Методична розробка уроку з фізики на тему "Закони відбивання та заломлення світла. Повне внутрішнє відбивання"

 

 

 

 

 

 

 

 

Методична розробка уроку фізики на тему:

«Закони відбивання та заломлення світла. Повне внутрішнє відбивання»

                                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема уроку: Закони відбивання та заломлення світла. Повне внутрішнє відбивання.

Мета уроку:

Навчальна: з'ясувати як поводить себе промінь на межі двох середовищ та при переході променя з одного середовища в інше; ввести поняття абсолютного і відносного показника заломлення, сформулювати закони відбивання і заломлення світла; познайомити учнів з явищем повного внутрішнього  відбивання, формувати уміння порівнювати, аналізувати явища природи, робити висновки; показати зв'язок науки з професійно - виробничими процесами.

Розвиваюча: розвивати інтерес до фізики шляхом створення ситуації успіху, вміння спостерігати, узагальнювати, робити висновки, сприяти розвитку комунікативних навичок

Виховна:  виховувати допитливість, любов до предмета, привчати до відповідальності, самостійності.

Методична мета уроку:  активізація розумової та пізнавальної діяльності учнів шляхом впровадження інноваційних технологій.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання:  екран, ноутбук, мультимедійний проектор, мультимедійна презентація, оптична шайба, набір для вивчення законів оптики, склянка з водою, лазерна рулетка, перископ, калейдоскоп, нівелір, теодоліт, опорний конспект, роздатковий матеріал.

 

План уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань :

• Вправа «Гірлянда запитань»

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

ІV. Вивчення нового матеріалу

• Явище відбивання
• Явище заломлення
• Явище повного внутрішнього відбивання

V. Закріплення вивченого матеріалу

• Розв’язування задачі
• Робота в групах
• Перегляд відеофрагментів

VІ. Підведення підсумків уроку:

• Робота з аркушем самооцінювання

VІІ. Домашнє завдання.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Слово вчителя:

Добрий день, шановні учні, починаємо урок!

Сподіваюсь на співпрацю і на цілий шквал думок.

У вас  нове на кожнім кроці – ви ж такі ще молоді!

Почувайтесь на уроці, ніби риби у воді.

     Вивчення нового  матеріалу проведемо за допомогою  комп'ютера, мультимедійної презентації, демонстраційного експерименту. Не залишимо без уваги і традиційну учбову  літературу. На столах у вас таблиці, опорні конспекти, з яких теж здобуватимемо знання. Причому, врахуйте: «Знання збираються по краплині, як вода в долині». Хай ця народна мудрість стане епіграфом  нашого уроку.

 ІІ. Актуалізація опорних знань :

Нещодавно ми почали вивчати новий розділ фізики, який саме розділ допоможе нам згадати ребус (оптика).

Давайте згадаємо основні поняття оптики.

Вправа «Гірлянда запитань»

1. Він і гріє і пече,

І як зайчик грається

Схочеш в зять його – втече

І мерщій сховається (сонячний промінь)

2. Що називають світловим променем? (лінія вздовж якої поширюється світло).

3. Викотилось вранці

Золоте кружальце,

Не спиняється ніде,

Наче хтось його веде

Розкидає самоцвіти

На поля, дерева, квіти

В шпарки скрізь проникло

А надвечір зникло (Сонце)

4. Яким джерелом світла є Сонце? (природним)

5. Два дротяні браточки

Сховались до скляної бочки

За руки тримаються

Яскраво посміхаються (лампочка)

6. Яким джерелом світла є лампочка? (штучним)

7. Від яскравого світла з’являється

Де хоче розлягається

Хоч фарбуй, хоч три, шкреби

Не відгониш її ти (тінь)

8. Що являє собою тінь? (область куди не потрапляє світло)

9. Підтвердження якого закону є утворення тіні та напівтіні? (закону прямолінійного поширення світла)

10. Сформулюйте закон прямолінійного поширення світла. ( у однорідному прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно)

11. На ніч два віконця самі закриваються, а зі сходом Сонця самі відкриваються? (очі)

12. Чим є очі в живих істот, зокрема в людини? (приймачами світла)

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

        Природа це дивна лабораторія, де спостерігаючи за явищами ми пізнаємо світ, формулюємо закони. Вона захоплює нас своєю красою, створює настрій, надихає на творчість….

