Геометрична  та  хвильова  оптика

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ВІДКРИТОГО ЗАНЯТТЯ

З ДИСЦИПЛІНИ ”ФІЗИКА І АСТРОНОМІЯ”

2023

Автор:            Романенко Лілія Леонідівна-викладач  І категорії  

                                                             Методична розробка заняття розкриває

                                                         досягнення викладача з комбінування     

                                                         інноваційних технологій та проблемних    

                                                         методик навчання з метою реалізації  

                                                         наскрізних змістовних ліній з дисципліни             

                                                         «Фізика  та   астрономія». На занятті             

                                                         використані  інноваційні  форми  та  методи  

                                                         навчання ,   які сприяють розвитку творчих             

                                                         здібностей студентів,  стимулюють 

                                                        пізнавальну  активність і самостійність.

                                                        Рекомендовано для викладачів навчальних 

                                                        закладів I-II рівнів акредитації.

Дисципліна : Фізика та астрономія

Тема.  Геометрична  та  хвильова  оптика

Методична  мета. Показати  інноваційні  форми  і  методи  роботи  на  заняттях    фізики.

Тип  заняття.  Узагальнення  та  систематизація  знань.

Мета :

 навчальна - узагальнити  і  поглибити  знання  студентів  за  темою  “Геометрична  та  хвильова  оптика” ; закріпити  уміння  і  навички  розв’язувати  розрахункові  та  експериментальні  задачі ; формувати  навички  колективної  праці  в  поєднанні  з  індивідуальною.

 розвиваюча - розвивати  логічне  мислення , та  практичні  навички  студентів.

 виховна -  виховувати    працьовитість , зацікавленість  до  роботи , толерантність  та  вміння  співпрацювати.

 Забезпечуючі :

МПЗ. Математика. “Тригонометричні  функції”.

          Астрономія. “Астрономічні  спостереження”

 Забезпеченні :

 Вища  математика  “Тригонометричні  функції  числового  аргумента”

Забезпечення  заняття

 Обладнання :

1. Комплекти  приладів  для  експериментальних  задач.
2. мультимедійний пристрій ( ноутбук , проектор), калькулятори.

Методичні матеріали:  презентація, картки-завдання  для групової роботи

Література:

В.Д. Сиротюк. Ю.Б. Мирошниченко Фізика і астрономія Рівень стандарту 11 клас   

М.В Головко. І.П Крячко. Фізика і астрономія Рівень стандарту. 11 клас     

Хід  заняття

І.    Організаційний  момент.

    Викладач відмічає відсутніх,  встановлює психолого - педагогічний контакт з групою.

             Доброго дня  Шановні студенти.

Пропоную епіграфом сьогоднішнього заняття вважати вислів відомого  французького математика Рене Декарта…                       

                                                                         Недостатньо мати гарний розум,

                                                                         необхідно ще вміти його

                                                                    використовувати…                                         

ІІ.  Підготовка  студентів  до  заняття. (метод інструктажу )  

а) повідомлення  теми  “Геометрична  та  хвильова  оптика”

б) План  заняття

1. Розв’язок  експериментальних  задач.
2. Розв’язок  обрахункових  задач.
3. Розв’язування задач на побудову.
4. Прес конференція. ( Оптичні прилади)
5. Конкурс «Чому це так»?

в) Мотивація  навчальної  діяльності.( метод – проблемна та евристична бесіда)                                         

     Сьогодні ми з вами будемо вчитись розв’язувати задачі на такі природні  явища як заломлення, відбивання, поглинання світла.

  Чому світло заломлюється?

-         Очікувана відповідь: «Промінь за один і той самий час має пройти однакову відстань.»

 Чому світло має двійну теорію?

-         Очікувана відповідь: Одні природні явища, такі як освітлення, Розкладання, відбивання можна пояснити хвильовою теорією світла – це дифракція, інтерференція та дисперсія.

    Наприклад, нагрівання предметів під час проходження світлового променя пояснює квантова теорія світла.

Висновок: отже світло – це електромагнітна хвиля  яка поширюється у вигляді певних квантів(фотонів).

