Вопросы учителя как средство обучения учащихся физике

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

"Гомельский государственный университет

имени Франциска Скорины"

Физический факультет

Кафедра оптики

Вопросы учителя как средство обучения учащихся физике

Исполнитель

студент группы Ф-53п

А.В. Крыжевич

Научный руководитель

канд.физ.-матем. наук доцент

доцент кафедры оптики

А.Н. Годлевская

Гомель 2013

Введение

Доминирующей идеей в системе вузовского образования в настоящее время является связь обучения и сферы практического приложения научных знаний. Претворение этой идеи в жизнь затруднено не только отсутствием в вузах и школах современного лабораторного оборудования и фактически почти полным отсутствием связи учебных заведений с производством. Существенны пробелы в теоретической подготовке школьников и студентов, в развитии их логического мышления, обусловленные отсутствием тренинга в доказательстве суждений и утверждений, в анализе содержания учебного материала, вопросов, условий задач (качественных и расчетных), предлагаемых для решения на уроке и дома. Тем не менее, в рамках обязательных занятий и внеурочной работы по физике имеется возможность сформировать у учащихся соответствующие навыки в ходе анализа проблемных ситуаций, поиска решений в стандартной и нестандартной ситуации, творческого применения знаний, а также способствовать формированию положительной мотивации к изучению физики и продолжению образования в области физико-технических наук. Поэтому важно организовать специальный тренинг, в ходе которого учащиеся могли бы глубже изучить физические явления, приобрести навыки анализа вопросов и задач о них и практического применения закономерностей этих явлений при решении качественных задач. Вопросы учителя - разные по содержанию и сложности - эффективное средство для развития любознательности учащихся и их интеллектуального развития. Учителю необходимо знать целевое назначение вопросов различного типа, их классификацию, требования, которым они должны удовлетворять, а также учитывать особенности их применения на различных этапах учебной деятельности. Значительную сложность испытывают студенты - будущие педагоги и многие учителя при необходимости переформулировать вопрос иначе, если ученик не понимает и не умеет проанализировать его. Соответствующий тренинг необходим и учителю, и ученикам.

Поэтому тема настоящей дипломной работы актуальна. Цель работы: разработка комплекса вопросов для входного, текущего, промежуточного и итогового контроля знаний по оптике учащихся с разным уровнем подготовки по физике; проектирование учебного процесса (разработка рабочих программ, планов-конспектов уроков и внеурочных мероприятий) с использованием созданной автором дипломной работы базы данных.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

изучить нормативные документы министерства образования Республики Беларусь, в которых регламентировано изучение физики в учреждениях образования, обеспечивающих получение общего среднего образования;

изучить содержание учебных пособий, рекомендованных учащимся для изучения оптики, и научно-методической литературы для учителей, в которых описаны методика преподавания данного раздела физики и личный опыт учителей;

составить пособие качественных задач для организации тренинга учащихся в их решении;

разработать примерный тематический план изучения оптики в девятом и одиннадцатом классе средней школы и соответствующие ему планы-конспекты уроков, на различных этапах которых учитель и ученики могли бы проявить свое умение формулировать вопросы и ответы на них;

апробировать разработанные материалы в ходе педагогической практики (при наличии возможности) и при участии в научной конференции студентов, магистрантов и аспирантов.

Дипломная работа состоит из введения, четырех глав (в двух первых из них содержится обзор нормативной документации и научно-методической литературы по теме исследования, а в двух других - представлены авторские разработки), заключения, списка использованных источников.

учебный оптика задача тренинг

1. Требования нормативных документов к преподаванию оптики в средней школе

Требования, относящиеся к организации образовательного процесса по физике в целом и оптике как одному из разделов учебной дисциплины, в концентрированном виде содержатся в документах министерства образования Республики Беларусь: "Концепции учебного предмета "Физика" [1], учебных программах по физике для общеобразовательных школ [2], инструктивно-методическом письме "О преподавании учебного предмета "Физика" в 2012/2013 учебном году" [3] и др.

Выделим в нормативных документах фрагменты, актуальные при организации изучения учащимися оптики в объеме и в соответствии с требованиями, предусмотренными в учебном плане [4], примерном тематическом планировании [5] и других документах.

.1 Перечень знаний, умений и навыков, которые должны иметь учащиеся по различным разделам оптики

Изучение физики в общеобразовательных учреждениях направлено на достижение следующих целей [1]:

·ознакомление с методами познания природы: наблюдение природных явлений; ознакомление с физическими моделями, описание и обобщение результатов наблюдений; использование простых измерительных приборов и сборка несложных экспериментальных установок для изучения физических явлений; представление результатов наблюдений и измерений с помощью таблиц, графиков и выявление на этой основе эмпирических закономерностей; ознакомление с границами их применимости;

·развитие представлений о физике как части общечеловеческой культуры, ее значимости для общественного прогресса; об идеях и методах физической науки; о физике как форме описания и методе познания действительности;

·освоение системы знаний о строении вещества, об основных законах механического движения, сохранения и превращения энергии, о закономерностях тепловых, световых и электромагнитных явлений - VI - IX классы; об основных закономерностях электродинамики, термодинамики, статистической, квантовой и ядерной физики - X - XI классы;

·овладение умениями применять полученные знания для объяснения природных явлений и процессов, физических свойств вещества;

·для практического использования физических знаний в повседневной жизни; для понимания роли физики в развитии современных технологий, в решении жизненно важных проблем человечества, в создании условий безопасной жизнедеятельности человека и общества;

·приобретение умений и навыков в решении практических жизненно важных задач, связанных с использованием физических знаний, в рациональном природопользовании и защите окружающей среды, обеспечении безопасности жизнедеятельности человека;

·воспитание убежденности в познаваемости окружающего мира, понимания того, что разумное использование достижений физики и современных технологий способствует росту благосостояния общества; уважения к труду ученого.

Задачи обучения [1]:

·овладение знаниями об основных физических понятиях, явлениях, законах и методах исследования;

·формирование умений приобретать и практически использовать знания, наблюдать и объяснять физические явления;

·формирование экспериментальных умений учащихся;

·формирование представлений о современной физической картине мира, диалектическом характере и относительности физического знания, границах применимости физических законов и теорий; о широких возможностях использования физических закономерностей в технике и технологиях;

·развитие творческого мышления учащихся, умений самостоятельно приобретать и использовать знания на практике в тесной связи с учебными предметами образовательных областей "Естествознание", "Математика" и гуманитарными учебными предметами;

При изучении физики у учащихся формируются [1]:

)общеучебные умения, навыки и способы познавательной деятельности:

·умения в организации своего учебного труда и поиске информации с использованием различных источников (учебные тексты, справочные и научно-популярные издания, компьютерные базы данных);

·навыки обработки информации и представления ее в разных формах (вербально, с помощью графиков, формул, рисунков и структурных схем);

·умение сотрудничать с другими учащимися в процессе совместного выполнения опытов, фронтальных лабораторных работ, проведения экспериментальных исследований; участия в проектах и творческих работах;

·общие операции мышления: анализ, сравнение, синтез, обобщение, систематизация и др.;

·понимание того, что в процессе познания окружающего мира в физике используются теоретические (выдвижение гипотез, моделирование, выведение следствий, интерпретация результата) и экспериментальные (наблюдения, эксперимент) методы исследования; что физические законы и теории имеют определенные границы применимости;

·методологические знания: представления о том, что материя существует в двух формах (вещество и поле), находится в постоянном движении; что существуют различные формы движения материи; что причина изменения состояния тел - их взаимодействие; что между явлениями существуют причинно-следственные связи;

)система предметных знаний:

·об опытных фактах, понятиях, законах, элементах физических теорий, физических идеях, принципах, современной естественнонаучной картине мира;

·о физических основах устройств и функционировании приборов и технических объектов; главных направлениях научно-технического прогресса, перспективах развития энергетики, транспорта и экологических аспектах их использования; наблюдении, описании и объяснении явлений и процессов, прогнозировании их развития при изменении условий;

·об использование физических приборов и инструментов для измерения физических величин;

·о представлении результатов измерений с помощью таблиц, графиков и выявлении на этой основе эмпирических зависимостей; о способах решения задач;

)приобретение навыков в решении простейших бытовых задач:

·рассчитывать стоимость электроэнергии, потребляемой бытовыми электроприборами, находить пути экономии энергии; соблюдать технику безопасности при обращении с бытовыми приборами и техническими устройствами; сознательно выполнять правила безопасного движения транспортных средств и пешеходов и др.

Учебная программа для X-XI классов [2] ориентирована на более глубокое изучение фундаментальных физических теорий, усиление их прикладного значения в жизни современного общества, что может быть использовано для формирования у учащихся системы предметных и методологических знаний и умений, представления о современной квантово-полевой картине мира.

В последнем разделе учебной программы (XI класс) - "Единая физическая картина мира" - обобщаются и систематизируются современные представления об основных этапах построения физической картины мира.

1.2 Примерное тематическое планирование изучения оптики в восьмом и одиннадцатом классе

Типовыми учебными планами [2] учреждений общего среднего образования соответствующих видов, утвержденными постановлением Министерства образования республики Беларусь от 26.08.2011 №241 (Зборнік нарматыўных дакументаў Міністэрства адукацыі Рэспублікі Беларусь № 18, 2011 г.), на изучение учебного предмета "Физика" установлено следующее количество учебных часов в неделю по классам:

Таблица 1.1 - Примерное тематическое планирование изучения оптики в восьмом классе

Таблица 1.2 - Примерное тематическое планирование изучения оптики в одиннадцатом классе

2. Разработка планов-конспектов уроков

2.1 Планы-конспекты уроков по оптике для восьмого класса

2.1.1 Свет. Источники света

Тип урока: комбинированный

Цели урока:

познавательная: формирование понятий о свете, источниках света, знакомство с делением источников света на естественные и искусственные;

развивающая: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

практическая: выделять из предложенного списка естественные и искусственные источники света; приводить собственные примеры источников света различного типа; учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

воспитательная: создать условия для воспитания чувства коллективизма, развития аналитических способностей учащихся.

Хронометраж урока:

организационный этап- 3 мин

объяснение нового материала- 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Организация и ход урока:

Вступительное слово учителя. Учитель предлагает учащимся ответить на следующие вопросы:

1.Каково значение света в жизни людей, в природе?

2.Как бы вы определили, что означает понятие "свет"?

. Чем определяется то, образуется ли тень от предмета, будет ли она с резкой или с размытой границей?

. В какой науке изучают явления, характерные для света и его взаимодействия с веществом? Каково место этой науки в физике?

. Какие источники света называются естественными, а какие искусственными?

Выслушивая все возможные ответы учеников, и делая акцент на выявленных проблемах, приходим к выводу: для того, чтобы ответить на оставшиеся без ответа вопросы, нам надо изучать свет и его свойства. Далее учитель объясняет новый материал, акцентируя внимание на сформулированных ниже вопросах, которые используются для поддержания интереса к предмету изучения и повышения мотивации учащихся к активной работе на уроке.

Способность видеть чрезвычайно важна, так как посредством органов зрения мы получаем значительную часть информации о внешнем мире.

Как мы видим? Что представляет собой нечто, называемое нами светом, которое, попадая в наш глаз, вызывает зрительные ощущения?

Что же такое свет? Каким образом с его помощью нам удаётся видеть то невероятно большое число предметов и явлений, которые мы наблюдаем?

Первые представления людей о свете были довольно наивными, если учесть современные сведения о нём. Считалось, что из глаз выходят особые щупальца, которыми человек ощупывает все предметы. В соответствии с современными представлениями, свет имеет двойственную природу: с одной стороны - это электромагнитные волны, а с другой - поток элементарных частичек - фотонов.

Свет... Его значение в нашей жизни очень велико. Трудно представить себе жизнь без света. Ведь все живое зарождается и развивается под влиянием света и тепла.

Деятельность человека в начальные периоды его существования - добывание пищи, защита от врагов, охота - была зависима от дневного света. Потом человек научился добывать и поддерживать огонь, стал освещать свое жилище, охотиться с факелами. Но ни в одной жизненно важной ситуации его деятельность не могла протекать без освещения.

Свет, благодаря тому, что орган зрения - глаз человека - способен его воспринимать, является важнейшим средством познания природы. Зрение обеспечивает нас б?льшим количеством информации об окружающем мире, чем все остальные чувства, вместе взятые. Так, свет, посылаемый небесными телами, был использован для определения расположения в пространстве и изучения движения Солнца, других звезд, планет и их спутников. Результаты исследования световых явлений и установленные при этом законы оптических явлений были использованы при создании приборов, посредством которых люди узнали о строении и даже составе небесных тел, находящихся от Земли на расстоянии многих миллиардов километров. Наблюдая удалённые объектов в телескоп и изучая фотографии планет, учёные изучили их облачный покров, структуру и особенности поверхностей, определили скорости вращения. Можно сказать, что наука астрономия возникла и развивалась благодаря свету и зрению.

При помощи микроскопа удалось увидеть и изучить клетки растений, бактерии, кровяные тельца, и благодаря этому был сделан значительный шаг в развитии науки биологии.

На изучении законов излучения света основано создание искусственного освещения, так необходимого человеку. Свет нужен везде: безопасность движения транспорта связана с применением фар, освещением дорог; в военной технике используют осветительные ракеты, прожекторы; нормальное освещение рабочего места способствует повышению производительности труда; солнечный свет повышает сопротивляемость организма болезням, улучшает настроение человека.

Что же представляет собой свет? Почему и как мы его воспринимаем?

В результате наблюдений выявлено, что свет нагревает тела, на которые он падает. Это означает, что свет передает этим телам энергию.

Мы уже знаем, что существует вид передачи энергии от одних тел к другим, который называется излучением. Вспомним, что излучение может осуществляться телами даже в вакууме, что оно возникает за счет внутренней энергии тела, что энергия излучения частично поглощается телами, на которые оно падает, вследствие чего они нагреваются.

Все эти особенности присущи и свету. Свет - это тоже излучение, но только та его часть, которая воспринимается глазом, поэтому свет называют еще видимым излучением. Именно эту часть излучения мы и будем изучать в разделе "Световые явления". Раздел физики, в котором изучают свет и световые явления, называют оптикой (греческое слово opt?s, означает видимый, зримый).

Изучая этот раздел, вы узнаете, как устроен глаз человека, почему посредством очков можно исправлять недостатки зрения, зачем при фотографировании нужно перемещать объектив, если изменяется расстояние до фотографируемого предмета, и многое другое.

Как вы считаете, что роднит такие разные объекты как Солнце и горящая спичка, полярное сияние и светящиеся насекомые, костёр и электрическая лампочка?

Все названные и многие другие объекты являются источниками света, испускающими световое (оптическое) излучение.

Существуют естественные и искусственные источники света.

К естественным источникам света относятся такие как Солнце, звезды, полярные сияния, молния, различные светящиеся насекомые и растения. Они светятся в результате самопроизвольно происходящих в них физических процессов и химических реакций.

К искусственным источникам относят те, которые созданы людьми на основе знания закономерностей протекания различных физических процессов в газах, жидкостях, твердых телах и плазме. Примерами искусственных источников света являются лампы накаливания, газосветные лампы, свечи, экран включенного телевизора и др.

Источники света мы видим потому, что создаваемое ими излучение попадает к нам в глаза. Но мы видим также и тела, не являющиеся источниками света, - деревья, дома, стены комнаты, Луну, планеты и т. п. Они видны нам только тогда, когда они освещены источниками света. Излучение, идущее от источников света, после падения на поверхность предметов изменяет направление своего распространения (отражается или рассеивается) и попадает в глаза наблюдателя.

Солнце - основной естественный источник света и тепла. Поэтому с древнейших времен в представлении человека свет и тепло неразрывно связаны между собой.