(ВІДЕО МАЙСЬКА НІЧ АБО УТОПЛЕНА)

...Чи знаєте ви українську ніч? О, ви не знаєте української ночі! Вдивіться в неї: з середини неба дивиться місяць. Неосяжний  небесний намет  розкинувся, розгорнувся ще неосяжніше. Горить і дихає він. Земля вся в срібному сяйві; і чудове повітря прохолодно душне, і повне ніги, і рухає океан пахощів. Божественна ніч! Чарівлива ніч!

Чому Місяць створює на поверхні річки місячну доріжку? Якими законами можна це пояснити? Відповідь отримаємо вивчивши перший пункт сьогоднішньої теми уроку.

Оголошення теми та мети уроку.

В процесі нашої роботи ми повинні з’ясувати як поводять себе промені в одному середовищі, на межі двох середовищ та при переході променів з одного  середовища в інше.

ІV. Вивчення нового матеріалу

• Відбивання світла

Більшість об’єктів, що нас оточують дерева, будинки, ваші одногрупники не є джерелами світла. Проте ми їх бачимо. Це є результатом того, що світло частково відбивається від них за певними законами. Деякі відбиті промені, потрапляють в наші очі і ми бачимо ці тіла. Згадаємо явище відбивання та його закони провівши дослід.

ДОСЛІД З ОПТИЧНОЮ ШАЙБОЮ І ДЗЕРКАЛОМ

- Що ви спостерігали (ми побачили, що промінь змінив напрям свого поширення).

- А чи змінилося середовище в якому поширюється промінь? (ні ).

     Отже, оптичне явище, при якому світловий промінь змінює напрям свого поширення але не змінює середовища свого поширення називається явищем відбивання.

Отже, потрапивши на дзеркальну поверхню світловий промінь відбивається від неї.

- Як називається промінь, що падає на дзеркальну поверхню? ( падаючий промінь)

- Як називається промінь, що відбивається від дзеркальної поверхні? ( відбитий промінь)

      Проведемо перпендикуляр в точку падіння променя. Зверніть увагу на те, що падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр поставлений в точку падіння променя лежать в одній площині – це є перший закон відбивання.

Згадаємо тепер другий закон відбивання.

- Як називається  кут між падаючим променем і перпендикуляром поставленим в точку падіння? (кут падіння)

Позначимо кут падіння через кут α.

- Як називається кут між відбитим           променем і перпендикуляром? (кут відбивання)

Позначимо через α'.

Порахуємо поділки, що вміщаються між падаючим променем і перпендикуляр, відбитим променем і перпендикуляром. Бачимо, що кількість поділок однакова. Змінивши кут падіння збільшується кут відбивання.

- Який можна зробити висновок. (Кут падіння дорівнює куту відбивання

).

Це є другий закон відбивання.

- Як видумаєте, що буде відбуватися з світловим променем, якщо ми його пустимо навпаки.

ДЕМОНСТРАЦІЯ: поміняти місцями відбитий і падаючі промені

- Що ви спостерігали? (Кути зберігаються).

Це називається оборотністю світлового променя.

Є два типи відбивання: дзеркальне і розсіяне.

Дзеркальне відбивання – світло, що падає на гладеньку поверхню, відбивається у вигляді паралельного пучка. (Дзеркало, леза ножів з нержавіючої сталі, скло автомобіля, спокійна поверхня води)

Розсіяне відбивання – світло, що падає на шорстку поверхню, відбивається у всіх напрямах. (бетонна стіна, дерева, підлога, неспокійна поверхня води).

На використанні явища відбивання ґрунтується принцип роботи лазерної рулетки. (ДЕМОНСТРАЦІЯ)

У військовій справі використовують перископ,  який дає можливість проводити спостереження з укриття. Утворення сонячних зайчиків, зображення в дзеркалі у воді -  це є приклади  явищ відбивання.

- Чому  ми бачимо місячну доріжку на поверхні води? (вона є результатом відбивання світла).

• Заломлення

Я налив у чашку чаю,

Ложку з цукром опустив,

І з зненацька помічаю

Хтось її переломив.

Хто цей злодій,де сховався

Ложку з жалем вийняв я

І безмежно здивувався

Ціла ложечка моя.

Та лише у чай проникне

Знов ламається вона

Що це? Може чарівник я?

Може ложка чарівна?

    Чому ложку ми бачимо у воді зламаною? Відповідь на це питання отримуємо вивчивши наступний пункт нашої теми.

ДОСЛІД З ОПТИЧНОЮ ШАЙБОЮ І СКЛЯНОЮ ПРИЗМОЮ

- Що ви спостерігали? (крім відбитого променя ще з’явився один промінь у склі причому промінь теж змінив свій напрямок).

Отже, новоутворений промінь змінив і напрям поширення і середовище.

    Оптичне явище при якому світловий промінь змінює і напрям свого поширення  і середовище у разі проходження його через межу поділу двох середовищ називається явищем заломленням.

 Отже, на оптичній шайбі ми спостерігали явище заломлення. Повернемося до наших променів.

- Як називається новоутворений промінь? (заломлений)

 Звернемо увагу, що падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр, поставлений в точку падіння променя до межі поділу двох середовищ, лежать в одній площині. Це є перший закон заломлення.

- Як називається кут, який утворився між заломлений променем і перпендикуляром? (кут заломлення).

Позначимо його через кут . Зверніть увагу на те, що     кут падіння не дорівнює куту заломлення.

При всіх змінах кутів падіння і заломлення відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для даних   двох середовищ є величина стала,  яка називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого.

 

     - це є другий закон заломлення.

 

n_2,1 називають відносним показником заломлення другого середовища відносно першого.

n₁, n₂ – це абсолютні показники заломлення. Вони показують у скільки разів швидкість поширення світла у середовищі менша за швидкість поширення світла у вакуумі. Тобто

 

n =  с /v . Отже, маємо .

Зміна швидкості світла в разі переходу його з одного середовище в інше є причиною заломлення світла.

        Абсолютний показник заломлення світла поданий для кожного середовища в таблицях. (аналіз таблиці)

  Середовище із більшим показником заломлення називають оптично – більш густим середовищем, з меншим  - оптично – менш густим середовищем.

          Принцип роботи більшості оптичних приладів (лупа, фотоапарат, мікроскоп, телескоп. проектор) ґрунтується на використанні явища заломлення. Ваші професії використовують оптичний прилад теодоліт та нівелір, де світловий промінь заломлюється через скляну призму.

       Заломленням світла можна пояснити багато природних явищ, зокрема  виникнення міражів.

Міраж – оптичне явище в атмосфері, завдяки якому з’являються зображення предметів, які зазвичай не видно.

Як стверджують вчені, атмосфера являє собою, як би листковий повітряний пиріг, який складається з  шарів з різною температурою. І чим більший перепад температури, тим сильніше викривляється хід променя світла.

Є два види міражів: верхній і нижній.

Верхній міраж виникає, коли  приземні шари повітря набагато холодніші, ніж

 верхні: зображення відривається від землі і повисає в повітрі.

 (ДЕМОНСТРАЦІЯ ВІДЕО).

Коли нижні шари повітря добре нагріті, спостерігач бачить  нижній міраж - уявне і перевернуте зображення предметів.

 Коли ми стоячи на березі водойми намагаємося на око визначити її глибину вона завжди здається меншою ніж є  насправді. Це явище пояснюється заломленням світла. Наслідком заломлення  є те, що ми не можемо влучити в рибу яка плаває у воді, законсервовані овочі нам здаються більшими ніж є насправді.

   - Чому ж ложка переломлюється? (Ми спостерігаємо явище заломлення).

• Явище повного внутрішнього відбивання.

Закон заломлення світла дозволяє пояснити цікаве і практично – важливе явище, явище повного внутрішнього відбивання.

ДЕМОНСТРАЦІЯ ДОСЛІДУ.

Направимо промінь із збільш оптично густого середовища в менш оптично – густе. Якщо збільшувати кут падіння, то і кут заломлення буде збільшуватися. При певному значенні кута падіння заломлений промінь піде по межі поділу двох середовищ. Тобто кут заломлення дорівнює 900. Збільшуючи кут падіння ми бачимо, що заломлений промінь не проникає в друге середовище, а повністю відбивається. Таке явище називають повним внутрішнім відбиванням світла.

  Кут падіння, при якому всі промені залишаються в середовищі і не виходять з нього називають граничним кутом повного відбивання.

 

 

Повне внутрішнє відбивання можна спостерігати на простому досліді.

ДЕМОНСТРАЦІЯ ДОСЛІДУ. (склянку з водою піднімають вище рівня очей. Спостерігається дзеркальна поверхня води).

         Повне внутрішнє відбивання  використовують у волоконній оптиці.

•                   Промінь світла, спрямований на торець скляного стрижня, поширюватиметься в ньому на значні відстані практично без послаблення. При цьому світло не виходитиме за межі скляного стрижня, зазнаючи численних відбивань на межі скло—повітря.
•                   На   поширення   світла   не   впливає   форма стрижня. З багатьох таких стрижнів-волокон виготовляють волоконні світловоди, за допомогою яких передають зображення. Прикладом може бути волоконний ендоскоп, який допомагає лікарям досліджувати внутрішні органи людини, не пошкоджуючи їх.
•                   Волоконно-оптичні світловоди використовують для побудови кабелів зв'язку, в яких кожне волокно відіграє роль окремого провідника. Волоконно-оптичний кабель забезпечує передавання значно більшої за обсягом інформації, ніж металевий. Використання світла для передачі інформації істотно підвищило пропускну здатність ліній зв'язку.
•                   Волоконні технології впроваджуються і в комп'ютерну техніку, витісняючи напівпровідникові електронні елементи. При цьому якість комп'ютерів значно підвищується
•                   Оптичні волокна широко використовуються для освітлення.

V. Закріплення вивченого матеріалу

І ось, нарешті, прийшов час  пожинати плоди своєї праці. Закріпимо свої знання, а заразом і оцінимо їх самостійно.

• Розв’яжемо задачу

Промінь переходить із скла у воду. Кут падіння  дорівнює 30 ⁰. Визначити кут заломлення.

• Робота в групах.

1. Чому важко вцілити в рибу, що плаває під водою? (В результаті заломлення

світла ми спостерігаємо уявне зображення рибини підняте до поверхні)

2. Чому на поверхні води  зображення неба, берегів завжди темніше, ніж насправді? (Тому що світло лише частково відбивається, основна його частина заломлюється і поглинається, тобто йде у воду.)

3. Якщо мандрівник збирається  в небезпечну подорож він неодмінно візьме із собою маленьке дзеркальце. Для чого воно йому потрібне? (Щоб в разі небезпеки подати сигнал про допомогу – сонячний зайчик).

4. Чому полірована поверхня блищить? (Світлові промені відбиваються від такої поверхні дзеркально).

5. Чому, сидячи біля багаття. ми бачимо предмети по інший бік від нього такими, що коливаються? (Тому що над багаттям змінюється показник заломлення повітря, який залежить від температури).

• Перегляд відеофрагментів

Пропоную вашій увазі уривки мультфільмів. Ваша задача віднайти в них оптичні явища і прилади

ДЕМОНСТРАЦІЯ УРИВКІВ.

 VІ. Підведення підсумків уроку:

• Робота з аркушем самооцінювання

 

VІІ. Домашнє завдання.

Я дякую вам за  співпрацю і хай завжди нам буде цікаво працювати разом. Наш урок підійшов до кінця.