Вопросы учителя как средство обучения учащихся физике

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

1.1 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]:

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;

2) 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;

3) 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"?

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

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

5. 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 бьльшим 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 optьs, 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)

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

3. 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.

2.1.2 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

1.Что называют лучом света?

2. В чем состоит закон прямолинейного распространения света?

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

4. Какое явление служит доказательством прямолинейного распространения света?

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

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

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

8. При каком условии непрозрачный предмет даёт тень без полутени?

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

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

11. 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?

3. Какие факты вы хотели бы проверить опытным путём?

Сегодня я хочу предложить вам очень интересные домашние задания.

1. Упражнение 32 из [3] (обязательное)

1.1 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.

1.2. 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.

2. 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.

4. 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.

2.1.3 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 б ("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 в ("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?

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

4. Какой угол называют углом падения? углом отражения?

5. Сформулируйте законы отражения света.

6. Какое свойство лучей называется обратимостью хода?

7. 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

1. Чем был полезен для вас сегодняшний урок?

2. Чему вы научились? Как это удалось?

3. Что было наиболее интересным и запоминающимся?

4. В чем вы затруднились? Чем обусловлены эти затруднения?

5. Какие фрагменты учебного материала следует дома проработать особенно внимательно?

6. 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:

1) 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;

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;

1) 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.

3. В угол сантиметрового квадратика вколите вертикально иголку.

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

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

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

7. 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?

8. 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

11. 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.

13. 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 б); угол ООВ, обозначенный буквой г (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: г < б. 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:

лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред.

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.