Костер, лучина, фитильные и газовые светильники, наконец, электрическая лампочка и лазер - таковы вехи на долгом пути развития искусственных источников света.

Закрепление материала

1.Какие источники света из проецируемого на экран списка вы отнесете к естественным, какие - к искусственным?

Экран включенного телевизора, вспышка молнии, пламя костра, бытовая лампочка мощностью 40 Вт, звезда альфа-Центавра, светлячок в лесу.

Каждый ответ поясните.

(В отсутствие проекционной техники список может быть заранее написан на доске и закрыт от учащихся до этого этапа урока)

. Являются ли источниками излучения нагретый утюг и включенная в сеть электрическая лампочка? Являются ли они источниками света? По каким признакам вы это определили?

. Приведите примеры искусственных и естественных источников света.

Обобщение (выводы делают сами учащиеся, учитель руководит процессом формулировки выводов)

Таким образом, сегодня мы выяснили, что

- любой объект становится видимым, если:

он сам является источником света, как, например, электрическая лампа, свеча или звезда, и мы видим свет, непосредственно испускаемый этим источником;

видимый предмет отражает падающий на него свет другого источника (источником света в этом случае может быть Солнце, лампа или ещё что-нибудь);

источники света бывают естественные и искусственные.

Рефлексия

а) Какой вопрос вызвал у вас наибольший интерес?

б) Все ли было понятно в объяснении?

в) Каковы наиболее важные вопросы в изученной сегодня теме?

в) Что еще вы хотели бы узнать о свете?

Понять, каким образом тела испускают свет, удалось только в 20-е годы прошлого века; мы будем изучать эти вопросы позже, в 11 классе.

Представление о том, каким образом свет отражается от предметов, возникло гораздо раньше, и мы обсудим его на уроке по теме "Отражение света".

Домашнее задание:

Для всего класса - прочитать материал по учебнику §35 [3], выучить определения и главные выводы.

Для учащихся, обучающихся на творческом уровне: дополнительно ответить на конкретные вопросы к параграфам. Подумайте, может ли одно и то же физическое тело быть естественным и искусственным источником света? Ответ обоснуйте.

.1.2 Распространение света в среде

Тип урока: объяснение нового материала

Цели урока:

познавательная: экспериментально обосновать закон прямолинейного распространения света, дать его формулировку; познакомить учащихся с особенностями распространения света в среде и выявить совместно с учащимися условия выполнения закона прямолинейного распространения света;

развивающая: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

практическая: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

воспитательная: создать условия для воспитания чувства коллективизма, развития аналитических способностей учащихся.

Наглядные пособия и демонстрации: распространение лазерного луча в прозрачном воздухе и в кювете с дистиллированной водой; распространение света через слой раствора с неоднородным распределением концентрации по высоте.

Хронометраж урока:

организационный этап- 3 мин

объяснение нового материала- 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Ход урока

Оптика - одна из древнейших наук. Оптика тесно связана с потребностями практики, и ей обязана своим развитием. Еще задолго до того, как узнали, что представляет собой свет, его свойства использовались практически.

На основе наблюдений и опытов были установлены законы распространения света, при этом использовалось понятие луча света. Что оно означает?

Сравните мысленно пучок света, идущий от прожектора, с пучком света, выходящего из лазерной указки. Чем они отличаются?

(Ответы учащихся.)

А может ли пучок света быть еще меньшим в поперечном сечении?

В практике для изучения света применяют узкие пучки света, их получают при помощи экранов с небольшими отверстиями.

Если, следя за распространением света от источника, мы выделим только узкий пучок света, сконцентрированный вблизи некоторого направления в пространстве, то весь этот пучок можно заменить линией, которая является осью симметрии пучка. Такую линию назовём световым лучом.

Луч - это линия, вдоль которой распространяется свет.

Идентично ли понятие о световом луче понятию луча, введенному в геометрии? (Ответы учащихся.)

В геометрии лучом называют направленный отрезок.

А всегда ли световой луч, определенный как линия, вдоль которой распространяется свет, прямолинеен? Выясним это сегодня на уроке и ознакомимся с особенностями распространения света.

Проведем два опыта.

Опыт 1. Распространение лазерного луча в прозрачном воздухе и в кювете с дистиллированной водой. Наблюдателю, сидящему сбоку, луч не виден. Он становится видным после отражения от стены или экрана. Почему?

Опыт 2. Распространение света через слой раствора с неоднородным распределением концентрации по высоте. В раствор нужно добавить немного флуоресцеина или иного вещества (хвойного бальзама), на частицах которого свет будет частично рассеиваться, и пучок станет видимым наблюдателю, сидящему сбоку от аквариума с раствором.

Почему в этом опыте луч света изогнут?

Оказывается, форма светового луча в среде зависит от её свойств.

Как обобщение опытных фактов был сформулирован закон прямолинейного распространения света:

свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно.

Существует несколько опытных доказательств этого закона. Рассмотрим одно из них - образование тени.

Если мы хотим, чтобы свет от лампы не попадал в глаза, мы можем загородиться от него: поместить между лампой и глазами газету, руку или надеть на лампу абажур. Если бы свет распространялся не вдоль прямых линий, то он мог бы обогнуть края препятствия и попасть нам в глаза. Таким образом, личный опыт каждого из нас - доказательство того, что свет распространяется прямолинейно.

Рассмотрим образование тени подробнее, на опыте.

Возьмем маленький источник света, например лампочку от карманного фонаря S и расположим на некотором расстоянии от нее экран Э.

Лампа освещает экран, т. е. в каждую его точку попадает свет. Поместим между лампочкой и экраном непрозрачное тело, например металлический шар Т. Теперь на экране мы увидим темный круг (рисунок 3.1), так как за шаром образовалась тень - пространство, в которое не попадает свет от источника S.

Изобразим схему опыта (рисунок 2.1). Проведем прямую через точки S и А. На ней будет лежать и точка В. Прямая SВ - это луч света, который касается шара в точке А. Если бы луч не был прямой линией, то тень могла бы не образоваться или иметь другую форму и размеры. Но четко ограниченную тень, которая получена в описанном опыте, мы видим в жизни не всегда. Такая тень образовалась, потому что в качестве источника света мы использовали лампочку, размеры спирали которой значительно меньше, чем расстояние от нее до экрана и до шара-препятствия. Источник света, отвечающий этому условию, называют точечным источником. Если в качестве источника света взять большую лампу, размеры спирали которой сравнимы с расстоянием от нее до экрана (рисунок 2.2), то вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство - полутень.

Рисунок 3.1 - Образование тени при освещении предмета точечным источником

Рисунок 2.2 - Образование тени от большой лампы

Образование полутени не противоречит закону прямолинейного распространения света, а, наоборот, подтверждает его. Действительно, в данном опыте источник света состоит из множества светящихся точек, и каждая из них испускает свет. В центральную область экрана не попадает свет ни от одной точки лампы, там наблюдается полная тень. Но на экране имеется и область, в которую свет от одних точек источника попадает, а от других нет; там и образуется полутень (кольцевая зона, окружающая область полной тени, ограниченной окружностью, на которой лежат точки А и В (рисунок 2.2).

В грандиозных масштабах тень и полутень наблюдают при солнечном и лунном затмениях. Во время солнечного затмения полная тень А, образуемая Луной, падает на земную поверхность (рисунок 3.3). Вокруг полной тени находится полутень В.

Солнечное затмение наблюдается, когда Луна находится между Солнцем и Землей. Если же Луна при своем обращении вокруг Земли попадает в тень, отбрасываемую Землей, то наблюдается лунное затмение (рисунок 2.4).

Рисунок 2.3 - Образование лунного затмения

Примечание. На рисунке невозможно в одинаковом масштабе изобразить размеры небесных тел и расстояние между ними. На самом деле диаметр тени, отбрасываемой Луной на Землю, в 65 - 70 раз меньше диаметра Земли. Поэтому солнечное затмение видно не во всех точках земной поверхности. А каковы условия наблюдения лунного затмения в разных областях земной поверхности? Подумайте об этом и обоснуйте свой ответ.

(Ответы учащихся.)

Затмения, особенно солнечные, представляют исключительный интерес для науки. Во время затмений ученый имеют исключительную возможность для изучения света от далеких звезд, проходящего у края солнечного диска, наблюдения свечения солнечной атмосферы (рисунок 2.5), которое в обычных условиях не видно из-за яркого сияния Солнца. В свою очередь, по свечению солнечной атмосферы определяют, например, ее состав, узнают о некоторых процессах, происходящих внутри Солнца.

Рисунок 2.5 -Свечение солнечной атмосферы

Запомните важное предостережение: при наблюдении солнечного затмения смотреть в сторону Солнца нужно через закопченное стекло или специальный светофильтр, чтобы не повредить глаза и не ослепнуть.

А можно ли наблюдать одновременно несколько теней и полутеней одного и того же предмета? (Ответы учащихся и комментарий учителя с использованием рисунка 3.6.)

Рисунок 3.6 - Образование тени и полутени от двух источников света

Закон прямолинейного распространения света использовали еще древние египтяне для того, чтобы устанавливать вдоль прямой линии колонны, столбы, стены. Они располагали колонны таким образом, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные.

Давайте и мы, как древние египтяне, выстроим таким способом несколько иголок, втыкая их в картон. Отметьте места уколов от иголок на листке бумаги, покрывающем картон, и приложите к ним линейку. Что вы обнаружили? Почему так произошло?

Закрепление

.Что называют лучом света?

. В чем состоит закон прямолинейного распространения света?

. Почему, по-вашему, во втором опыте, который мы выполнили на уроке, световой луч изогнулся, и свет не распространялся прямолинейно?

. Какое явление служит доказательством прямолинейного распространения света?

. Пользуясь рисунком 120 из учебного пособия [3], объясните, как образуется тень. Почему образование тени служит доказательством прямолинейности распространения света?

. При каких условиях наблюдается не только тень, но и полутень?

. Пользуясь рисунком 121 из учебного пособия [3], объясните, почему в некоторых областях экрана получается полутень.

. При каком условии непрозрачный предмет даёт тень без полутени?

. Возможна ли такая ситуация, чтобы на экране образовалась только полутень, а области полной тени не было? Ответ иллюстрируйте чертежом.

. От чего зависит форма тени от какого-нибудь предмета, например, форма тени от оконной рамы?

. При каких условиях возникают солнечные и лунные затмения? Доказательством чего они являются?

Рефлексия

1.Как вам работалось на уроке?

2.Что оказалось наиболее интересным для Вас?

.Какие факты вы хотели бы проверить опытным путём?

Сегодня я хочу предложить вам очень интересные домашние задания.

. Упражнение 32 из [3] (обязательное)

.1 На рисунке 126 из учебного пособия [3]изображена схема опыта по получению тени от двух источников света S1 и S2. Источник S1 - маленькая лампочка красного цвета, источник S2 - синего. Перечертите схему в тетрадь и раскрасьте рисунок. Объясните, почему этот опыт можно рассматривать как доказательство прямолинейности распространения света.

.2. При солнечном затмении на поверхности Земли образуется тень и полутень от Луны (рисунок 122 в [3]). Видно ли Солнце человеку, находящемуся в области тени? В области полутени? Ответ обоснуйте.

. Задание 15 (1) из [3] (выполнить в условиях солнечного дня)

2.1. В куске плотного картона сделайте отверстие диаметром 3 - 5 мм. Расположите этот кусок картона на расстоянии примерно 10-15 см от стены, находящейся напротив окна. На стене вы увидите уменьшенное, перевернутое, слабо освещенное изображение окна. Получение такого изображения предмета через малое отверстие служит еще одним доказательством прямолинейного распространения света. Объясните наблюдаемое явление.

2.2.(По желанию) Чтобы получить изображение предмета при помощи малого отверстия, изготовьте прибор, называемый "камера-обскура" (темная комната). Такие камеры раньше использовали для фотографирования, но только неподвижных объектов, так как выдержка должна была составлять несколько часов.

Для изготовления камеры-обскуры картонную или деревянную коробку оклейте черной бумагой, в середине одной из стенок проделайте маленькое отверстие (примерно 3 - 5 мм в диаметре), а противоположную стенку замените матовым стеклом или матовой бумагой (пергаментом). Получите при помощи изготовленной камеры-обскуры изображение хорошо освещенного предмета.

3.(По желанию) Известна поговорка "Часы для красы, а время - по Солнцу". Как вы её понимаете? Действительно ли можно определять "время по Солнцу"? Подготовьте доклад на тему "Солнечные часы". Можете иллюстрировать его фотокарточкой солнечных часов, которые есть в нашем городе (возле Давыдовского рынка) или в других населенных пунктах. При необходимости содержание задания можно получить его в электронном виде или уточнить его на перерыве у учителя.

. Чтобы на следующем уроке вы с интересом изучали новое оптическое явление, постарайтесь не забыть и принести на урок пластину тонкого пенопласта или толстого мягкого картона размером с листок школьной тетради; чистый листок бумаги такого же размера, скотч, прямоугольное карманное зеркальце, кусок пластилина, несколько иголок или портновских булавок, транспортир, линейку и карандаш.

.1.3 Отражение света. Законы отражения света

Тип урока - урок-мастерская изучения нового материала

Цели урока:

познавательная: сформировать у учащихся представление о явлении отражения света и его видах; установить опытным путем и сформулировать законы отражения света; познакомить учащихся с особенностями отражения света на границе различных сред;

развивающая: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

практическая: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

воспитательная: создать условия для развития чувства коллективизма, аналитических способностей учащихся.

Хронометраж урока:

организационный этап- 3 мин

объяснение нового материала- 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Ход урока

Ранее мы говорили, что человек воспринимает свет, испускаемый источником или отраженный от освещенного тела, если лучи света направлены в глаза. Убедимся в этом на опыте.

Направим от источника S на экран пучок света. Экран будет освещен, но между источником и экраном мы ничего не видим. Если же между источником и экраном поместить какой-нибудь предмет (листок бумаги, руку или карандаш), то он будет виден. Почему?

Происходит это потому, что излучение, достигшее поверхности предмета, отражается, изменяет свое направление и попадает в наши глаза. Весь пучок света становится видимым, если запылить воздух между экраном и источником света. В этом случае пылинки отражают свет и направляют его в глаза наблюдателей (схема опыта на рисунке 2.7).

Рисунок 2.7 - Отражение света от пылинок

Многие из вас, вероятно, наблюдали это явление, когда лучи Солнца попадали через щель в ставне или занавеске в запыленный воздух комнаты или в воздух, содержащий туман.

Часто во время концертов создают световые эффекты, направляя их специального устройства холодный углекислый газ на освещенную софитами сцену. Почему при этом пучки света становятся видимыми всем зрителям?

Во время таких опытов можно заметить, что отдельные пылинки или капельки тумана то становятся видимыми, то словно исчезают: двигаясь, они посылают лучи света в разных направлениях. Значит, свет отражается от поверхности тел по определенным законам.

Давайте заново установим эти законы на опытах.

Для этого воспользуемся специальным прибором, называемым оптическим диском. Он состоит из белого круга, по краю которого нанесены деления. На краю диска расположен подвижный осветитель - источник света (яркая лампочка), помещенный в светонепроницаемый футляр. Через маленькое отверстие в футляре тонкий пучок света падает на тело, закрепляемое в центре диска (рисунок 2.8).

Закрепим в центре диска стеклянную пластинку и направим на нее пучок света. Мы увидим, что часть пучка отразилась от стекла, часть прошла сквозь него (рисунок 2.8). Кроме того, если опыт проводить достаточно долго, то стекло немного нагреется. Таким образом, при падении света на стекло происходят три явления (одно из них мы не видим): отражение света, прохождение его сквозь тело и поглощение света, которое обнаруживается чаще всего по нагреванию тела.

