Главная / Методические материалы / Преподавание физики

Законы геометрической оптики и принцип Ферма


Автор(ы): Ивашкина Диана Анатольевна, Учитель

Законы геометрической оптики и принцип Ферма.
Урок объяснения нового материала
Действия учителя Действия учащихся
1 2
Актуализация знаний и умений с элементами получения новых знаний
Говорит: “Мы начинаем раздел изучения оптических явлений. Оптические явления мы с вами уже изучали в 8-м классе на эмпирическом уровне познания, т.е., основываясь на экспериментах. В последние два года на уроках физики мы изучаем теории: МКТ, электродинамику, насколько нам позволяют наши математические возможности. С чего начинается создание любой теории?” Вспоминают, формулируют, отвечают: “С эмпирического базиса теории”.
Спрашивает: “Что является, по-вашему, эмпирическим базисом теории оптических явлений?” Отвечают: законы, открытые экспериментально.
Спрашивает: “Какие законы мы открывали экспериментально в 8 классе и каким образом?” Отвечают: “Законы прямолинейного распространения, отражения и преломления света”.
Говорит: “Давайте сначала договоримся о терминах. Какой объект мы будем называть лучом?” Отвечают: “Пучок, имеющий бесконечно малую толщину”.
Говорит: “Скоро мы с вами узнаем, что пучок света не может быть как угодно малым. Луч света - это идеализированный объект нашей будущей теории.”
Спрашивает: “Как формулируется закон прямолинейного света?” Отвечают, обсуждают формулировку, дополняют.
Уточняет, показывает необходимость присутствия в формулировке слов “в однородной среде”. Спрашивает, из каких опытных фактов следует закон. Демонстрирует образование тени и луч лазера. Просит записать формулировку самостоятельно. Приводят экспериментальные факты: образование тени, луч света в рассеивающей среде. Наблюдают эксперимент. Самостоятельно формулируют закон письменно в тетрадях.
Добавляет: “Этот закон был известен еще до Эвклида (ІІІ в. до н.э.), который его впервые описал”.
Спрашивает: “Как получить экспериментально закон отражения света, и как его сформулировать?” Проводит эксперимент с помощью лазерной указки и прибора по геометрической оптике после обсуждения с учениками его идеи. Отмечает важность первой части в формулировке закона (факт пролегания лучей в одной плоскости с перпендикуляром). Предлагают идею эксперимента (задаем угол падения луча лазера на зеркало, измеряем угол отражения), констатируют результаты, формулируют закон, слушают и обсуждают дополнения учителя, самостоятельно записывают формулировку.
Добавляет: “Этот закон был известен Эвклиду и Архимеду (ІІІ в. до н.э.), и был экспериментально тщательно проверен Клавдием Птолемеем во втором веке нашей эры”.