      В  житті  і  техніці  кожний  із  вас  зустрічається  із  застосуванням  оптичних  приладів , але  без  попереднього  теоретичного  розрахунку  характеристик  оптичних  деталей  ми  не  можемо  створювати  оптичні  прилади. Тому  ми сьогодні  повинні  повторити  і  систематизувати  знання , які  потрібні  будуть  нам  у  житті  та  побуті. А  також  закріпити  знання  щодо  тригонометричних  функцій , які  потрібні  будуть  у  подальшому  вивченні  вищої  математики.

 г) Актуалізація  опорних  знань (ігровий метод, інтерактивні вправи «Мікрофон»,   «Логічний лабіринт»,)

  1.https://learningapps.org/watch?v=pwpbh2byc19

2.вставити пропущені величини 

    ;        n =  ; ? = ?sin 

 D = ;  sin_гр =  ; ;

  =   

3.Виправити помилки( побудова предмета у лінзі)

Знайти помилки при побудовi та завершити побудову.

ІІІ. Розв’язання  задач . (Методи  роботи : метод  проблемної бесіди , ситуаційного  вивчення ,  опори  на  життєвий  досвід , мозкового штурму , творчого пошуку, керований практикум, ілюстрація,  робота в  групах з використання технології „Дерево   розв’язань” інтерактивні вправи «Мікрофон», «Логічний лабіринт» ,дослідницький метод, фасилітарна взаємодія фасилітарна взаємодія)

1. Розв’язання  експериментальних  задач .     

А). Визначити  оптичну  силу , та  фокусну  відстань  збирної(розсіювальної)   лінзи  (експеримент)

Прилади : лінійка , збирна лінза , лампа  або  свічка , екран.

Дано :

d = 0,35 м  D = =

f = 0,17 м  F = 0,11 м

F - ?

D - ?

Відповідь : Оптична  сила  лінзи  D = 8,7 дптр

          Фокусна  відстань  лінзи  F = 0,11 м

Б). Визначити  довжину  світлової  хвилі.(червоної та фіолетової) (експеримент)

Прилади : дифракційна  решітка , екран , лінійка.

Дано :

d = 10^-5 м  k = dsin  sin = tg  tg =

k = 1   k = d       х

х = 0,025 м            в

в = 0,4 м  Отже   =    = 0,63  10^-6 м.

     - ?

 Відповідь :  Отже , довжина  червоної  хвилі  дорівнює  0,63  10^-6 м.

В).Демонстраційна задача

https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_all.html?locale=uk

1.Визначити  відносний показник  заломлення 

         Визначити  абсолютний показник  заломлення  , та  дослідити  чи  залежить абсолютний показник заломлення  від  кута  падіння  променів.

2. Розв’язання  розрахункових  задач.    

А). Промінь світла падає на  поверхню води в басейн і, заломившись, утворює на дні світлу пляму, яка міститься на відстані 1 м від точки перетину продовження падаючого променя з дном. Яка глибина басейну, якщо кут падіння променя 60⁰? Показник заломлення води 1,3.

Б).Визначте  дійсну  висоту  будинку , якщо  відомо , що  головна  фокусна  відстань  об’єктива  дорівнює  20 см , апарат  при  зйомці  був  поставлений  на  відстані  80 м  від  будинку.             

Дано :      

h = 7 см =     Н =   

= 0,07 м

F = 20 см =    

= 0,2 м

d = 80 м  f =  0,2   Н =

      Н - ?   Н = 28 м

 Відповідь : 28 м.

В).Знайти  найбільший порядок спектра  дифракційної  решітки, якщо 500   штрихів  нанесено на  1 мм , падає  плоска  монохроматична  хвиля довжиною 500нм.

 Дано :

                            = 1 мм = 10^-3м d = ;   k = dsin

                = 0,5 мкм =    при  max  k  sin  = 1

               = 0,5  10^-6 м  d =k           k   = 4

               N = 500     

                       k - ?

              Відповідь : 4

3. Розв’язування задач на побудову.

 А).Якщо точка лежить на головній оптичній вісі, як треба побудувати її зображення.

Очікувана відповідь:

1. Провести побічну вісь.
2. Знайти побічний фокус.

Отже, будуючи зображення точки А, яка лежить на головній оптичній осі лінзи, треба знати хід променів АА¹, який падає на лінзу під довільним кутом. Для цього треба провести побічну оптичну вісь ОО₁, паралельну падаючому променю АА₁ і фокальну площину ГF₁, точка перетину побічної осі ОО₁ з фокальною площиною визначає положення побічного фокуса F_1,, в якому зберуться промені, паралельні побічній осі ОО₁. Отже, промінь АА після заломлення в лінзі проходитиме через цей фокус і точка А₁ перетину його з головною оптичною віссю дасть зображення світної точки А.

Б).Визначте  побудовою , де  знаходиться  оптичний  центр  тонкої  лінзи  і  її  фокуси , якщо  ММ – головна  оптична  вісь лінзи , А – світла  точка , А₁ – зображення. Визначте  тип  лінзи  і  тип  зображення.

А 

      А₁

            М          М 

 Правильний  розв’язок :

             А            2

     1

           А₁

  М    F        М           F 

1. Проведемо  пряму  через  точки  А  і  А₁. перетин  цієї  прямої  з  головною  оптичною  віссю  ММ  дасть  точку  у якій  буде  знаходитись  оптичний центр тонкої  лінзи. Оскільки  перетин  і  зображення  розміщені по  одну  сторону , та  зображення  зменшене , то  це  буде  розсіяна  лінза.
2. Для  того , щоб  знайти  фокуси  даної  лінзи  потрібно  провести  із  точки  А  паралельний  промінь  до  оптичної  вісі  ММ , після  проходження  через  лінзу  він  буде  розсіюватися , але  уявно  він  пройде  через  точку  А₁  тобто  проведем  пряму , яка  проходить  через  т. А₁  і  точку  у  якій  буде  заломлюватися  промінь  проходячи  через  лінзу. Отже  перетин цієї  прямої  з  оптичною  віссю  дасть  фокус даної  лінзи  на  тій  самій  відстані  від оптичного  центру  буде  міститися  інший  фокус.

4. Міні прес конференція.(ігровий метод, творчого пошуку).   

- Лікар

Око

Для людини найважливішим органом чуття є очі, які з фізичної точки зору є оптичними системами або, умовно, приладами.

Око людини — це природна оптична система.

Будова ока:
Склера (щільна непрозора оболонка, яка ззовні вкриває око);
Сітківка (світлочутлива поверхня очного дна);
Рогівка (прозора рогова оболонка, що діє як збиральна лінза й забезпечує 75 % здатності ока заломлювати світло);
Райдужка (райдужна оболонка, має в різних людей різне забарвлення);
Зіниця (круглий отвір, який звужується в разі збільшення освітленості й розширюється в разі її ослаблення);

Адаптація — це здатність ока пристосовуватися до різної освітленості.

Кришталик (збиральна лінза, яка завдяки скріпленим із нею м’язам може змінювати свою кривизну, а отже, оптичну силу);
Склисте тіло (прозора драглиста маса, що заповнює простір між кришталиком і сітківкою).

Як утворюється і сприймається оком зображення предмета?

Світло, яке потрапляє в око, заломлюється в рогівці, кришталику та склистому тілі. Зображення, яке утворюється на сітківці ока, — дійсне, зменшене, обернене.
Світлочутливі клітини сітківки перетворюють зображення на нервовий імпульс, який по зоровому нерву передається в головний мозок, де формується зображення у неперевернутому вигляді.

Чому людина бачить як віддалені предмети, так і ті, що поряд?

Це відбувається тому, що в разі зміни відстані до предмета кришталик змінює кривизну, тобто змінює свою оптичну силу.

Акомодація — це здатність кришталика змінювати свою кривизну в разі зміни відстані до розглядуваного предмета.

Відстань найкращого зору — це найменша відстань, на якій око бачить предмет практично не втомлюючись.

Для людини з нормальним зором відстань найкращого зору дорівнює приблизно 25 см. Саме на цій відстані така людина тримає книжку.

Після того як зображення предмета зникає із сітківки ока (предмет прибирають, припиняють освітлювати, затуляють непрозорим екраном), зоровий образ, викликаний цим предметом, зберігається у свідомості людини протягом 0,1 с. Цю властивість називають інерцією зору.

Вадами зору є короткозорість і далекозорість.

Короткозорість:

Фокус F оптичної системи ока у спокійному стані розташований перед сітківкою.

На сітківці утворюється розмите зображення предметів.
Відстань найкращого зору менша від 25 см.
Короткозора людина читає книжку, наближуючи її до очей.
Короткозорість коригується окулярами із розсіювальними лінзами.

Далекозорість:

Фокус F оптичної системи ока у ненапруженому стані розташований за сітківкою.

На сітківці утворюється розмите зображення предметів.
Відстань найкращого зору більша за 25 см. Далекозора людина читає книжку, віддаляючи її від очей.

Далекозорість коригується окулярами зі збиральними лінзами.

- Мікробіолог

Мікроскоп

При потребі розглядати предмети із значним збільшенням використовують оптичні мікроскопи (збільшення від 20 до 2000 разів).

Мікроскоп – складається з двох основних систем об’єктива і окуляра. Об’єктив створює збільшене зображення, а окуляр збільшує кут зору на це зображення.

Оптична система мікроскопа складається з двох збірних лінз (лінза об'єктива та лінза окуляра).

Взагалі в оптичних системах (в системах, де використовуються декілька лінз, дзеркал або інших оптичних приладів), працює наступний загальний підхід:

Зображення, що утворюється одним елементом системи, слугує предметом для іншого елемента тощо.

 Отже, зображення А₁В₁ об'єкта АВ, що отримане в лінзі окуляра, стає предметом для лінзи об'єктива. Оскільки предмет знаходиться між F та 2F першої лінзи, то зображення виходить збільшене, дійсне, перевернуте. Зображення після проходження об'єктива знаходиться перед фокусом, дуже близько від нього. Окуляр мікроскопа, таким чином, дає збільшене уявне зображення, яке і розглядає око.

Якщо відсунути окуляр вгору за допомогою гвинта наводки на різкість, то мікроскоп може дати і збільшене дійсне зображення.

 Астроном

Телескоп

Оптичний прилад, призначений для збільшення кута зору при спостереженні великих об’єктів, які віддалені на великі відстані називається телескопом (від грецького слова “теле” далеко, “скопео” - дивитися).

Телескопами називають прилади, які використовуються в астрономії для спостереження небесних тіл. Німецьким фізиком Кеплером (1571-1630 рр) був побудований телескоп для спостереження астрономічних тіл. Оскільки збільшення кута зору досягається за допомогою явища заломлення їх назвали рефракторами. В даний час всі астрономічні рефрактори і зорові труби являють трубу Кеплера.

В телескоп розглядають дуже віддалені об'єкти, тому промені, що йдуть від них, є паралельними, тому зображення після проходження збірної лінзи об'єктива опиняється в фокусі цієї лінзи. Далі це зображення слугує предметом для збірної лінзи окуляра, в яку людина розглядає його як у лупу.

 Об'єктив телескопа має великий діаметр, оскільки в нього повинно потрапляти як мого більше світлової енергії від дуже віддаленого об'єкта, щоб можна було отримати більш менш освітлене зображення, придатне для споглядання.

VI. Перевірка  знань  та  умінь  студентів. (метод  ігровий, ситуаційний,

 творчого пошуку,  інтерактивні вправи «Мікрофон», «Логічний лабіринт»)

1). Конкурс «Чому це так»?

А)Чому колір одного й того самого місця на поверхні мильної бульбашки безперервно змінюється? (  в наслідок зміни товщини бульбашки оскільки в тонких плівках виникає інтерференційна картина).