Заменим стеклянную пластинку зеркалом - пластинкой, поверхность которой большую часть энергии падающего света отражает, т. е. направляет в ту же среду, из которой свет падал. Именно в изменении направления распространения света, не сопровождающемся переходом излучения в другую среду при его падении на границу раздела двух сред, состоит явление отражения света.

Направим пучок света на поверхность зеркала, расположенного в центре диска, в точку О так, чтобы луч АО лежал в плоскости диска. Мы увидим, что отраженный луч ОВ тоже лежит в этой плоскости. (Дополните рисунок 3.8 обозначениями лучей.) Передвигая источник света по краю диска, будем менять направление падающего луча, при этом будет изменяться и направление отраженного луча, но оба они всегда остаются лежать в плоскости диска. Обратите внимание: в этой же плоскости лежит и перпендикуляр, восставленный к поверхности отражающего тела в точке падения луча.

Таким образом, мы установили первый закон отражения света:

лучи падающий и отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности, восставленным в точке падения луча.

Установим теперь второй закон отражения. Возьмите выложенную на стол инструкцию и, работая в парах, самостоятельно выполните описанные в ней действия. При необходимости консультируйтесь у учителя.

Содержание инструкции

Установите на рабочем столе пластину из пенопласта или картона, Прикрепите к ней посредством скотча хорошо натянутый лист миллиметровой бумаги. Поверх листа в удобном месте прикрепите в вертикальном положении плоское зеркало (используйте для этого пластилин). Осторожно прочертите линию вдоль поверхности зеркала.

Установите вертикально иголку, втыкая её в пенопласт у самой поверхности зеркала (удобно установить ее в вершине квадратика размером 1х1 см).

В вершину какого-то другого квадратика миллиметровой сетки в нескольких сантиметрах от поверхности зеркала вколите другую иголку в вертикальном положении (визируйте сквозь неё первую иголку - она должна спрятаться за второй иголкой).

Теперь возьмите третью иголку и, продолжая визировать первые две иголки, найдите место на миллиметровке для третьей иголки - она должна спрятаться за первыми двумя иголками. Вколите эту иголку в найденном положении.

Снимите иголки и зеркало с пластилином. Проведите по миллиметровой бумаге через место укола первой иголки перпендикуляр к линии, которая совпадала с границей зеркала. Соедините карандашной линией с местом укола первой иголки места укола второй и третьей иголок.

Проведите циркулем окружность, пересекающую все проведенные вами карандашные линии (центр окружности совпадает с точкой пересечения этих линий). Измерьте линейкой расстояние от перпендикуляра, проведенного к поверхности зеркала, до точек пересечения окружности с прямыми, проведенными соответственно через места укола первой и второй, первой и третьей иголок. Сравните прямоугольные треугольники, имеющие общий катет. Сделайте выводы:

а) о положении прямых, проведенных через места укола иголок, и перпендикуляра к поверхности зеркала относительно плоскости чертежа;

б) о соотношении углов, заключенных между гипотенузами треугольников и перпендикуляром к поверхности зеркала.

Проверьте второй вывод, непосредственно измеряя углы транспортиром.

Теперь обсудим вместе - можно ли прямую, проведенную через иголки 1 и 2, считать совпадающей с лучом света, падающим на зеркало? Почему?

Можно ли прямую, проведенную через места уколов иголок 1 и 3, считать совпадающей с отраженным лучом? Почему?

А теперь проведем измерение соответствующих углов, пользуясь оптическим диском. По шкале, нанесенной на край диска, измерьте углы между перпендикуляром, проведенным к отражающей поверхности, и падающим лучом; между перпендикуляром и отраженным лучом. Сравните углы.

Теперь изобразим на чертеже схему проведенных опытов, введем необходимые определения и сформулируем законы отражения света.

Пусть прямая МN - поверхность зеркала, АО - падающий и ОВ - отраженный лучи, ОС - перпендикуляр к поверхности зеркала в точке падения луча (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Отражение света от границы раздела двух сред

Угол, образованный падающим лучом АО и перпендикуляром ОС, восставленным к отражающей поверхности в точке падения (т.е. угол АОС), называют углом падения. Обозначают его буквой ? ("альфа" - первая буква греческого алфавита).

Угол, образованный отраженным лучом ОВ и перпендикуляром ОС, восставленным к отражающей поверхности в точке падения, называют углом отражения, его обозначают буквой ? ("бета" - вторая буква греческого алфавита).

Пользуясь введенными терминами, сформулируем второй закон отражения света: угол отражения равен углу падения, .

А как будет распространяться отраженный луч, если луч света будет падать по направлению ВО (рисунок 2.9)?

Проверим на оптическом диске. Видим, что после отражения он пойдет в направлении ОА, падающий и отраженный лучи поменяются местами. Это свойство отраженного и падающего лучей называют обратимостью хода световых лучей.

Закрепление материала

1.Как на опыте доказать, что глаз воспринимает лучи света, падающие прямо в него?

2.Рассмотрите рисунок 128 в учебном пособии [3]. Какие явления происходят при переходе света из одной среды в другую?

.Пользуясь рисунком 129 в учебном пособии [3], расскажите о содержании опытов, на основе которых были установлены законы отражения света.

.Какой угол называют углом падения? углом отражения?

.Сформулируйте законы отражения света.

.Какое свойство лучей называется обратимостью хода?

.Угол падения луча на зеркало равен 45°. Начертите отраженный луч. На этом же чертеже карандашом другого цвета покажите расположение лучей для случая, когда угол падения равен 60°.

Рефлексия

.Чем был полезен для вас сегодняшний урок?

.Чему вы научились? Как это удалось?

.Что было наиболее интересным и запоминающимся?

.В чем вы затруднились? Чем обусловлены эти затруднения?

.Какие фрагменты учебного материала следует дома проработать особенно внимательно?

.Какое домашнее задание вы назначили бы своим одноклассникам?

Домашнее задание

Обязательное:

1.Угол падения луча на зеркало равен 0°.Чему равен угол отражения?

2.Высота Солнца такова, что его лучи составляют с горизонтом угол 40°. Сделайте чертеж (рисунок 132 из учебного пособия [3]) и покажите на нем, как нужно расположить зеркало АВ, чтобы "зайчик" попал на дно колодца.

3.Перечертите в тетрадь фрагменты рисунка 131 из учебного пособия [3]. Постройте на каждом из них положение отраженного или падающего луча.

По желанию:

4.Придумайте способ передачи светового сообщения из вашей квартиры в квартиру, находящуюся на противоположной стороне дома, посредством плоских зеркал. Определите наименьшее число зеркал и помощников, которые для этого понадобятся. Вычертите схему, иллюстрирующую ход светового сигнала. Можно ли таким способом передать какое-либо текстовое сообщение? Обоснуйте ответ.

2.1.4 Преломление света

Тип урока: комбинированный.

Цели урока:

)познавательная цель:

выяснить сущность явления преломления света и условия его наблюдения;

осознать суть понятий, используемых при описании преломления света: падающий и преломленный лучи, угол падения и угол преломления, оптическая плотность среды;

выяснить содержание законов преломления света и сформулировать их;

познакомиться с особенностями распространения света при различных соотношениях в оптической плотности граничащих сред;

) развивающая цель: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

) практическая цель: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

)воспитательная цель: воспитывать чувство коллективизма, развивать аналитические способности и экспериментальные навыки учащихся.

Наглядные пособия и демонстрации: демонстрация преломления света с использованием карандаша и стакана с водой.

Хронометраж урока:

Организационный этап - 3 мин

объяснение нового материала - 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Ход урока

В домашних условиях все, наверное, видели, какой зрительный эффект создается при опускании ложки в стакан с водой. Повторим этот опыт в классе.

Опыт: Ложка (или стеклянная палочка, карандаш), опущенная в стакан с водой, кажется переломленной на границе между водой и воздухом. Это можно объяснить только тем, что лучи света, идущие от ложки, имеют в воде другое направление, чем в воздухе.

Изучим на опыте, как меняется направление луча при переходе его из одной прозрачной среды в другую. Возьмите листок с инструкцией и, следуя ей, выполните все необходимые действия, работая в парах. Построенные чертежи аккуратно подклейте в тетрадь и запишите в ней же полученные результаты и сделанные выводы.

Инструкция

1.Плотно закрепите скотчем лист миллиметровой бумаги на пластине из пенопласта или толстого картона.

2.Удобно, вдоль линии сантиметровой сетки, расположите одну сторону толстой плоскопараллельной стеклянной пластинки и очертите карандашом границы пластинки.

.В угол сантиметрового квадратика вколите вертикально иголку.

.На некотором расстоянии от поверхности стеклянной пластинки (не на перпендикуляре к поверхности, а возможно дальше от него) вколите другую иглу.

.Визируя иглы, с другой стороны пластинки у самой её поверхности вколите третью иглу так, чтобы все три иглы казались расположенными на одной прямой линии.

.На той же стороне пластинки, с которой вколота третья игла, вколите четвертую иглу так, чтобы все четыре иглы казались расположенными на одной прямой.

.Снимите стеклянную пластинку и соедините места уколов.

Лежат ли все четыре точки (следы от уколов) на одной прямой? Можно ли каждый из вычерченных отрезков считать световым лучом? Почему?

Сколько раз изменилось направление распространения света?

.Пользуясь циркулем, постройте две окружности одинакового радиуса, центры которых находятся в местах укола первой и третьей иголок.

9.Проведите перпендикуляры к границам пластинки через точки, в которых были вколоты иголки 1 и 3.

10.Опустите на построенные перпендикуляры к поверхности пластинки перпендикуляры из точек пересечения отрезков, соединяющих места уколов иголок 2 и 4 с местами уколов иголок 1 и 3 соответственно, а также из точек пересечения каждой из окружностей с отрезком прямой, соединяющим падающий на пластинку луч с вышедшим из неё. Измерьте длины полученных при этом отрезков (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 - Преломление света на границе раздела двух сред

.Сравните углы падения и преломления у верхней и нижней границ пластинки. В чем вы видите причину обнаруженных различий в углах?

12.Сравните углы преломления и падения луча, расположенные внутри пластинки, углы падения и преломления вне пластинки.

.Сделайте выводы:

а) о расположении падающего и преломленного лучей относительно плоскости чертежа;

б) о расположении падающего и преломленного луча относительно перпендикуляра к границе раздела сред, проведенного через точку падения;

в) об условии, при котором угол преломления меньше угла падения; угол преломления больше угла падения; угол преломления равен углу падения;

г) о взаимном расположении лучей - падающего на пластинку и выходящего из неё.

А теперь вернемся к опыту со стеклянной палочкой, опущенной в стакан с водой. В стеклянный сосуд, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, падает луч света. Воды в сосуде нет, луч распространяется прямолинейно. Нальем в сосуд воду до половины его высоты. Мы увидим, что на границе воздуха и воды луч света изменит свое направление. Такое же явление наблюдается при переходе луча света из воздуха в стекло и из воды или стекла в воздух, т. е. при переходе из одной среды в другую.

Похожа ли наблюдаемая сейчас картина на ту, которая получилась при ваших наблюдениях? Похожа ли она на ту, которую вы наблюдали при переходе света из воздуха в стекло с использованием оптического диска? В чем вы видите сходство?

Действительно, вы выделили основной признак явления преломления света - изменение направления света в момент пересечения границы двух сред.

Изменение направления распространения света при его прохождении через границу раздела двух сред называется преломлением света.

Сделаем чертеж и введем обозначения (рисунок 2.11):

Рисунок 2.11 - Падающий и преломленный лучи

МN - граница воздуха и воды, АО - падающий на нее луч света, СО - перпендикуляр к поверхности раздела воздуха и воды, проведенный в точке падения луча; ОВ - преломленный луч; угол АОС - угол падения луча (обозначен буквой ?); угол ООВ, обозначенный буквой ? (гамма), называют углом преломления.

Экспериментально установлено, и мы с вами тоже это наблюдали, что при переходе луча из воздуха в стекло или воду угол преломления меньше угла падения: ? < ?. Кроме того, мы заметили, что лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к поверхности раздела двух сред в точке падения луча (точка О на рисунке 3.11).

При переходе луча из стекла (или воды) в воздух угол преломления больше угла падения.

Обратимость световых лучей проявляется и при их преломлении: если луч падает по направлению ВО (рисунок 2.11), то по выходе из воды он пойдет по направлению ОА. В этом вы тоже убедились экспериментально, когда с разных сторон стеклянной пластинки следили за тем, чтобы иголки казались расположенными на одной прямой.

Способность преломлять свет у разных сред различна. Например, алмаз преломляет свет сильнее, чем вода или стекло. Если на поверхность алмаза луч падает из воздуха под углом 60°, то угол преломления луча равен приблизительно 21°. При таком же угле падения луча (60°) на поверхность воды угол преломления составляет около 30°, то есть луч отклоняется от начального направления распространения на меньший угол.

Таким образом, экспериментально установлено, что при переходе света из одной среды в другую происходит его преломление. При этом выполняются следующие положения:

1. лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред.
2. В зависимости от того, из какой среды и в какую переходит свет, угол преломления может быть меньше или больше угла падения.

Если при переходе через границу раздела двух сред угол преломления меньше угла падения, говорят, что свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду угол преломления больше угла падения.

А что получится, если оптическая плотность граничащих сред одинакова?

Примерами таких сред являются стекло и канадский бальзам (пихтовое масло). Опустим стеклянную палочку в стакан с канадским бальзамом. Что вы видите? Палочка стала в канадском бальзаме невидимой, видна только та её часть, которая находится в воздухе.

Через границу сред одинаковой оптической плотности свет переходит, не изменяя своего направления.

В чем важность знания законов преломления света?

Оказывается, преломление света является причиной того, что глубина водоема (реки, пруда) кажется нам меньшей, чем на самом деле. Это нужно учитывать при прыжках в воду. Да и при ловле рыбы полезно об этом знать, так как находящаяся в воде рыба кажется нам плывущей ближе к поверхности, чем в действительности. Не зная законов преломления света, обязательно промахнемся и при стрельбе из ружья по подводной цели, если сами находимся в воздухе.

Из-за преломления света в атмосфере Земли мы видим звезды и Солнце выше их истинного положения на небе. Преломление света является и причиной образования оптических миражей.

Закрепление

. Как меняется направление луча света (рисунок 141 из учебного пособия [3]), когда в сосуд наливают воду? Почему?

. Какими прямыми образован угол падения луча? угол преломления?

. Какие выводы получены на основе результатов опытов по преломлению света (рисунки 141, 142 из учебного пособия [3])?

. Какие законы выполняются при преломлении света?

. Как вы считаете - обратим ли ход лучей при преломлении света? Почему?

Рефлексия

1. Что было интересно узнать на уроке?

. Что было запоминающимся?

. Были ли у вас затруднения? С чем они связаны?

Домашнее задание

(Обязательное)

.Изучить материал по конспекту, сделанному в ходе урока;

.Упражнение 36 из учебного пособия [3];

.(По желанию) Подготовить реферат на тему "Оптические миражи: суть, причины, разновидности, условия наблюдения".

.2 Планы-конспекты уроков по оптике для 11 класса

.2.1 Принцип Гюйгенса. Закон отражения света

Тип урока: комбинированный.

Цели урока:

1)познавательная цель: углубить понимание явления отражения света на основе изученной в 8-ом классе темы "Закон отражения света", получить закон отражения света на основе принципа Гюйгенса;

2)развивающая цель: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

)практическая цель: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

)воспитательная цель: воспитывать чувство коллективизма, развивать аналитические способности учащихся.

Демонстрации: преломление предмета в воде.

Хронометраж урока:

организационный момент- 3 мин

объяснение нового материала- 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Ход урока

Вступительное слово учителя. Давайте с вами вспомним, что мы знаем об отражении света от границы раздела двух сред и законах отражения.

Учащимся предлагается вспомнить пройденный материал. Учитель выслушивает ответы учеников, дополняет и уточняет их.

Информация, воспроизведенная вами, была получена эмпирическим путем. Но в физике явление признают изученным, если экспериментальные данные обоснованы в рамках той или иной теоретической модели, в которой учтены свойства изучаемого объекта. При описании взаимодействия света с веществом необходимо знать, что представляет собой свет и каков механизм изучаемого светового явления.

В конце XIX века было известно, что свет представляет собой электромагнитные волны, и ему должны быть свойственны все явления, характерные для волн. Естественно, что появились и попытки объяснения явлений, имеющих место на границе раздела сред различной оптической плотности, на основе волновых представлений.

Законы отражения и преломления света можно вывести из одного общего принципа, описывающего поведение волн. Этот принцип впервые был выдвинут современником Ньютона Христианом Гюйгенсом.

Принцип Гюйгенса. В соответствии с принципом Гюйгенса каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн. Чтобы, зная положение волновой поверхности в момент времени t, найти ее положение по истечении небольшого интервала времени, то есть в момент времени t+dt, нужно каждую точку волновой поверхности рассматривать как источник вторичных волн. Поверхность, касательная к волновым фронтам всех вторичных волн, соответствующим моменту времени t+dt, представляет собой волновую поверхность в этот момент времени (рисунок 2.12). Этот принцип в равной мере пригоден для описания распространения волн любой природы: механических, световых и т. д. Гюйгенс сформулировал его первоначально именно для световых волн.

Для механических волн принцип Гюйгенса имеет наглядное истолкование: частицы среды, до которых доходят колебания, в свою очередь, колеблясь, приводят в движение соседние частицы среды, с которыми они взаимодействуют.

Рисунок 2.12 - Иллюстрация к принципу Гюйгенса - Френеля

Если на пути волны, идущей от источника, встречается препятствие, то при взаимодействии с ним образуются вторичные волны, направление распространения которых отличается от направления распространения падающей волны. Вторичные волны, источниками которых являются различные элементы исходной волновой поверхности, распространяясь в пространстве одновременно, накладываются друг с другом и с волнами, образовавшими при взаимодействии света с препятствием, и в результате интерференции вторичных волн формируется результирующее волновое поле. В одних точках пространства волны усиливают друг друга, в других - ослабляют друг друга - в зависимости от разности фаз между ними. Идея Гюйгенса о формировании вторичных волн, объединенная с представлением об их интерференции, составляет суть принципа Гюйгенса - Френеля.

Воспользуемся принципом Гюйгенс - Френеля при рассмотрении отражения плоской световой волны от плоской границы раздела (рисунок 2.13).

Волна называется плоской, если поверхности равной фазы (волновые поверхности) представляют собой плоскости.

Рисунок 2.13 - К выводу закона отражения света на основе принципа Гюйгенса - Френеля

На рисунке 2.13 МN - отражающая поверхность, прямые А1А и В1В - два луча падающей плоской волны (они параллельны друг другу). Перпендикулярная им плоскость АС - волновая поверхность (или фронт) этой волны.

Угол ? между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.

Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела сред. Различные участки волновой поверхности АС достигают отражающей среды не одновременно. Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке В, на время , где - скорость волны.

В момент времени, когда волна достигнет точки Вив этой точке начнется возбуждение колебаний, вторичная волна, источником которой является элемент волновой поверхности, центр которого расположен в точке А, уже будет представлять собой полусферу радиусом . Радиусы фронтов вторичных волн, распространяющихся от источников, расположенных в разных точках границы раздела сред в интервале между точками A и В, изменяются так, как показано на рисунке 2.13. Огибающей вторичных волн является плоскость BD, касательная к сферическим поверхностям. Она представляет собой волновую поверхность отраженной волны. Отраженные лучи АА2 и ВВ2 перпендикулярны волновой поверхности BD. Угол между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Так как АD = СВ и треугольники ADВ и АСВ прямоугольные, то угол ОВА равен углу САВ. Но ?=САВ и ??=ОВА как углы со взаимно перпендикулярными сторонами. Следовательно, угол отражения равен углу падения: .

Кроме того, как следует из построения Гюйгенса, падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный к границе раздела сред в точке падения, лежат в одной плоскости. Эти два утверждения составляют суть закона отражения света.

Если обратить направление распространения световых лучей, то есть направить свет на границу раздела сред в направлении, противоположном направлению распространения отраженного луча, то отраженный (в исходном опыте) луч будет распространяться в направлении, противоположном направлению падающего луча. Это важное свойство называют обратимостью хода световых лучей. Зная о нём, часто можно упростить решение задач по геометрической оптике.

Правила построения изображений в плоском зеркале, основанные на законе отражения света, рассматривались нами в VIII классе.

Кто может построить изображение точки в плоском зеркале?

А как построить изображение протяженного источника в плоском зеркале (рисунок 2.13)? Какие свойства изображения при этом можно выявить?

Можно ли использовать плоское зеркало в качестве киноэкрана?

А теперь, применяя закон отражения света, постройте изображение точки и предмета небольших размеров в сферическом зеркале:

сначала - в выпуклом;

потом - в вогнутом.

Сравните полученные изображения между собой и с изображениями, полученными с использованием плоском зеркале.

Как вы объясните различие в размерах и положении изображений на основе принципа Гюйгенса - Френеля?

Таким образом, на уроке сформулирован общий принцип распространения волн любой природы - принцип Гюйгенса - Френеля. В чем вы видите значение этого принципа?

Действительно, применяя принцип Гюйгенса - Френеля, и выполняя простые геометрические построения, можно находить волновую поверхность в любой момент времени по волновой поверхности, известной в предшествующий момент времени. На уроке с применением принципа Гюйгенса - Френеля выведен закон отражения волн.

Рефлексия

В чем состоит новизна изученного на уроке материала?

Как он связан с материалом, изученным вами на более ранних этапах изучения физики?

Какие из полученных результатов оказались для вас удивительными или неожиданными?

Чему вы научились за время урока?

Сформулируйте, пожалуйста, основные результаты урока.

Оцените свою работу на уроке и работу одноклассников и учителя.

Какое домашнее задание вы назначили бы для закрепления и углубления знаний по теме "Принцип Гюйгенса. Закон отражения света"?

Домашнее задание:

1. (обязательное) Письменно в тетрадь ответить на вопросы:

·как с помощью закона отражения построить изображение точечного источника света в плоском зеркале?

·Почему нельзя использовать плоское зеркало в качестве киноэкрана [4]?

2. (по желанию) Подготовить реферат о голландском физике и математике Христиане Гюйгенсе.

.2.2 Закон преломления света

Тип урока: объяснение нового материала.

Цели урока:

1)познавательная цель: создать условия для понимания учащимися сути и условий наблюдения явления преломления света; освоения вывода закона преломления света на основе принципа Гюйгенса - Френеля, и формулировки закона преломления света; выявления условия полного внутреннего отражения;

2)развивающая цель: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

)практическая цель: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

)воспитательная цель: воспитывать чувство коллективизма, развивать аналитические способности учащихся.

Наглядные пособия и демонстрации: демонстрация с использованием оптического диска

Хронометраж урока:

организационный момент- 3 мин

объяснение нового материала- 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Ход урока.

Вводное слово учителя. Учащимся предлагается вспомнить, что они знают о преломлении света из курса геометрической оптики.

Давайте вспомним, в чем состоит явление преломления света?

Наблюдение преломления света

На границе двух сред свет меняет направление своего распространения (демонстрация с использованием оптического диска). Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, как правило, также меняя при этом направление распространения [3].

Изменение направления распространения света при переходе из одной среды в другую называют явлением преломления света, или преломлением света. На что и как может влиять преломление света?

Проведем простые наблюдения.

Положим на дно пустого непрозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна только частично, теперь видна полностью. Не обращали ли вы внимания на то, одинакова ли видимая ширина вашей ладони в воздухе и в воде, когда, купаясь в ванне, вы расположили ладонь под водой перпендикулярно поверхности воды? Чем объяснить различие? Установим наклонно карандаш в сосуде с водой. Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 - Преломление карандаша (стеклянной палочки) на границе воздуха с водой

Что мы увидим, если в стакан с водой налить поверх воды слой прозрачного масла и повторим опыт с карандашом? Как объяснить наблюдаемое взаимное смещение частей карандаша, находящихся в разных средах?

Действительно, все эти явления объясняются изменением направления распространения света на границе двух сред - преломлением света. Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров.

Какие же законы характерны для преломления света?

Что вы можете сказать об этом, основываясь на материале, изученном в 8-ом классе?

В законе преломления света определяется взаимное расположение падающего луча АВ (рисунок 2.15), преломленного луча ОВ и перпендикуляра СЕ к поверхности раздела сред, восставленного в точке падения.

Рисунок 2.15 - Взаимное расположение падающего, преломленного лучей и перпендикуляра

Угол называют углом падения, а угол ? - углом преломления.

Как словесно определить эти понятия?

Выслушиваются мнения учащихся.

Падающий, отраженный и преломленный лучи нетрудно наблюдать, делая видимым узкий световой пучок. Ход такого пучка в воздухе можно проследить, если пустить в воздух немного дыма или же поставить экран под небольшим углом к лучу. Преломленный пучок виден также в подкрашенной флуоресцеином воде аквариума (рисунок 2.16).

Рисунок 3.16 - Преломленный пучок в подкрашенной воде

Учитель: По какому признаку можно определить среду, имеющую большую оптическую плотность?

Какая величина количественно характеризует оптическую плотность среды?

Выслушиваются и при необходимости комментируются и дополняются ответы учащихся.

Учитель: Располагаем ли мы теоретической основой для обоснования и математической формулировки законов преломления света?

Выслушиваются мнения учащихся.

Учитель: Закон преломления света был установлен опытным путем в XVII веке. Выведем закон преломления на основе принципа Гюйгенса - Френеля. Преломление света при переходе из одной среды в другую обусловлено тем, что скорости распространения света в этих средах различны. Обозначим скорость волны в первой среде через , а во второй - через . Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха на поверхность воды) падает плоская световая волна (рисунок 2.17). Её волновая поверхность АС перпендикулярна лучам А1А и В1В.

Рисунок 2.17 - Падение на плоскую границу двух сред световой волны

Поверхности МN раньше достигнет луч А1А. Луч В1В достигнет поверхности спустя время

.

Поэтому в момент, когда в точке В только начнется возбуждение вторичной волны, волновой фронт волны, возбужденной в точке А уже имеет вид полусферы радиусом

.

Волновую поверхность ВD преломленной волны можно получить, строя поверхность, касательную ко всем вторичным волнам, распространяющимся во второй среде от её поверхности; вторичные источники лежат на границе раздела сред. В данном случае эта поверхность плоская [4].

Углу падения ? луча равен угол САВ в треугольнике AВС (стороны одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,

.

Углу преломления ? равен угол АВD треугольника АВD. Поэтому

.

Деля последние два уравнения одно на другое соответственно в левой и правой части, получим

,

где п - постоянная величина, не зависящая от угла падения.

Из построения, выполненного на рисунке 2.17, ясно, что падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела сред, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Данное утверждение в совокупности с уравнением, в соответствии с которым отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух граничащих сред, представляет закон преломления света.

Убедиться в выполнении закона преломления можно экспериментально, измеряя углы падения и преломления и вычисляя отношение их синусов при различных углах падения. Это отношение остается неизменным.

Показатель преломления. Постоянная величина, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления, или показателем преломления второй среды относительно первой.

На его основе принципа Гюйгенса - Френеля не только теоретически обосновывается закон преломления, но и раскрывается физический смысл показателя преломления: он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:

Если экспериментально определено, что угол преломления ? меньше угла падения , то это основание для вывода о том, что скорость света во второй среде меньше, чем в первой.

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду.

Можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления и первой и второй сред.

.

А как следует определять показатель преломления первой среды относительно второй? Запишите соответствующие формулы, обращая внимание на порядок цифр в индексах.

Таким образом, при сравнении абсолютных показателей преломления сред возможны ситуации, когда:

а) ; при этом угол падения меньше угла преломления;

б) ; при этом угол падения больше угла преломления;

в) ; при этом преломление отсутствует, и граничащие разнородные физически среды составляют оптически однородную систему - при переходе через их границу свет не изменяет направления распространения.

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого - меньше, чем для фиолетового.

Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для света какой длины волны (или частоты) приведено данное значение n, и в каком состоянии находится среда. Если таких указаний нет, то это означает, что зависимостью от указанных факторов можно пренебречь. В теории оптических систем это означает иное: то, что значение показателя преломления указано для света с длиной волны 0,54607 мкм (е-линия ртути) или 0,58756 мкм (d-линия гелия) - соответственно по новому и старому стандартам.

Какое практическое значение имеет зависимость скорости распространения света и показателя преломления среды от длины волны излучения? Выясним это, рассматривая ход лучей в треугольной призме (рисунок 2.18).

На рисунке 3.18 изображено сечение стеклянной призмы плоскостью, перпендикулярной ее боковым ребрам.

Пусть на боковую грань призмы падает под углом ? свет определенной длины волны, например, 660 нм (красный). Проведем в точке падения луча перпендикуляр к освещаемой грани и, учитывая соотношение показателей преломления материала призмы и окружающей её среды, построим преломленный луч. После преломления на первой границе раздела он упадет на вторую боковую грань призмы - на границу раздела стекла и воздуха, распространяясь уже из стекла. Построим перпендикуляр ко второй грани в точке падения луча на неё и преломленный луч после выхода из призмы (он больше угла падения ?2). Продолжим пунктирной линией луч, падающий на входную грань призмы, и луч, выходящий из призмы, до их пересечения. Образованный при этом угол ? называют углом отклонения луча призмой.

Луч в призме отклоняется к основанию, преломляясь на гранях ОА и OВ. Угол ? между этими гранями называют преломляющим углом призмы.

Как вы считаете, от чего зависит угол ? отклонения луча?

Выслушиваются мнения учащихся и аргументы, используемые для обоснования ответа.

Действительно, угол отклонения луча зависит от преломляющего угла призмы ?, показателя преломления п материала призмы и угла падения ?. Он может быть вычислен в результате применения закона преломления света (двукратно) и геометрических теорем.

Изменится ли угол отклонения луча, если под тем же углом ? на призму упадет не красный, а зеленый свет? Обоснуйте свой ответ.

Вы правы, угол преломления на каждой грани и отклонения луча призмой будет увеличиваться по мере уменьшения длины волны излучения (увеличения частоты). Поэтому при освещении призмы белым светом узкий пучок, начиная от входной грани призмы, будет разложен в спектр - при выходе из призмы мы будем наблюдать его в виде радужной полоски на экране. (Демонстрируем опыт.)

Для запоминания порядка следования основных цветов в этой радужной полоске используют мнемонические правила, в которых первая буква каждого из слов соответствует первой букве в названии одного из цветов излучения в спектре:

Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан.

Как Однажды Жак-Звонарь Головой Сломал Фонарь.

Красный - Оранжевый - Желтый - Зеленый - Голубой - Синий - Фиолетовый.

Пользуясь законом преломления света, можно рассчитать ход лучей в различных оптических элементах и устройствах. Знание законов отражения и преломления света необходимо конструкторам оптических приборов и специалистам-светотехникам, проектирующим осветительные приборы бытового и специального назначения.

Закрепление

А сейчас, чтобы выяснить, понят ли вами новый материал, давайте ответим на следующие вопросы:

)Каков физический смысл показателя преломления?

2)Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного?

3)Почему кристалл алмаза после огранки сияет всеми цветами радуги?

)Приведите свои примеры проявления изученных сегодня явлений и их объяснение.

Рефлексия

. Чем был интересен урок?

. Какую полезную информацию вы узнали?

. Какие умения вы приобрели?

. Чем обусловлено то, что вы хорошо поняли материал?

. Что, по вашему мнению, понадобится при решении задач с применением изученного на уроке материала?

. Какие вопросы следует дополнительно проработать дома?

Домашнее задание

. (обязательное) Выучить §42 по учебнику [4]. Разобрать вопросы в конце параграфа.

. (по выбору) Подумать над тем, что мы увидим на экране, если через стеклянную призму пропустить белый свет.

.2.3 Дифракция света

Тип урока: комбинированный

Цели урока:

1)познавательная цель: знакомство учащихся с новыми физическими понятиями, явлениями и их законами;

2)развивающая цель: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

3)практическая цель: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

4)воспитательная цель: воспитывать чувство коллективизма, развивать аналитические способности учащихся.

Хронометраж урока:

организационный момент- 3 мин

объяснение нового материала- 30 мин

закрепление материала - 10 мин

домашнее задание - 2 мин

Ход урока

Вступительное слово учителя. Учащимся предлагается вспомнить о распространении света в однородной среде и соответствующем законе.

Всегда ли выполняется закон прямолинейного распространения света?

Что может препятствовать распространению света в пространстве?

Если воспользоваться слоем вещества, которое частично поглощает свет, можно уменьшить количество световой энергии, поступающей к наблюдателю. Загородившись экраном или ладонью, можно сделать невозможным попадание прямых лучей к наблюдателю.

Перед вами схема опыта (рисунок 3?), на которой показаны основные элементы: источник света, малый экран и экран для наблюдений. Как вы думаете, что мы должны наблюдать в точках, лежащих на оси симметрии этой системы?

Если в условиях опыта выполняется закон прямолинейного распространения света, то на оси рассматриваемой системы в области, заключенной между обоими экранами и пунктирными линиями должно быть темно, так как это область геометрической тени малого экрана. Давайте выполним опыт по описанной схеме, только вместо круглого экрана будем использовать проволоку, помещая её на пути света, идущего от лазерного источника.

Что вы видите на экране? Что вы видите в центре экрана?

Как изменяется картина при изменении положения экрана-препятствия?

Как объяснить попадание света в область геометрической тени?

А теперь посмотрите другой вариант опыта: вместо проволочки установим диафрагму с узким отверстием в форме прямоугольной щели (рисунок 3.20).

Что вы видите на экране? Что вы видите в центре экрана?

Как изменяется картина при изменении положения щели-препятствия или экрана?

В чем вы видите сходство картин, наблюдаемых с использованием малого экрана и щели? В чем их различие?

А теперь поместим на пути светового пучка кусочек ткани - органзы, в которой нити основы расположены под прямым углом к нитям уткà. Что вы наблюдаете? Потянем ткань в каком-нибудь направлении - и картина изменяется.

Все наблюдаемые нами картины формируются в результате одного и того же физического явления, которое называют дифракцией.

Дифракция волн (от лат. diffractus - разломанный, преломлённый) - в первоначальном, узком смысле - огибание волнами препятствий. В современном, более широком смысле под дифракцией понимают любое отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Вследствие дифракции волны могут попадать в область геометрической тени: огибать препятствия, стелиться вдоль поверхностей, проникать через небольшие отверстия в экранах и т.п. Например, звук может быть услышан за углом или радиоволна может проникнуть за горизонт даже без отражения от ионосферы [4].

Термин дифракция употребляется также для обозначения одного из свойств волн (волны могут отражаться, преломляться, дифрагировать, проходить через среду, поглощаться ею и т.д.).

Как же объяснить распределение интенсивности света, наблюдаемое на экране в каждом из этих опытов?

Какие представления о свете уже есть у вас? Какие из них могут оказаться продуктивными при объяснении этих опытов?

Если свет представляет собой волновой процесс, то наряду с дифракцией света должна наблюдаться и интерференция волн, распространяющихся от разных элементов открытой части волнового фронта (расположенных за краями малого экрана или в створе щели). Дифракционная картина формируется в результате интерференции вторичных волн, образовавшихся при взаимодействии падающих волн с препятствием. Но наблюдать дифракцию света нелегко. Дело в том, что волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала.

Изучая интерференцию света, мы рассмотрели классический опыт по дифракции (рисунок 2.21) - опыт Юнга, поставленный им в 1802 г.

Т. Юнг, открывший интерференцию света, в непрозрачной ширме проколол булавкой два маленьких отверстия и на небольшом расстоянии друг от друга. Эти отверстия освещались узким световым пучком, прошедшим в свою очередь через малое отверстие в другой ширме. Именно эта деталь, до которой в то время было очень трудно додуматься, решила успех опыта.

Интерферируют только когерентные волны. Возникшая в отверстии сферическая волна в соответствии с принципом Гюйгенса возбуждала когерентные с ней колебания в отверстиях и . Вследствие дифракции от отверстий и распространялись два конусообразных световых пучка, которые частично перекрывались. В результате интерференции световых волн на экране появлялись чередующиеся светлые и темные полосы. Закрывая одно из отверстий, Юнг обнаруживал, что интерференционные полосы исчезали. Именно в таком опыте Юнгом впервые были измерены длины волн, соответствующие свету разного цвета, причем весьма точно.

Теория Френеля. Исследование дифракции получило свое развитие в работах О. Френеля. Френель не только более детально исследовал различные варианты дифракции на опыте, но и построил количественную теорию дифракции, ставшую принципиальной основой для расчета дифракционной картины, возникающей при взаимодействии света с любыми препятствиями. Им же впервые было объяснено прямолинейное распространение света в однородной среде на основе волновой теории.

Этих успехов Френель добился, объединив принцип Гюйгенса с идеей интерференции вторичных волн. Согласно идее Френеля волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции.

Представление о возникновении вторичных волн, порождаемых всеми элементами волнового фронта, дополненное утверждением об интерференции вторичных волн, составляет суть принципа Гюйгенса - Френеля. Френелем был развит метод зон, с применением которого проводится качественный анализ структуры дифракционного поля.

Пусть А - точечный источник света, свет проходит через круглое отверстие в непрозрачном экране, находящееся на расстоянии R от источника (рисунок 2.22). Через это отверстие пройдет только часть фронта сферической волны, исходящей из точки А. Определим действие этой волны в точке A´, расположенной на прямой AA´, проходящей через центр отверстия , на расстоянии ro от отверстия. Для этого мысленно разделим волновой фронт на кольцевые зоны (зоны Френеля), построенные так, что расстояния от краев соседних зон до точки Р отличаются на половину длины волны. Тогда волны, приходящие в точку Р от соответствующих частей соседних зон, будут иметь разность хода , то есть придут в точку Р в противоположных фазах.

Амплитуда колебаний, обусловленных в точке Р отдельной зоной, зависит от площади зоны, от расстояния r от зоны до точки Р и от угла между отрезком r и нормалью к поверхности зоны. Площади зон примерно одинаковы и равны, , где R - радиус кривизны волнового фронта в створе отверстия, r0 - расстояние от отверстия до точки наблюдения P. Амплитуды волн, доходящих до точки наблюдения Р, зависят только от расстояния rk и от угла, составленного направлением этого отрезка с нормалью к поверхности зоны. С увеличением номера зоны расстояние rk и угол наклона возрастают, поэтому амплитуды колебаний, обусловленных в точке Р отдельными зонами, должны монотонно убывать с ростом номера зоны:

.

Так как фазы колебаний, обусловленных в точке Р соседними зонами, противоположны, то амплитуда Ak суммарного колебания, обусловленного действием k зон, равна

,

где знак последнего слагаемого положителен при нечетном k и отрицателен при четном k. При нечетном числе зон амплитуда результирующего колебания больше, чем при четном числе зон, укладывающихся в отверстии.

Учитывая монотонность убывания с ростом номера зоны амплитуды колебаний, обусловленных отдельными зонами, можно доказать приближенное равенство

,

где знак "+" соответствует нечетному числу зон, а знак "?" ? четному числу зон.

Если между точечным источником и точкой наблюдения нет никаких препятствий, то есть фронт волн, распространяющихся от источника, полностью открыт, то и интенсивность света в точке наблюдения обусловлена только центральной зоной Френеля, то есть свет распространяется в эту точку прямолинейно.

Одновременно Френелем был проведен также количественный расчет распределения интенсивности при дифракции света на различных рода препятствиях.

Любопытный случай произошел на заседании Французской академии наук в 1818 г. Один из ученых, присутствовавших на заседании, - Пуассон обратил внимание на то, что из теории Френеля вытекают факты, явно противоречащие здравому смыслу. Из полученных Френелем формул следовало, что при определенных размерах отверстия и определенных расстояниях от отверстия до источника света и экрана в центре дифракционной картины должно находиться темное пятнышко, а за маленьким непрозрачным диском, наоборот, в центре тени должно находиться светлое пятно. Каково же было удивление ученых, когда эти факты были экспериментально доказаны в опытах Френеля и Араго.

Из-за того что длина световой волны очень мала, угол отклонения света от направления прямолинейного распространения невелик. Поэтому для отчетливого наблюдения дифракции нужно либо использовать очень маленькие препятствия, или же располагать экран далеко от препятствий. При расстоянии между препятствием и экраном порядка метра размеры препятствий не должны превышать сотых долей миллиметра. Если же расстояние до экрана достигает сотен метров или нескольких километров, то дифракцию можно наблюдать на препятствиях размером в несколько сантиметров и даже метров.

На рисунке 2.24 показано, как выглядят на фотографиях дифракционные картины от различных препятствий: а) от тонкой проволочки; б) от круглого отверстия; в) от круглого экрана.

Рисунок 2.24 - Дифракционные картины на разных препятствиях.

Вместо тени от проволочки видна группа светлых и темных полос; в центре дифракционной картины от отверстия появляется темное пятно, окруженное светлыми и темными кольцами; при другом положении отверстия относительно источника и экрана пятно в центре дифракционной картины светлое и окружено чередующимися темными и светлыми кольцами; в центре тени, образованной круглым экраном, видно светлое пятнышко, а сама тень окружена темными концентрическими кольцами.

Следует ли из рассмотренной теории дифракции, что от геометрической оптики и используемых в ней эмпирических законов и правил следует отказаться?

Границы применимости геометрической оптики [3]. Во всех физических теориях происходящие в природе процессы отражаются приближенно. Для любой теории могут быть указаны определенные границы ее применимости. Можно ли в конкретном случае применять данную теорию или нет, зависит не только от той точности, которая обеспечивается в рамках этой теории, но и от того, какая точность требуется при решении той или иной практической задачи. Границы теории можно установить только после того, как для описания тех же явлений построена более общая теория.

Все эти общие положения относятся и к геометрической оптике. Эта теория является приближенной. Она неприменима при объяснении явлений интерференции и дифракции света.

Более общей и более точной теорией является волновая оптика. Закон прямолинейного распространения света и другие законы геометрической оптики выполняются достаточно точно только в том случае, если размеры препятствий на пути распространения света во много раз больше длины световой волны. Но совершенно точно они не выполняются никогда.

Действие оптических приборов описывают на основе законов геометрической оптики. Если забыть о границах применимости этих законов, то мы должны различать с помощью микроскопа сколь угодно малые детали объекта; а с помощью телескопа - установить существование двух звезд при любых, как угодно малых угловых расстояниях между ними. Однако в действительности это не так, и только в рамках волновой теории света удаётся разобраться в причинах существования предела разрешающей способности оптических приборов.

Разрешающая способность микроскопа и телескопа. Волновая природа света налагает предел на возможность различения деталей предмета или очень мелких предметов при их наблюдении с помощью микроскопа. Вследствие дифракции не получается отчетливых изображений мелких предметов, так как свет распространяется не строго прямолинейно, а огибает предметы. Поэтому изображения получаются "размытыми". Никакое увеличение не обеспечить различения деталей предмета, если их "размытые" изображения сливаются. Это происходит, когда линейные размеры предметов меньше длины световой волны.

Дифракция налагает также предел на разрешающую способность телескопа. Вследствие дифракции волн у края оправы объектива изображением звезды будет не точка, а система светлых и темных колец. Если две звезды находятся на малом угловом расстоянии друг от друга, то эти кольца налагаются друг на друга и глаз не в состоянии различить, имеются ли две светящиеся точки или одна. Предельное угловое расстояние между светящимися точками, при которых их можно различать, определяется отношением длины волны к диаметру объектива.

Этот пример - свидетельство тому, что дифракция происходит всегда, на любых препятствиях, и при очень тонких наблюдениях ею нельзя пренебречь и для препятствий, размеры которых значительно больше длины волны излучения.

Какое же явление дифракция - вредное или полезное? Что нужно учесть при ответе на этот вопрос?

С особым видом дифракции и полезным его использованием познакомимся, рассматривая дифракцию на последовательности параллельных друг другу щелей, образующих дифракционную решетку.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками (рисунок 2.25).

Если ширина прозрачных щелей (или отражающих полос) равна а, а ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) равна b, то величина d=a+b называется периодом решетки, или постоянной решетки. Решетка длиной L содержит N = L / d щелей (штрихов).

Решетки высокого качества изготовляют на специальной делительной машине, наносящей на стеклянной пластине параллельные штрихи. Число штрихов доходит до нескольких тысяч на 1 мм; общее число штрихов в решетке превышает 100000. Просты в изготовлении желатиновые отпечатки - реплики - с такой решетки, зажатые между двумя стеклянными пластинами. Наилучшими качествами обладают так называемые отражательные решетки. Они представляют собой чередующиеся участки, отражающие свет и рассеивающие его.

Рассмотрим элементарную теорию дифракционной решетки.

Пусть на одномерную дифракционную решетку падает под углом ? монохроматическое излучение с плоским фронтом и длиной волны ? (рисунок 2.26).

Вторичные источники в щелях создают световые волны, распространяющиеся по всем направлениям. Найдем условие, при котором идущие от щелей волны усиливают друг друга. Рассмотрим для этого волны, распространяющиеся в направлении, определяемом углом ?.Такой вариант наблюдения дифракции называют дифракцией в параллельных лучах, или дифракцией Фраунгофера.

Оптическая разность хода волн, приходящих в точку наблюдения от двух соседних щелей, определяется суммой длин отрезков CB и BD. Выразим их через постоянную решетки d и углы ? и ?:

(1)

где знак (+) или (-) выбирается с учетом того, является решетка отражающей или пропускающей.

При нормальном падении излучения на дифракционную решетку ? = 0, и формула (1) принимает вид:

(2)

Максимумы будут наблюдаться под углом ?, определяемым условием:

где k = 0, 1, 2, …

Нужно иметь в виду, что при выполнении данного условия усиливаются не только волны, идущие от нижних (по рисунку 2.26) краев щелей, но и волны, идущие от всех других точек щелей. Каждой точке в первой щели соответствует точка во второй щели, находящаяся от первой точки на расстоянии d. Поэтому разность хода вторичных волн, испущенных этими элементами волнового фронта, равна ?k и эти волны взаимно усиливаются.

За решеткой помещают собирающую линзу и за ней экран - на фокусном расстоянии от линзы. Линза фокусирует лучи, идущие параллельно друг другу (дифрагировавшие под одним углом), в одной отрезке прямой линии, параллельной щелям решетки. В этой точке происходит сложение волн с их взаимным усилением. Углами ?, удовлетворяющими условию , определяется положение максимумов на экране [4].

Так как положение максимумов (кроме центрального, соответствующего k = 0) зависит от длины волны, то решетка разлагает белый свет в спектр. Чем больше ?, тем дальше располагается тот или иной максимум, соответствующий данной длине волны, от центрального максимума. Между максимумами расположены минимумы освещенности. Чем больше число щелей, тем более резко очерчены максимумы и тем более широкими минимумами они разделены. Световая энергия падающего на решетку излучения перераспределяется ею так, что большая ее часть приходится на максимумы, а в минимумы попадает незначительная часть энергии.