Мотивационный этап для открытия закона преломления
Спрашивает: “Что мы знаем о преломлении света?”Демонстрирует преломление света с помощью лазерной указки и прибора по геометрической оптике. Вспоминают, отвечают: “При переходе из менее плотной в более плотную среду угол между лучом и перпендикуляром к границе уменьшается, при переходе в менее плотную среду - увеличивается”.
Учитель говорит: “Ваши недостаточные знания по математике в 8 классе не позволили нам открыть закон преломления в количественном виде. Мы открыли с вами только научный факт о том, что при переходе в более плотную среду угол между перпендикуляром к границе раздела сред и лучом света уменьшается, а при переходе в менее плотную среду - увеличивается.Такая же ситуация с этим законом царила и в науке на протяжении многих веков. Этот закон “пытались” открыть и греки, и арабы. Открыто же соотношение между углом падения и углом преломления было только в XVII веке голландцем Снеллиусом. Произошло это в 1621 г. А в 1630 году закон открыл независимо Декарт.
Почему же первые два закона были открыты еще греками, а третий - уже в эпоху Возрождения? Необходим был экспериментальный метод, точное измерение углов (транспортир здесь не очень надежен - большая погрешность), чистые прозрачные материалы и т.д.”
Организация деятельности учащихся по созданию новых понятий
Говорит: “Я предлагаю вам сегодня “открыть” закон Снеллиуса самостоятельно. Давайте приготовим для этого чертеж в тетради”. Объясняет чертеж на доске. Обводят в тетради контуры плоско-параллельной пластинки, проводят луч, изображающий падающий луч света.
Говорит: “Итак, у нас с вами 25 экспериментальных установок. Поэтому мы проведем серию из 25 опытов. У вас на чертежах есть изображение падающего луча. Как получить преломленный на верхней плоскости луч?” Предлагают вариант с источником света.
Говорит: “У нас нет достаточного количества лазерных указок. Но любой объект отражает лучи света, которые при попадании в наш глаз дают нам возможность видеть этот предмет. Давайте положим на изображение падающего луча гвоздик. Как нам увидеть мнимое изображение этого гвоздика после преломления лучей, идущих от него?” Отвечают: “Посмотреть с противоположной стороны плоско-параллельной пластинки”.
Спрашивает: “А как убедиться, что наш глаз находится при этом на продолжении луча, вышедшего из пластинки?” Отвечают: “Держать глаз так, чтобы изображения начала и конца гвоздика совпадали”.
Говорит: “Отметьте при таком положении глаза место выхода луча из пластинки и начертите ход луча внутри пластинки через точку падения и точку выхода из пластинки”. Выполняют действия.
Спрашивает: “Как установить соотношение между углами падения и преломления?” Отвечают: “Например, найти их отношение”, “Найти отношение синусов” и т.д.
Говорит: “Если я вам сейчас не подскажу, какую функцию угла выбрать, вы будете искать закон еще 15 веков. Надо найти отношение синусов. Но измерение углов менее - точное измерение, чем измерение длин, да и не у всех есть сейчас транспортиры. Синус - это определенное отношение между сторонами прямоугольного треугольника. Какое?” Отвечают.

Предлагает: “Давайте отложим одинаковые гипотенузы, тогда отношение синусов сведется к отношению длин отрезков а и b”. Выполняют. Говорят отношения.
Как можно оценить погрешность получения этого отношения? Отвечают: “Надо найти относительную погрешность каждого измерения и сложить их”.
Пусть кто-то из тех, кто уже нашел отношение, оценит относительную погрешность результата. Считайте абсолютную погрешность измерения длины равной 1 мм. Выполняют. Отвечают: “Относительная погрешность каждого измерения длины - не более 10%, погрешность результата - не более 20%, т.е. примерно 0,3”.
Сделайте вывод. Делают вывод: “В пределах погрешности отношения при различных углах оказалась одинаковой”.
Рассказывает: “Если бы мы проводили эксперименты с другими средами, мы получили бы другое отношение, но по-прежнему не зависящее от угла падения. Это постоянное для границы сред отношение носит название показателя преломления. Независимость отношения синусов от угла падения и называется законом Снеллиуса или законом преломления света. При его формулировании, как и в законе отражения, надо упомянуть факт пролегания падающего и преломленного лучей в одной плоскости с перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения. Сформулируйте закон преломления”. Формулируют закон, самостоятельно его записывают.
Мотивационный этап для создания теоретического базиса (ядра) теории.
Говорит: “Итак, мы с вами сформулировали эмпирический базис нашей теории. Теперь надо приступать к созданию ядра теории, т.е. основных моделей, принципов, положений теории. В чем состоит цель любой теории?” Отвечают: “Объяснить известные экспериментальные факты и предсказать новые явлен...

ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами методического материала урезан на треть (33%)!

Чтобы просматривать этот и другие тексты полностью, авторизуйтесь на сайте:

Ваш id: Пароль:

РЕГИСТРАЦИЯ НА САЙТЕ

Простая ссылка на эту страницу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:

Добавлено: 2018.08.10 | Просмотров: 40

При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательна!