопы.

Увеличительное стекло иногда называют простым микроскопом, т. к. его используют при наблюдении мелких объектов.

Сложный микроскоп состоит из двух выпуклых линз. Линза объектива создает увеличенное изображение, которое затем снова увеличивается линзой окуляра. Как и в астрономическом телескопе, это изображение перевернуто. Многие сложные микроскопы имеют комплект объективных линз с различной степенью увеличения.

№ специальности 51

Дисциплина: физика

Количество часов: 2

Тема занятия: Оптические приборы. Формула линзы. Глаз, лупа, микроскоп.

Тип занятия: (теория) комбинированный урок (практикоориентированный).

Курс: I (группа 101)

Специальность: сестринское дело

Место проведения занятия: кабинет физики №1

Цели занятия:

• Образовательная: ввести основные понятия и законы. Повторить, расширить знания студентов по основным темам раздела “Оптика. Геометрическая оптика. Линзы, оптические приборы”. Изучить устройство и принцип работы оптических приборов.
• Развивающая: формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать результаты экспериментов; активизировать мышление студентов, умение самостоятельно делать выводы, развивать речь; продолжить развитие умения работать с физическими приборами. Проанализировать целесообразность использования оптических приборов в медицине.
• Воспитательная: развитие познавательного интереса к предмету, расширение кругозора студентов, показать возможность использования полученных на занятиях знаний в жизненных ситуациях. Обсудить границы применения оптических приборов в технике, промышленности, медицине и быту.

Междисциплинарные связи: математика, биология.

Методы обучения: словесные; наглядные; практические: опыты, решение задач, кроссворды; проблемные вопросы.

Средства обучения:

• Наглядные пособия: учебники, плакаты, таблицы.
• Раздаточный материал: тетради для самостоятельных работ, карточки, сборники задач, кроссворды.
• Технические средства обучения: ПК, интерактивная доска, мультимедийная презентация, демонстрационное оборудование (приборы).
• Основная литература: Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. Учебник для 11 кл.-М.,2005

Дополнительная литература: Кирик Л.А., Дик Ю.И. “Физика” сборник заданий и самостоятельных работ. 11 кл .- Илекса, М. 2005.

СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ

Организационный момент. Приветствие.

Преподаватель: постановка целей занятия.

Студенты: Запись темы в конспект. (На интерактивной доске высвечивается 1, 2 слайды презентации). (Приложение №1-Мультимедийная презентация).

Повторение пройденного материала.

Преподаватель: Демонстрация презентации на ПК. (На интерактивной доске высвечивается 4 слайд презентации). Преподаватель задаёт вопросы студентам:

- Какие из показанных на слайде линз относятся к собирающим, а какие к рассеивающим? (Ответ: 1,2,3-собирающие; 4,5,6-рассеивающие)(слайд №4).

- Что такое линза? (Ответ: Линза - прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями). (слайд №8)

- Какие бывают линзы? (Ответ: Выпуклые – линзы, у которых края намного тоньше, чем середина. Вогнутые – линзы, у которых края толще, чем середина). (слайд №8)

Преподаватель: после 4 и 5 слайдов демонстрируется учебный видеофильм - “Виды линз”.

Студенты: записывают информацию в конспект (слайд №9).

Входной контроль.

Проверка умений (слайд №10).

Преподаватель: раздает студентам кроссворд (Приложение №2) .

Студенты: индивидуальная работа с кроссвордом.

Изучение нового материала.

Студенты: Работа у доски с презентацией (групповая работа с заранее полученными темами) (слайды № 11- 29).

Первый выступающий рассказывает о строении глаза, работая с интерактивной доской и презентацией.

Тема выступления: Глаз - оптический прибор (слайды № 11,12).

Второй выступающий рассказывает о дефектах зрения, работая с интерактивной доской и презентацией.

Тема выступления: Дефекты зрения (слайды № 13-20).

Третий выступающий рассказывает коррекции зрения, работая с интерактивной доской и презентацией.

Тема выступления: Коррекция зрения (слайды № 21-24).

Преподаватель после 24 слайда показывает научный фильм о лазерной коррекции зрения.

25 слайд: блок-схему: “Оптические приборы вооружающие глаз”, студенты записывают в конспект.

Четвёртый выступающий рассказывает о строении и принципе работы лупы, работая с интерактивной доской и презентацией.

Тема выступления: Оптический пробор – Лупа (слайд № 26).

Пятый выступающий рассказывает о строении и принципе работы микроскопа, работая с интерактивной доской и презентацией.

Тема выступления: Оптический пробор – Микроскоп. Строение, принцип работы (слайд № 27-29).