С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны. Если период решетки известен, то определение длины волны сводится к измерению угла ?, соответствующего направлению на максимум.

Разрешающая способность дифракционной решетки R зависит от полного числа штрихов N в решетке и от порядка дифракции m:

Посредством дифракционной решетки с большим числом штрихов удается очень точно определять длину волны излучения. Эта возможность используется в спектральных приборах, предназначенных для проведения качественного и количественного спектрального анализа. В них дифракционная решетка выполняет функции диспергирующего (разлагающего излучение в спектр) элемента.

Если посмотреть, прищурившись, на яркий источник света (например, на фары приближающегося автомобиля), то можно обнаружить радужные спектры. Наши ресницы, разделенные воздушными промежутками, представляют собой грубую дифракционную решетку. Поэтому при дифракции на ресницах белый свет разлагается в спектр. Подобны отражательной дифракционной решетке долгоиграющая пластинка с ее бороздками, проходящими близко друг от друга, и компакт-диск. Если вы посмотрите на отраженный ими свет электрической лампочки, то обнаружите разложение света в спектр. При этом можно наблюдать несколько спектров, соответствующих разным значениям длин волн.

Закрепление

. Давайте сравним материал по только что изученной теме с тем, который был изучен на уроке по теме "Прямолинейное распространение света". Связаны ли эти темы между собой? Каким образом?

. Зависит ли положение максимумов освещенности в дифракционной картине, создаваемой дифракционной решеткой, от числа щелей?

. Что вы увидите, глядя на электрическую лампочку сквозь птичье перо?

. Чем объяснить цветные переливы, наблюдаемые при рассматривании павлиньих перьев в отраженном свете?

. Чем отличаются спектры, формируемые призмой, от дифракционных спектров?

Рефлексия

. В чем вы видите ценность сегодняшнего урока?

. Что было интересно узнать на уроке?

. Что было непонятно?

Домашнее задание

.Выучить §49 из [4].

.Письменно ответить на вопросы в конце параграфа.

. Вопросы и качественные задачи

В предлагаемом пособии содержатся качественные задачи, изучаемым в 8-м классе 11-летней средней школы и ответы к ним. Настоящее пособие может быть использовано учениками и учителями при изучении и преподавании физики как по программе, соответствующей базовому уровню подготовки, так и по программе, по которой изучается физика в классах естественнонаучного направления в лицеях и гимназиях.

Основные цели при подготовке этого пособия - способствовать глубокому пониманию учащимися сути физических явлений и их взаимосвязи, формированию умений анализировать явления, наблюдаемые в природе, расширению представлений о практическом применении физических явлений и их законов, профессиональной ориентации учащихся и выявлению значимости для них образования по физике.

Вопросы расположены в порядке возрастания сложности. В методическом пособии имеется возможность актуализировать знания о физических явлениях, полученных при первом знакомстве с физикой в курсе "Человек и мир". Опыт в объяснении явлений, происходящих в окружающем нас мире, принципа действия приборов и технических устройств и ограничений на их применение пригодится на этапе знакомства с основами современного производства, с приборами бытовой техники и правилами их безопасной эксплуатации [5].

Задача №1

Что за маленькие расплывчатые точки, которые иногда усиливаются, а иногда уменьшаются у вас перед глазами?

Ответ: Пятнышки в глазу - это интерференционная картина, вызванная дифракцией света на круглых клетках крови, плавающих прямо перед жёлтым пятном сетчатки (область с повышенным содержанием колбочек). Клетки крови могут попасть в глаз из капилляров, разрушающихся вследствие старения, повышения кровяного давления, ударов. Под действием осмотического давления эти клетки раздуваются в шарики.

Задача №2

Почему цветные ткани выцветают на солнце?

Ответ: Ультрафиолетовое излучение, поглощаясь органическими молекулами красок, нарушает молекулярные связи. Это приводит к потере пигмента.

Задача №3

Почему лучи прожекторов, которые применяли во время войны для обнаружения самолётов, так резко обрываются в воздухе?

Ответ: Луч слабеет не только вследствие расхождения, но и из-за атмосферного рассеяния. Поэтому его интенсивность падает экспоненциально, обрывается довольно резко.

Задача №4

Если стать на горе спиной к солнцу и посмотреть в расстилающийся перед вами густой туман, то можно увидеть радужную каёмку (или замкнутое кольцо) вокруг тени головы. Почему возникает ореол и как в нём расположены цвета [6]?

Ответ: Ореол возникает вследствие обратного (в сторону источника) рассеяния света каплями воды, размеры которых соразмерны длине световой волны. Возвращающийся свет входит в каплю сбоку и сбоку же, но с другой стороны, выходит, претерпев отражение внутри капли, а также обогнув её вдоль поверхности (дифракция). Угол обратного рассеяния зависит от длины волны, поэтому образуются окрашенные кольца; так как угол зависит и от размер акапель, то кольца появляются лишь тогда, когда капли не сильно отличаются по размерам.

Задача №5

"Утро было великолепным, но наш рулевой, взглянув на восходящее солнце, опасливо покачал головой и многозначительно пробормотал: "Красно солнце поутру моряку не по нутру". И правда, солнце выглядело таким зловещим, что несколько резвившихся в небе лёгких кудрявых облаков, словно испугавшись его, куда-то поспешно скрылись…"

"Тайфун у берегов Японии". Джек Лондон, 1893 год.

Поясните слова рулевого: "Красно солнце поутру моряку не по нутру" [6]? Почему при восходе и особенно закате Солнце играет различными цветами?

Ответ: Надо сказать, что существует много пословиц, в которых красное утреннее небо рассматривается как предостережение дождя. Шекспир писал, что красное утро всегда предвещает бурю полям, а моряку - крушение. Красный цвет солнца предвещает о сильных ветрах, особенно в верхних слоях атмосферы и определяется присутствием в атмосфере сопутствующих дождю пыли и влажности.

Солнечные лучи при закате и восходе проходят большой путь в воздухе. По теории Рэлея, будут рассеиваться синие, голубые и фиолетовые лучи, а проходят лучи красной части спектра. Поэтому Солнце окрашивается в жёлтые, розовые, красные тона, противоположная сторона неба кажется окрашенной в синий с фиолетовым оттенком цвет. Восход даёт более яркую и чистую картину, так как воздух за ночь делается чище.

Задача №6

Чем объяснить образование цветных пятен на поверхности воды в тех местах, где она загрязнена нефтью, бензином или смазочным маслом?

Ответ: Радужные полосы в тонких плёнках возникают в результате интерференции световых волн, отражённых от верхней и нижней границ плёнки. Волна, отражённая от нижней границы, отстаёт по фазе от волны, отражённой от верхней границы. Величина этого отставания зависит от толщины плёнки и от длины световых волн в плёнке. Вследствие интерференции будет происходить гашение одних цветов спектра и усиление других. Поэтому места плёнки, обладающие разной толщиной, будут окрашены в различные цвета.

Задача №7

На стёклах, длительное время подвергавшихся атмосферным влияниям или пролежавшим длительное время в сырой земле, наблюдаются красивые радужные оттенки. Как объяснить их происхождение?

Задача №8

Под влиянием нагревания до температуры 220-350°C сталь покрывается ярко окрашенной разноцветной плёнкой, так называемыми "цветами побежалости". Объясните явление.

Ответ: При температуре 220-350°C сталь покрывается тонким прозрачным слоем окисла. Толщина этого слоя (следовательно, и цвет побежалости) зависит от температуры. Например, температуре 220°C соответствует светло-жёлтый цвет, температуре 285°C - фиолетовый.Задача №9

Выдуйте мыльный пузырь. Заметьте, когда на пузыре появится радужная окраска. Объясните явление. Какова приблизительно толщина плёнки пузыря в тех местах, где он окажется жёлтым?

Задача №10

При наблюдении мыльной плёнки, образованной в плоской вертикальной рамке, можно заметить, что цветные горизонтальные интерференционные полосы будут с течением времени перемещаться вниз, несколько изменяя свою ширину. Через некоторое время в верхней части плёнки возникнет быстро увеличивающееся чёрное пятно, а затем плёнка разорвётся. Объясните наблюдаемое [6].

Ответ: Вода во внутреннем слое плёнки постепенно стекает вниз, нижняя часть плёнки утолщается, а верхняя становится тоньше. Места, соответствующие определённой толщине плёнки перемещаются, вместе с ними перемещаются и соответствующие интерференционные полосы. Через некоторое время толщина плёнки в верхней части становится меньше четверти длины волны самых коротких волн падающего на плёнку света. В этих местах плёнки при интерференции отражённых от плёнки лучей будет происходить гашение волн всех длин.

Задача №11

Источником какого света для нас являются сумерки, утренние и вечерние зори?

Ответ: Источниками рассеянного солнечного света, молекулами атмосферных газов и пылевых частиц, находящихся в атмосфере.

Задача №12

Можно ли получить от непрозрачного предмета четыре полутени без тени?

Ответ: Можно.

Комментарий: Представьте себе футболиста в центре стадиона при вечернем освещении его прожекторами, установленными высоко по углам стадиона.

Задача №13

Может ли протяжённость тени от верёвки, натянутой между вертикальными столбами, быть большей расстояния между столбами?

Ответ: Да может, если верёвка натянута, например, над оврагом.

Задача №14

Может ли велосипедист обогнать свою тень?

Ответ: Может, если тень образуется на стене, параллельно которой движется велосипедист, а источник света движется быстрее велосипедиста и в том же направлении.

Задача №15

Почему в солнечный день не следует поливать водой листья огородных и садовых растений?

Ответ: Капли фокусируют солнечный свет на поверхность листьев, и растения получают солнечные ожоги.

Задача №16

Почему даже в совершенно чистой воде человек видит плохо? Хорошо ли видит водолаз [7]? Какую функцию выполняю маски и очки для плавания под водой?

Задача №17

Почему в воде изображения неба, облаков, деревьев всегда темнее, чем в действительности?

Задача №18

Дно пруда не видно из-за блеска отражённого света. Как можно погасить отражённый свет и увидеть дно?

Задача №19

Почему с моста лучше видно рыбу, плывущую в реке, чем с низкого берега?

Задача №20

На поверхности реки, озера или моря в направлении Луны видна сверкающая лунная дорожка. Объясните, как она образуется. Можно ли наблюдать лунную дорожку на идеально гладкой спокойной поверхности воды? Почему дорожка всегда направлена на наблюдателя?

Ответ: Дорожка на поверхности воды возникает вследствие отражения света от мелких волн, которые ориентированы в различных направлениях. Поэтому при самых различных положениях наблюдателя отражённые лучи попадают к нему в глаз. Каждый наблюдатель видит "свою" лунную дорожку

Задача №21

В безлунную ночь на небе виден зодиакальный свет и противосияние. Зодиакальный свет - это туманный треугольник, который можно наблюдать на западе в течение нескольких часов после захода солнца или на востоке - перед его восходом. Противосияние - это довольно слабое свечение, возникающее в противоположном солнцу направлении. Чем объяснить такие свечения?

Ответ: Эти свечения связаны с рассеянием света космической пылью, поступающей из пояса астероидов. Зодиакальный свет обусловлен пылью, находящейся внутри орбиты Земли. Противосияние - это свет, рассеянный пылью, находящейся за пределами земной орбиты.

Задача №22

Иногда вокруг Солнца или Луны наблюдаются круги (малое Гало). Оно находится обычно на угловом расстоянии в 22° и окрашено изнутри красным, а снаружи - белым или синим цветом. Отчего оно возникает? Правда ли, что Гало считают предвестником дождя?

Ответ: Малое Гало обусловлено преломлением света в падающих кристалликах льда. Главные оси кристаллов, на которых образуется Гало, ориентированы случайным образом в плоскости, перпендикулярной лучу падающего света. Поэтому в любой точке под углом 22° имеются кристаллы, которые ориентированы так, что дают яркий свет. Сильнее всего преломляются синие лучи, поэтому внешняя сторона открашена в этот цвет.

Задача №23

Почему обычные облака в основном белые, а грозовые тучи чёрные?

Ответ: Размер водяных капель в облаке гораздо больше молекул воздуха, поэтому свет от них не рассеивается, а отражается. При этом он не разлагается на составляющие, а остаётся белым. Очень плотные грозовые облака либо вообще не пропускают свет либо отражают его вверх.

Задача №24

Иногда возникают перламутровые облака, имеющие очень красивые тона. Они редки и наблюдаются лишь в высоких широтах. После захода солнца они настолько яркие, что свет от них окрашивает снег. Каковы особенности этих облаков?

Ответ: Перламутровые облака располагаются на очень большой высоте и состоят из капель, радиусы которых (0,1-3 мкм) близки к длине волны видимого света. На этих каплях происходит дифракция света, которая зависит и от радиуса капли и длины волны.

Задача №25

Почему не всё небо имеет одинаковый оттенок, а часть окрашена в более яркий голубой цвет?

Ответ: Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха, причём свет с меньшей длиной волны рассеивается сильнее. Поэтому, когда Солнце близко к горизонту, небо над наблюдателем в основном голубое. Голубизна неба на расстоянии больше 90° от Солнца слабее, так как небо освещено светом, прошедшим больший путь в атмосфере и потерявшим синюю составляющую.

Задача №26

Почему человеку, смотрящему вдоль железнодорожного пути, кажется, что: рельсы постепенно сходятся; высота столбов телеграфной линии постепенно уменьшается; далёкие предметы движутся медленнее, чем близкие?

Задача №27

На светлом фоне керамического изделия сделан тёмный рисунок. Если это изделие поместить в печь с высокой температурой, то виден светлый рисунок на тёмном фоне. Почему [8]?

Задача №28

Если посмотреть на окружающие тела через тёплый воздух, поднимающийся от костра, то он кажется дрожащим. Почему?

Задача №29

Пролетевший на большой высоте самолёт, оставляет за собой белую полосу тумана - мельчайшие капельки воды, образующиеся в результате конденсации водяных паров. Объясните, почему такие полосы оказываются ярко освещёнными даже в вечернее время после захода солнца или утром задолго до восхода?

Задача №30

В какое время дня - утром, в полдень или вечером размеры тени от облака на поверхности земли наиболее близки к размерам самого облака?

Задача №31

Если смотреть на разноцветную светящуюся рекламу (например, из газоразрядных трубок), то красные буквы всегда кажутся выступающими вперёд по сравнению с синими и зелёными. Чем это можно объяснить?

Задача №32

При слабом освещении синий цвет кажется ярче красного, но при хорошем освещении красный кажется ярче синего. Почему относительная яркость цветов зависит от уровня освещения [9]?

Ответ: При сильной освещённости зрение обусловлено колбочками, а при слабой - палочками. Колбочки бывают трёх типов, чувствительных к цветам: красному, жёлтому, синему. Палочки наиболее чувствительны к зелёному свету и малочувствительны к красному. Если увеличивать освещённость, то зрение переключается с "палочкового" на "колбочковое". Красные цвета в сумерках кажутся более тёмными, нежели зелёные, а в ночное время - практически чёрными, в то время как синие объекты "становятся" более светлыми (эффект Пуркинье).

Задача №33

Почему вечером человек хуже различает очертания предметов, чем днём?

Ответ: Вечером зрачки у человека расширяются. Но хрусталик - не идеальная линза. Изображения, даваемые различными участками хрусталика, из-за аберрации смещены относительно друг друга. Чем большая часть хрусталика "работает", тем более размытое изображение.

Задача №34

Подсвеченный с определённого направления одноцветный флаг, развевающийся ночью на здании, кажется полосатым, причём полосы на нём непрестанно перемещаются. Каковы причины этого явления?