Б) Під час виготовлення штучних перламутрових ґудзиків на їх поверхню наноситься дрібна штриховка. Чому після такої обробки ґудзики мають кольорове забарвлення? (Нанесені штрихи відіграють роль дифракційної решітки)

В)Чому Сонце що заходить здається нам червоним? (червоні промені мають більшу довжину хвиль, ніж інші, менш затримуються атмосферою).

2).Робота з карточками

а)зробити логічне з’єднання

1. Промінь, який йде через оптичний             1. не заломлюється

центр

2. Промінь, який йде паралельно вісі           2. кристалик

     після проходження через лінзу йде

3. Перетин побічної вісі з фокальною  3. сітківка

     площиною створює

4. Величина обернена до фокусної   4. оптична сила

     відстані називається

5. Величина, яка дорівнює відношенню  5. побічний фокус

лінійних розмірів зображення до

предмета

6. Одиниця вимірювання оптичної сил  6. лінійне збільшення
7. Яка частина ока заломлює світло        7. метр
8. На якій частині ока утворюється   

     зображення      8. діоптрій

9. Які об’єктиви встановлюють у                  

     телескопах     9. фокус

10. Які окуляри використовують

у мікроскопах     10. збирна

      11. довгофокусні

      12. короткофокусні

1. Промінь, який йде через оптичний  1. не заломлюється

центр

2. Промінь, який йде паралельно вісі           2. фокус

     після проходження через лінзу йде

3. Перетин побічної вісі з фокальною  3. побічний фокус

     площиною створює

4. Величина обернена до фокусної   4. оптична сила

     відстані називається

5. Величина, яка дорівнює відношенню  5. лінійне збільшення

лінійних розмірів зображення до

предмета

6. Одиниця вимірювання оптичної   6. діоптрій

сили

7. Яка частина ока заломлює світло  7. кристалик
8. На якій частині ока утворюється   

     зображення      8. сітківка

9. Які об’єктиви встановлюють у                  

     телескопах      9. довгофокусні

10. Які окуляри використовують

у мікроскопах     10. короткофокусні

Б).Накреслити хід променів у призмі.

3.Виконати тест у гугл класі . (метод самостійна  роботи)

VІ. Підсумок заняття. 

VІІ. Домашнє завдання.

1.Дано  точки  А  і  А₁  на  осі  лінзи  невідомої  форми. Визначте  вид  лінзи  (збиральна  чи  розсіювальна). Побудуйте  фокуси  лінзи.

2. Промінь падає під кутом 50° на скляну пластинку (n = 1,5) завтовшки 4 см з паралельними гранями.  Визначить зміщення променя, який вийшов з пластини.

Рецензія

На розробку відкритого заняття з дисципліни «Фізика і астрономія»

на тему: «Геометрична  та  хвильова  оптика»

викладача Романенко Л.Л..

Методична  розробка  відкритого  заняття  включає  всі  необхідні методи  та  форми , які  розвивають  логічне  мислення , та  практичні  навички , а  також  виховують  працьовитість , толерантність  та  вміння  співпрацювати.

 В  ході  заняття  застосовані  інноваційні  форми  та  методи  навчання. Під  час  проведення  даного  відкритого  заняття  використовуються  такі  методи : ігровий  метод , ситуаційний метод , проблемна  бесіда , дослідницький  метод , метод  опори  на  життєвий  досвід , частково  пошуковий  метод , метод  творчого  пошуку , метод  самостійної  роботи.  На  занятті  відмічається  як  групова , так  і  індивідуальна  форма  роботи  студентів. Проведення  даного  заняття  дає  можливість  доповнити  і  поглибити знання  студентів , розвинути  інтерес  до  дисципліни , формувати  у  них  компетенції , яких  потребує  сучасне  життя. На  даному  занятті  поєднується  експеримент  із  теоретичними  знаннями  студентів , розвиваються  творчі  здібності  студентів.

 Методична  розробка  підготовлена  з метою  впровадження  інноваційних  форм  та  методів  роботи  на  заняттях  фізики.  Вона  може  бути  рекомендована  для  проведення  занять  під  час  повторення  й  узагальнення  знань  і  вмінь  за  однією  чи  кількома  темами.

Рецензент                           Т.А. Носкова