Преподаватель рассказывает по слайдам презентации о других оптических приборах:

Труба Кеплера (слайд № 30)

В 1613 г. была изготовлена Кристофом Шайнером по схеме Кеплера. Объектив – длиннофокусная линза, дающая действительное уменьшенное, перевернутое изображение предмета. Изображение удаленного предмета получается в фокальной плоскости объектива. Окуляр находится от этого изображения на своем фокусном расстоянии.

Угловым увеличением зрительной трубы называется отношение угла зрения, под которым мы видим изображение предмета в трубе, к углу зрения, под которым мы видим тот же предмет непосредственно.

Труба Кеплера дает перевернутое изображение.

Бинокль (слайд № 31).

Бинокль представляет собой две зрительные трубы, соединенные вместе для наблюдения предмета двумя глазами.

Призменный бинокль.

Для уменьшения размеров применяемых в бинокле труб Кеплера и переворачивания изображения используются прямоугольные призмы полного отражения.

Оптический прицел: устройство и применение (слайд № 32).

Труба Галилея (слайд № 33).

Галилей в 1609 году конструирует собственноручно первый телескоп. Лучи, идущие от предмета, проходят через собирающую линзу и становятся сходящимися (дали бы перевернутое, уменьшенное изображение). Затем они попадают на рассеивающую линзу и становятся расходящимися. Они дают мнимое, прямое, увеличенное изображение предмета.

С помощью своей трубы с 30-кратным увеличением Галилей сделал ряд астрономических открытий: Обнаружил горы на Луне, пятна на Солнце, открыл четыре спутника Юпитера, фазы Венеры, установил, что Млечный Путь состоит из множества звезд.

В наше время в основном применяются в театральных биноклях.

Телескоп - оптическое устройство представляет собой мощную зрительную трубу, предназначенную для наблюдения весьма удаленных объектов – небесных светил.

Телескоп – это оптическая система, которая, “выхватывая” из пространства небольшую область, зрительно приближая расположенные в ней объекты. Телескоп улавливает параллельные своей оптической оси лучи светового потока, собирает их в одну точку (фокус) и увеличивает при помощи линзы или, чаще, системы линз (окуляра), которая одновременно снова преобразует расходящиеся лучи света в параллельные.

Линзовый телескоп совершенствовался. Чтобы улучшить качество изображения, астрономы использовали новейшие технологии стекловарения, а также увеличивали фокусное расстояние телескопов, что, естественно приводило к увеличению и их физических размеров (например, в конце XVIII века длина телескопа Яна Гевелия достигала 46 м). Стремясь усовершенствовать конструкцию телескопа таким образом, чтобы добиться максимально высокого качества изображения, ученые создали несколько оптических схем, использующих как линзы, так и зеркала. Среди таких телескопов наибольшее распространение получили катадиоптрические системы Ньютона.

По типу элемента, используемого для сбора световых лучей в фокусе, все современные потребительские телескопы подразделяются на линзовые (рефракторы), зеркальные (рефлекторы) и зеркально-линзовые (катадиоптрические).

Линзовые телескопы (рефракторы) (слайд № 34)

Преимущества:

• закрытая труба телескопа предотвращает проникновение внутрь трубы пыли и влаги, которые оказывают негативное воздействие на полезные свойства телескопа.
• просты в обслуживании и эксплуатации – положение их линз зафиксировано в заводских условиях, что избавляет пользователя от необходимости самостоятельно производить юстировку, то есть тонкую подстройку.
• отсутствует центральное экранирование, которое уменьшает количество поступающего света и ведет к искажению дифракционной картины.

Недостатки: хроматическая аберрация.

Зеркальные телескопы (рефлекторы) (слайд № 34)

Преимущества:

• Объектив – параболическое зеркало большого диаметра лишено хроматической аберрации.
• менее дороги в производстве: в конструкции рефлектора присутствуют всего две нуждающиеся в полировке и специальных покрытиях поверхности.

Недостатки:

• большую длину трубы, делающую телескоп более уязвимым к колебаниям.
• сложное обслуживание, предполагающее регулярную юстировку каждого зеркала.

Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) (слайд № 34)

Преимущества:

• При сохранении компактных размеров телескопа, позволяет добиваться большего увеличения.

Недостатки:

• Нуждаются в постоянной юстировке.

Закрепление. Работа с приборами и карточками.

Студенты выполняют практическую работу по определению оптической силы линзы, используя приборы. Описание работы в Приложении № 3. На интерактивной доске высвечивается слайд из видеофильма.

 После эксперимента студенты выполняют задания по карточкам (Приложение №4). На интерактивной доске слайд № 36 с домашним заданием.

Рефлексия. Подведение итогов.

Преподаватель и студенты обсуждают изученную тему, задают вопросы по пройденному материалу.

• Приложение 2
• Приложение 3
• Приложение 4
• Приложение 5
• Приложение 6
• Приложение 7