Задача №35

Объясните природу радужной полоски в глазах стрекоз, шершней; переливы оперения птиц - сороки, райских птиц, павлина; игру красок крыльев бабочек.

Задача №36

Если перед запылённым зеркалом зажечь свечу, можно увидеть вокруг пламени радужный ореол. Проведите эксперимент и объясните наблюдаемое явление [10].

Задача №37

В морозный вечер обратите внимание на радужные кольца вокруг фонарей, если смотреть на них через покрытые морозными узорами стекла (ближе к источнику радужные круги имеют сине-голубой свет, дальше от источника - оранжево-красный). Объясните наблюдаемое. Если человек видит радужные кольца вокруг источников света в чистом воздухе, то доктора считают это признаком помутнения прозрачных сред глаза (начала возникновения катаракты). Почему?

Ответ: Венцы вокруг фонарей объясняются дифракцией света на препятствиях (морозных узорах), соразмерных с длиной волны света. Свет, проходя через неоднородную среду, даёт дифракционную картину.

Задача №38

Почему для запрещённых сигналов на транспорте принят красный цвет [11]?

Задача №39

Почему проявление фотографических снимков производится при красном освещении?

Задача №40

Пламя электрической дуги будет безвредно для зрения, если дугу зажечь в воде. Почему?

Задача №42

Радуга, представляющаяся с земли дугой, с самолёта имеет вид радужного круга с тенью самолёта в центре. Почему?

Задача №43

Как далеко от нас образуется радуга, т.е. на каком расстоянии находятся те капли воды, благодаря которым она и возникает?

Ответ: Для радуги имеет значение лишь угол между падающим солнечным лучом и линией зрения наблюдателя. Капли же могут находиться на расстоянии от нескольких метров до нескольких километров. Можно наблюдать радугу, возникающую на фоне струй водопада или фонтана.

Задача №44

Почему блестят капельки росы? Почему блестят пузырьки воздуха в воде?

Задача №45

Почему поверхность одних предметов кажется нам тусклой, матовой, а других - глянцевой, блестящей? Приведите примеры поверхностей обоих типов.

Вопрос. Тонкий слой воды прозрачен. Почему же темнеет след, когда идёшь по мокрому песчаному берегу вдоль воды?

Ответ. Пористые и шероховатые предметы, будучи влажными, становятся темнее сухих. Очевидно, что при смачивании увеличивается коэффициент поглощения света и уменьшается коэффициент отражения. Когда жидкость заполнила промежутки между крупинками речного песка, покрыла каждую, то значительно уменьшилось отражение света вследствие полного внутреннего отражения. Свет, попавший в промежутки между песчинками, поглощается в них после многократного отражения; поэтому промежутки кажутся нам более темными, что приводит к потемнению всей поверхности песка. По тем же причинам все мокрые цветные ткани приобретают более насыщенные цвета [12].

Вопрос. На берегу озера стоит дом. Фотографируют сначала дом, а затем отражение в озере. Можно ли различить фотографии?

Ответ. Если дом, который фотографировали, имеет надписи, то легко на фотографии отличить его действительный вид от зеркального отражения. Если нет столь явных признаков, надо внимательно изучить обе фотографии. Дело в том, что снимки дома и его отражения делаются под разными углами зрения, как бы с разных точек съемки. Разница между объектом и его отражением уменьшается при приближении глаза к поверхности воды при удалении объекта. Обратите внимание на отражение берега, спускающегося к воде. Он покажется нам укороченным и совсем исчезает, если фотограф стоит высоко над поверхностью воды. Мы никогда не увидим вершины камня, часть которого погружена в воду. Поэтому в объектив фотоаппарата могут попасть детали зеркального отражения, которые не видны на "прямом снимке". Объектом фотографирования могут быть различные физические тела.

Вопрос. Почему промасленная бумага прозрачна, если сливочное масло и сама бумага не прозрачны?

Ответ. Бумага состоит из тончайших полупрозрачных для света волокон, между которыми находится воздух. Падающий свет, проникая внутрь, испытывает многократные отражения от волокон и как бы запутывается в них, не выходя наружу и не попадая опять в глаз наблюдателя; поэтому бумага кажется не прозрачной. Тонкий слой масла прозрачен. Поэтому, когда бумага промаслена, жир заполняет промежутки между волокнами. Луч света проходит сквозь прозрачную среду, не испытывая ни отражения, ни преломления света на границе масло - волокно, так как показатели преломления масла и бумажного волокна примерно одинаковы. Поэтому промасленная бумага почти прозрачна.

Вопрос. В каждой квартире есть зеркала, создающие мнимые отражения двух видов: отражения от стекла с зеркальным покрытием, непрозрачные для света, и от одностороннего зеркала, сквозь которые можно видеть предмет в одном направлении, а в другом они отражают свет, как обычные зеркала. Объясните, почему односторонние зеркала создают мнимые отражения [12].

Ответ. Односторонними зеркалами в любой квартире служат окна. В солнечные дни из комнаты через окно хорошо просматривается пейзаж на улице. Увидеть же с улицы, что происходит в доме, практически невозможно. Если приблизить лицо к стеклу, то увидишь свое отражение в окне, как в обычном зеркале. Вечером, когда в комнате зажгли свет, а темнота приблизилась к окну, с улицы легко рассмотреть эту комнату, но нельзя увидеть из комнаты через окно улицу. И только приблизив лицо вплотную к стеклу, мы увидим уличный пейзаж.

4. Внеклассное исследовательское занятие по оптике для учащихся 8 класса по теме "глаз и зрение"

Тип занятия: внеклассное экспериментальное исследование.

1)познавательная цель: знакомство учащихся с новыми физическими понятиями, явлениями и их законами;

2)развивающая цель: создать условия для развития мышления, коммуникативных и мыслительных качеств учащихся;

3)практическая цель: учить учеников грамотно формулировать цель работы, делать выводы и проводить самооценку проделанной работы;

4)воспитательная цель: воспитывать чувство коллективизма, развивать аналитические способности учащихся.

Приборы, наглядные пособия, технические средства к занятию: набор линз, плакаты с изображениями глаза.

Учитель:

Оптика - один из интереснейших разделов физики, поэтому и проведено много исследований в области света. Знакомство мы начинаем на уроке, говоря о свете, его природе, значении. Значение света для человека огромно. Мы получаем информацию о мире благодаря свету.

Учитель:

Чудный дар природы вечной,

Дар бесценный и святой -

В нем источник бесконечный

Наслажденья красотой.

Солнце, небо, звезд сияние…

Море в блеске голубом…

Всё - природу и создания

Мы лишь в свете познаём.

Глаз - это орган, благодаря которому мы видим мир. О том, как устроен глаз, мы говорим и на уроке биологии, и на уроке физике.

Человеческий глаз представляет собой замкнутый объем приблизительно сферической формы. Диаметр среднего глаза человека составляет приблизительно 23 - 25 мм. Среднее расстояние от хрусталика до сетчатки 18,3 мм.

Глаз окружен прозрачной твердой оболочкой белого цвета - склерой, которая защищает глаз от повреждений. Передняя часть склеры переходит в прозрачную оболочку - роговицу, толщина которой 0,5 мм. За роговицей внутри склеры расположены передняя глазная камера, хрусталик, задняя глазная камера.

1 - радужка; 2 - хрусталик; 3 - зрительная линия; 4 - водянистая влага; 5 - роговица;

- цилиарная мышца; 7 - стекловидное тело; 8 - склера; 9 - сосудистая оболочка;

- сетчатка; 11 - фовеола (центральная ямка); 12 - оптическая ось;13 - слепое пятно;

- зрительный нерв; 15 - цинновы связки

Рисунок 3.1 - Горизонтальный разрез правого глазного яблока

Хрусталик глаза человека представляет собой двояковыпуклую линзу и обладает большой светопреломляющей способностью. Ось хрусталика совпадает с осью глазного яблока. Вещество, из которого состоит хрусталик, бесцветное, прозрачное, плотное, сосудов и нервов не содержит, коэффициент преломления этого вещества n = 1,43. При сокращении или расслаблении ресничной мышцы изменяется кривизна хрусталика, и вместе с ней изменяется оптическая сила этой линзы. Среднее значение оптической силы глаза составляет плюс 59 диоптрий. Так как фокусное расстояние такой линзы очень маленькое (17 мм), то все наблюдаемые нами объекты располагаются на расстоянии, превышающем удвоенное фокусное расстояние. Следовательно, изображение на сетчатке глаза получается уменьшенным, действительным и перевернутым. Означает ли это, что на самом деле земля находится вверху, а небо внизу? Нет, наше представление о расположении предметов формируется не только в результате построения оптического изображения предметов, но и как следствие психофизиологических процессов.

Световоспринимающей системой глаза является его сетчатая оболочка, содержащая светочувствительные клетки - зрительные рецепторы. Проводниковым отделом служат зрительные нервы, которые соединяют отдельными волокнами зрительные рецепторы с клетками затылочной части коры головного мозга, где расположено центральное звено зрительного анализатора, воспринимающее и анализирующее то, что видит глаз. В результате этого анализа изображение неосознанно нами, автоматически переворачивается еще раз.

Размер изображения на сетчатке зависит от размеров предмета и расстояния от него до сетчатки, то есть от угла, под которым рассматриваются предметы. Этот угол называется углом зрения. Чем дальше предмет, тем меньше его изображение на сетчатке. Чем больше предмет, тем дальше мы должны от него отойти, чтобы он весь уместился на сетчатке глаза. Совершенно прав был поэт, сказавший:

"Лицом к лицу - лица не увидать.

Большое видится на расстоянии".

Таким образом, глаз - это система линз, относительные показатели преломления которых заключены в диапазоне от 1,34 до 1,43; оптическая сила этой системы для так называемого среднего глаза плюс 59 диоптрий.

Сейчас проверим работу ваших глаз.

Фронтальный эксперимент № 1

Наблюдение работы хрусталика при различном удалении предмета от глаза, выявление расстояния наилучшего зрения

Ход работы:

1.Расположите ладонь на расстоянии от глаз, превышающем 35 см.

2.Медленно перемещая ладонь, остановите её в том положении, когда линии на неё видно наиболее отчетливо. Попросите одноклассника - соседа по парте измерить линейкой расстояние от поверхности ладони до глаза.

.Продолжите медленное приближение ладони к носу. Что происходит с изображением?

Вывод (формулируют учащиеся, корректирует учитель): Изображение линий становится нечетким, размытым. Расстояние наилучшего зрения для среднего глаза - 25 см (таким оно должно быть при чтении для людей с нормальным зрением). А каким оно оказалось у каждого из вас? Чем это можно объяснить?

Фронтальный эксперимент №2

Наблюдение работы зрачка при различной освещенности глаза

Ход работы:

1. Сидящие слева просят соседа по парте повернуться к источнику света (окну) и прикрыть один глаз рукой.

.Через несколько секунд (15-20) отодвиньте ладонь испытуемого и проследите, что происходит с его зрачком.

. Поменяйтесь ролями.

Вывод (формулируют учащиеся, корректирует учитель): Диаметр зрачка непостоянен. Зрачок рефлекторно сужается при увеличении освещенности и расширяется в условиях низкой освещенности.

Фронтальный эксперимент №3

Наблюдение неодинакового видения предмета правым и левым глазами

Ход работы:

Рассмотрите большой палец правой руки правым и левым глазом отдельно. Что наблюдаете?

Вывод (формулируют учащиеся, корректирует учитель): Изображения различны.

Мы видим двумя глазами, в результате на сетчатке каждого глаза получается свое изображение, т.е. правый глаз видит не совсем то, что видит левый. Почему? Один и тот же предмет относительно каждого глаза находится в несколько ином направлении и на неодинаковом расстоянии. Поэтому и изображения предмета локализованы в разных местах: на сетчатке левого и правого глаза и немного отличаются одно от другого по размерам. Это и есть главная причина того, что предметы мы видим объемными. Наше сознание совмещает оба впечатления в один рельефный образ. Благодаря этому эффекту обеспечивается зрительная ориентация в пространстве; она возможна только при бинокулярном зрении.

Учитель: Строение сетчатки чрезвычайно сложно. Обычно в ней насчитывают десять слоев.

На плакате (рисунок 3.2) дана схема поперечного разреза через сетчатку глаза [13, c. 29], а на другом плакате (рисунок 3.3) - увеличенный фрагмент сетчатки с указанием относительного расположения основных типов клеток [14, c. 37]. Во внешнем слое 1, непосредственно примыкающем к сосудистой оболочке, расположены клетки, окрашенные черным пигментом. Затем идут основные элементы зрительного восприятия 2, называемые по внешнему виду палочками и колбочками. Слои 3 - 5 соответствуют нервным волокнам, подходящим к палочкам и колбочкам. За этими слоями расположены так называемые зернистые слои, также связанные нервными волокнами. Слой 8 - это ганглиозные клетки, каждая из которых соединена с нервными волокнами, расположенными в слое 9. Слой 10 - внутренняя ограничивающая оболочка. Каждое нервное волокно заканчивается либо колбочкой, либо группой палочек. Светочувствительным слоем служит второй, где находятся палочки и колбочки. Общее число палочек и колбочек в сетчатке одного глаза приблизительно равно140 млн., из них около 7 млн. колбочек [15, c. 145].

Рисунок 3.2 - Схема разреза через сетчатку глаза

Распределение палочек и колбочек по сетчатке не равномерно. В месте сетчатки, через которое проходит зрительная линия глаза, расположены только колбочки. Этот участок сетчатки, несколько углубленный, диаметром приблизительно 0,4 мм, что соответствует углу 1,2°, называется центральной ямкой - fovea centralis (лат.) - сокращенно, фовеола или фовеа. В центральной ямке находятся только колбочки, их число здесь достигает 4 - 5 тыс. Фовеола располагается в середине горизонтально расположенного овального участка сетчатки размером от 1,4 до 2 мм (что соответствует угловым размерам равным 5 - 7°), известного под названием желтого пятна или macula (macula - по лат. "пятно"). В этом пятне содержится придающий ему соответствующую окраску пигмент, а помимо колбочек встречаются уже и палочки, но число колбочек в области желтого пятна значительно превышает число палочек.

Рисунок 3.3 -Увеличенный фрагмент сетчатки с указанием относительного расположения основного типов клеток

Желтое пятно (по новой классификации - "пятно сетчатки") и особенно его углубление - фовеа, являются областью наиболее ясного видения. Эта область обеспечивает высокую остроту зрения: здесь от каждой колбочки к зрительному нерву отходит отдельное волокно; в периферической же части сетчатки одно зрительное волокно соединяется с рядом элементов (колбочек и палочек).

В повседневной жизни мы не замечаем еще одного странного свойства нашего зрения, - не видеть предметы, находящиеся сбоку от глаз, хотя свет от них входит в глаз и достигает сетчатки. Следовательно, на сетчатке обоих глаз есть определенное место, на котором нет светочувствительных клеток. Оно расположено в месте входа зрительного нерва в глазное яблоко, недалеко от желтого пятна. Его называют слепым пятном. Диаметр его 1,8 мм.

Лабораторная работа №1

Определение слепого пятна

Цель: убедиться в существовании слепого пятна в сетчатке глаз.

Убедиться в его существовании можно посредством простого теста.

Рисунок 3.4 - Определение слепого пятна в сетчатке глаза

Прикройте рукой левый глаз и поместите рисунок на расстоянии 15 см от глаз. Смотрите правым глазом на крестик и медленно приближайте и удаляйте рисунок до тех пор, пока один из трех кружков не перестанет быть виден.

Как объяснить это явление?

Место выхода зрительного нерва из глазного яблока - слепое пятно, на котором нет светочувствительных клеток. При перемещении предмета относительно глаза изменяется и положение изображения на сетчатке. Когда изображение кружка формируется на этой части сетчатки, объект не виден.

Учитель:

У глаза есть еще одно странное свойство, он склонен нас обманывать.

Речь пойдет об оптических иллюзиях.

Оптическая иллюзия (зрительная иллюзия) - ошибка в зрительном восприятии, вызванная неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа (лунная иллюзия, неверная оценка длины отрезков, величины углов или цвета изображённого объекта, иллюзии движения, "иллюзия отсутствия объекта" - баннерная слепота и др.), а также физическими причинами ("сплюснутая Луна", "сломанная ложка" в стакане с водой). Причины оптических иллюзий исследуют как при рассмотрении физиологии зрения, так и в рамках изучения психологии зрительного восприятия.

Ученикам предлагается несколько изображений, за которыми они наблюдают, а затем высказывают свои ощущения и наблюдения.

Рисунок 3.5 -При длительном всматривании в центр картины она движется

Рисунок 3.6 - Стороны квадрата кажутся искривленными, но на самом деле они прямые

Рисунок 3.7 - На концах отрезков происходит обман зрения.

Рисунок 3.8 - Всматриваясь в центр левой картины линии медленно начинают двигаться, а перебрасывая взгляд на правую картину отчетливо виден негатив.

5. Методические рекомендации для учителя по применению вопросов

1)ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ ВОПРОСЫ - ПЕРВОЕ СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ

Существуют разные типы вопросов. Многие учителя ограничиваются только такими вопросами, которые требовались для проверки: запомнили ученики фактическую информацию или нет.

Вопросы - первое средство обучения. В среднем, учитель старших классов задает за день 348 вопросов. Учитывая, что чистое время преподавания в течение дня составляет приблизительно четыре, мы получаем восемьдесят семь вопросов в час или полтора вопроса в минуту.

В течение всей нашей истории учителя ставили вопросы, которые требовали анализа, синтеза и оценки текста.

От учеников в первую очередь требуют запомнить информацию. Им предлагают определить "кто", "что", "где", "когда", но редко просят исследовать текст, используя техники углубленного анализа. Каждый учитель должен научиться постановке вопросов, которые воодушевляют учеников и побуждают их к учению.

)ПОЧЕМУ МЫ ЗАДАЕМ ВОПРОСЫ

Вопросы могут служить двум целям: проверить усвоение знаний и побудить мыслить.

Знание информации можно проверить, задавая ученику вопросы, которые инициируют мышление. И в этом случае для правильного ответа нужно помнить материал. Если по ответу ясно, что содержание урока не усвоено, вы можете задать вопрос о фактах. А когда ученик вспомнил то, что проходили, вновь задайте прежний вопрос более высокого уровня, чтобы на этот раз ответ был лучше.

Вопросы, которые учителя задают себе чаще всего: "Как мотивировать учеников, чтобы они захотели учиться?" , "Как я могу побудить учеников мыслить?" Если учеников побуждают думать и поощряют их мышление, у них будет желание учиться. Самый эффективный способ побудить учеников думать - это задавать им провоцирующие мысль стимулирующие вопросы [16].

Если учеников побуждают думать и поощряют их мышление, у них будет желание учиться.

)ВОПРОСЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТАКСОНОМИИ БЛЮМА

Известный исследователь педагогики Биньямин Блюм выделил шесть уровней мышления. Эта классификация, названная таксономией, начинается с основного уровня, понимания и приложения знаний, и поднимается к более высоким уровням анализа, синтеза и оценки.

Используя таксономию Блюма, созданную для классификации способности мыслить, можно ставить вопросы, проверяя знания учеников и в то же время стимулируя их мышление.

Учеников просят запомнить полученную информацию, понять смысл переданной информации, осознать полученную информацию и применить это знание в аналогичной ситуации. Для этого им предлагают разбить информацию на малые части, чтобы стала понятной ее структура. Они должны обсудить разные точки зрения, ответить на вопросы "почему", определить мотивацию, причины, сравнить события или сделать вывод из полученных фактов. Учеников просят разбить информацию на малые части, чтобы стала понятной ее структура.

Учеников просят соединить малые части так, чтобы создать что-то новое: другое окончание, решение проблемы, составить, что-то сделать или предсказать развитие событий.

Учеников просят высказаться о ценности информации на основании личного опыта или данного им критерия. Они должны оценить ситуацию, выразить мнение, рекомендовать решение, обсудить тему, защитить определенную точку зрения [16].

Во время урока не обязательно начинать с простых вопросов, а потом переходить к более сложным. Давая ответ на вопрос более высокого уровня, ученик тоже показывает, насколько он усвоил информацию.

)ВОПРОСЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕХНИКЕ ОТНОШЕНИЙ ВОПРОСОВ И ОТВЕТОВ (ОВО)

Еще одна техника для постановки вопросов на разных уровнях: это отношения вопросов и ответов (ОВО). Эту технику можно также использовать для развития понимания учеников, чтобы они сразу знали, где искать ответ на вопрос.

Эту технику можно также использовать для развития понимания учеников, тренируя их, где искать ответ на вопрос.

В этой системе есть четыре типа вопросов, соответствующих шести уровням мышления, описанных в таксономии Блюма. Вопросы типа "Прямо сейчас" отвечают уровням мышления "Знание" и "Понимание"; вопросы типа "Подумай и поищи" - уровням "Приложение" и "Анализ". Вопросы "Автор и Ты" и "По-моему" - "Синтезу" и "Оценке".

Прямо сейчас: Ответ на этот вопрос содержится в самой истории. Слова вопроса и ответа находятся в прямо тексте. Требуется только мышление на уровне "Знание" и "Понимание". Например:

Подумай и поищи: Многие ученики, отвечая на вопрос, ориентируются на его формулировку, на слова, из которых он состоит, которые наводят их на ответ в тексте. Они смотрят на вопрос, находят те же слова в тексте и приводят соответствующее выражение как ответ. Часто при этом они даже не думают о вопросе - тем более об ответе. Чтобы научить их понимать содержание на немного более высоком уровне, вы можете задавать вопросы, которые требуют от них иной формулировки, другого выражения того же содержания. Хотя ответы на эти вопросы можно найти в тексте, слова вопроса и ответа могут различаться. Подготовить такие вопросы для учителя иногда труднее всего, но они очень помогают ученику думать о тексте на более высоком уровне: "Приложение" и "Анализ".

Хотя ответы на вопросы можно найти в тексте, слова вопросе и ответе могут различаться.

Автор и ты: Ответов на эти вопросы нет в рассказе. Ученик должен подумать о том, что сообщил автор и для чего это нужно лично ему.

По моему: На эти вопросы нельзя ответить на основании текста. Ученик должен дать на них ответ на основании собственного опыта. Такие вопросы часто задают перед чтением или после него. Можно их задавать и до, и после изучения текста.

Вопросы типа "Автор и ты" и "По-моему" соответствуют уровням мышления "Синтез" и "Оценка".

Важно, чтобы во время урока, контрольной работы и так далее вы пользовались разными типами вопросов. Благодаря этому ваши ученики смогут обрабатывать информацию на разном уровне, пользуясь различными типами мышления.

)ПОБУЖДАЙТЕ УЧЕНИКОВ ОТВЕЧАТЬ НА ВОПРОСЫ

Создайте в классе такую атмосферу, которая позволяет ученику рисковать [16].

Мы должны создать в классе атмосферу, которая будет поощрять всех учеников задавать вопросы и отвечать на них.

Указания и атмосфера в классе должны быть такими, чтобы слабые и менее способные ученики получали поддержку и обретали уверенность в себе. Тогда они не потеряют возможность учиться из-за страха спросить или ответить глупо или неправильно.

Если вы смотрите на ошибки, как на возможности для роста, вы поощряете учеников рисковать, давая ответ.

)ЯСНО ФОРМУЛИРУЙТЕ ВОПРОСЫ

Прежде, чем задать вопрос, сделайте паузу и подумайте, для чего вы его задаете, что вы хотите при этом услышать от ваших учеников.

)ЗАДАВАЙТЕ ВОПРОСЫ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВОЗРАСТУ И СПОСОБНОСТЯМ УЧЕНИКОВ

Ученик может дать правильный ответ на вопрос, который соответствует его уровню или немного его превышает. Очень важно ставить вопросы чуть более высокого уровня, они стимулируют развитие и побуждают учеников думать. А если ученикам постоянно задают вопросы ниже их уровня, они начинают скучать и мешать. Когда вы лучше познакомитесь с возможностями своих учеников, вы узнаете, какого типа вопросы задавать каждому из них.

Вопросы чуть более высокого уровня стимулируют развитие и побуждают учеников думать.

Во время работы со всем классом, ставьте вопросы разного уровня. Если вы каждому ученику задаете вопрос соответствующего уровня, то все они активно работают, и каждый из них чувствует, что внесла существенный вклад в общее обсуждение. Обращаясь с индивидуальными вопросами к ученикам, учитель не только даете им возможность на равных участвовать в общей дискуссии, но и способствуете росту их уверенности в себе, самооценки и самопознания.

)ЗАДАВАЙТЕ ОТКРЫТЫЕ ВОПРОСЫ

Ученики предпочитают вопросы открытого типа, на которые можно дать различные ответы, а не только правильные или неправильные. Такой подход к вопросам поощряет их проверять и развивать свои идеи, критически анализировать пройденный материал. Вопросы открытого типа начинаются словами "что", "как" или "мог".

Ученики предпочитают вопросы открытого типа, на которые можно дать различные ответы, а не только правильные или неправильные.

)ДАЙТЕ УЧЕНИКАМ ВОЗМОЖНОСТЬ ПОДУМАТЬ ОБ ОТВЕТЕ

Исследователи обнаружили, что обычно учителя дают ученикам подумать над ответом всего несколько секунд. Временной пресс заставляет учеников давать ответ наугад или тянуть с ответом, чтобы учитель, потеряв терпение, спросил другого ученика. Это только усиливает пассивность, импульсивность и неосмысленное поведение.

Давая им время, учитель помогает всем ученикам думать об ответе. Также важно делать небольшую паузу перед следующим вопросом. Это даст вашим ученикам возможность обдумать сказанное, усвоить и затем прояснить свой ум для следующего вопроса.

Учитель не только должен давать время своим ученикам для ответа, но и настаивать, чтобы они сами давали другим подумать.

Когда ученик ответил правильно, будьте внимательны, не повторяйте буквально его ответ. Если вы его повторяете, другие ученики научатся тому, что не нужно слушать ответ своего товарища, потому что потом вы все равно его повторите.

)ВОПРОСЫ К УЧИТЕЛЮ

То есть вопрос ученика дает возможность учителю взглянуть на вещи по-другому, и тогда оба, учитель и ученик, учатся чему-то новому.

Учитель должен также создать атмосферу, в которой ученики хотят задавать вопросы.

Ученики задают вопросы по разным причинам. Многие спрашивают, если не понимают, что вы сказали. Отвечая на вопрос такого типа, нужно изложить ту же информацию по-другому или привести пример. Вы можете также вызвать другого ученика и попросить его объяснить сказанное своими словами. Часто ученики лучше понимают объяснения своих товарищей.

Иногда, задавая вопрос, ученик, скорее, ищет подтверждения своих мыслей, а не информацию. Тогда хорошо повторить вопрос и спросить самого ученика, каков, по его мнению, ответ. Если он отвечает правильно, ободрите его, показав, что часто он сам способен ответить на свой вопрос. А если он затрудняется ответить, покажите ему, как искать ответ самому

Некоторые ученики задают вопросы, которые отражают мышление более высокого уровня. Этот тип вопросов показывает, что они усвоили материал и используют его, чтобы развить новую идею.

Вопросы создают у ученика представление о себе, поэтому важно честно отвечать на его вопросы.

Если ученик задает вопрос, на который у вас нет немедленного ответа, не бойтесь сказать: "Я не знаю". Похвалите ученика за то, что он поставил хороший вопрос, и скажите, что вам нужно поискать на него ответ или попросить у кого-то помощи. Вы должны пробудить в нем стремление искать и находить ответ, и научить его, как он может это сделать. А потом вы можете сравнить полученные ответы.

)ЗАДАВАЙТЕ ДРУГ ДРУГУ ВОПРОСЫ

Завершая урок, предложите ученикам подготовить несколько вопросов на основании нового материала. Эти вопросы должны начинаться со слов: почему, как, опиши, объясни, что ты думаешь о, также как кто, что, где и когда. Пусть они объединятся в группы по два-три человека и начнут задавать эти вопросы друг другу. Чтобы спрашивать, часто требуется больше думать и лучше понимать идею рассказа, чем для ответа [16].

Разделите класс на две группы. Оценки ставятся каждой группе в зависимости от сложности поставленных ими вопросов и ответов. Чтобы сформулировать вопрос, часто требуется больше думать и лучше понимать идею, чем для того, чтобы ответить на вопросы.

)ЗАДАВАЯ СЕБЕ ВОПРОСЫ

Чтобы ученики научились учиться самостоятельно, их нужно побуждать задавать себе вопросы, которые помогут им задуматься над проделанной работой. Нужно приучить их, читая, спрашивать себя: Понимаю ли я то, что читаю? Имеет ли это смысл? Что я могу сделать, чтобы улучшить мое понимание?

Когда вопросы задают эффективно, они создают в классе учебную атмосферу, которая побуждает думать и решать проблемы, поощряет творчество и пробуждает любовь к учению, а также создает хорошие отношения в классе.

)ИМЕННО ДЛЯ ВАС

Чтобы овладеть искусством задавать хорошие вопросы, требуется практика. Как и с другими техниками, описанными в этой книге, нужно потратить время, чтобы придумать ключевые вопросы для каждого урока. Поскольку такие вопросы будут привлекать внимание учеников и побудят их принимать участие в уроках, время, которые вы потратите на их подготовку, окажется потерянным не напрасно, вы получите положительные результаты.

Учителя должны задавать вопросы, которые побуждают учеников думать на высоком уровне. Ученикам нужно время, чтобы подумать над ответом. Учеников нужно поощрять задавать вопросы учителю, одноклассникам и самим себе. Вполне приемлемо ответить на вопрос ученика: "На этот вопрос я не знаю ответа".

Список используемых источников

1.Концепция учебного предмета "Физика": пособие для учителей

2.Учебные программы для общеобразовательных учреждений с русским языком обучения. Физика 6 - 11 классы. - Минск.: НИО, 2009.

3.Исаченкова, Л. А. Физика: учебное пособие для 8 кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения / Л. А. Исаченкова, Ю. Д. Лещинский / под ред. Л. А. Исаченковой. - Минск: Нар. асвета, 2010. - 183 c.

4.Жилко В.В. Физика : учеб. пособие для 11 кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. - Минск.: Нар. асвета, 2009

5.Годлевская А.Н. Качественные задачи по физике / А.Н. Годлевская, М.В. Ткачев. - Минск.: Бел. ассоц. "Конкурс", 2013. - 79 с.

6.Научно-популярный форум [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.iralebedeva.ru/physic12.html

7.Тульчинский, М. Е. Качественные задачи по физике / М. Е. Тульчинский. - М. : Просвещение, 1972.

.Ердавлетов С.Р., Рутковский О.О. Занимательная география Казахстана Алма-Ата: издательство "Мектеп", 1989. -143 с.

.Золотов В.А. Вопросы и задачи по физике 6-7 класс Москва: издательство "Просвещение", 1971. - 64 с.

.Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике 6-7 класс / И.Г. Кириллова.- М: "Просвещение", 1978. - 47 с.

.Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? Домодедово: издательство

.Научно-популярный форум [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://dxdy.ru/topic70114.html

13.Вавилов СИ. Глаз и Солнце - М.: Наука, 1976. - 127 с.

14.Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение / Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 239с.

15.Кравков СВ. Глаз и его работа - М.: Изд-во АН СССР, 1950. - 532с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования "Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины" Физич

Больше работ по теме: