Урок «Лінзи. Оптична сила й фокусна відстань лінзи»

Федоров Микола Васильович – вчитель фізики та хімії

Конспект інтегрованого уроку фізика та біологія

Тема: «Лінзи. Оптична сила й фокусна відстань лінзи»

Мета:

•         Методологічна: забезпечити цілісність навчально-пізнавальної діяльності у контексті її процесуальної, змістової та мотиваційно-ціннісної сторін.
•         Навчальна: формувати уявлення про лінзи, оптичну силу і фокусну відстань лінз.
•         Розвивальна: розвивати навички побудови зображень у тонкій лінзі.
•         Виховна: виховувати просторову уяву в учнів; акуратність в роботі.

Тип уроку: інтегрований урок (фізика+біологія), вивчення нового матеріалу.

Обладнання: лінзи розсіювальні та збиральні, екрани, набір з геометричної оптики (додатково - ліхтарик, повітряна лінза, акваріум з водою).

Хід уроку

І. Організаційний етап

ІІ. Перевірка домашнього завдання

1. Що таке спектр. Назвіть послідовність кольорів у спектрі білого світла?

2. Що таке дисперсія світла?

3. Чим зумовлено різноманітність у кольорах і відтінках різних тіл?

ІІІ. Актуалізація опорних знань

Бліц – опитування:

1.     Дзеркала бувають лише плоскими? (Ні)
2.     Кут заломлення позначається латинською буквою гамма? (Так)
3.     Чи міняє свій напрям світловий промінь на межі поділу двох прозорих середовищ? (Так)
4.     Чи відрізняється значення кута падіння від кута відбивання? (Ні)
5.     Чи залежить кут заломлення від середовища? (Так)

IV. Мотивація навчальної діяльності

Продемонструвати проходження світла крізь розсіювальну та збиральну лінзи, отримати зображення за допомогою лінз.

V. Вивчення нового матеріалу

1. Заломлення світла у лінзі. Типи лінз.

Кожна людина звертала увагу на те, що коли предмет, або зображення знаходиться дуже близько до ока, то ми його не можемо чітко побачити, також це відбувається і коли предмет чи зображення знаходиться дуже далеко. Про цю властивість людського ока знали вже з глибокої давнини.  Проте з арабських легенд відоио, що у стародавній Александрії ще у І столітті до нової ери люди вміли бачити далекі предмети та розрізняти їхні деталі за допомоги скла зі сферичними поверхнями.

Саме така властивість скла зумовлює особливості заломлення світла на сферичній поверхні розділу двох середовищ повітря-скло. У оптиці таке скло отримало назву лінза.

В основі дії лінз лежить явище заломлення світла на межі розділу двох середовищ. Саме тому лінза є головною частиною багатьох оптичних приладів (плівкових фотоапаратів, проекційних апаратів, біноклів, телескопів, мікроскопів, зорових труб, лупи), ока тварини та людини. Що ж таке лінза та  які її властивості?

Лінзою називається тіло з прозорої речовини (скло, прозорі кристали, пластмаси та ін.), обмежене двома сферичними поверхнями (одна з поверхонь може бути плоскою).

Лінзи поділяються на збиральні та розсіювальні. Збиральні – це  лінзи, які в середній частині товщі, ніж біля країв, а розсіювальні лінзи, навпаки, у середній частині тонша.

Збиральні лінзи збирають промені, які на них падають, а розсіювальні – розсіюють.

Лінзи бувають тонкими і товстими. Ми будемо розглядати тонкі лінзи, товщина яких дуже мала порівняно з радіусами їхніх сферичних поверхонь.

Давайте розглянемо двоопуклу лінзу

Точка О називається оптичний центр, через який проходить головна оптична вісь О₁О₂. Прямі, що проходять крізь оптичний центр лінзи та не збігаються із головною оптичною віссю, називаються бічними оптичними осями.

2. Фокуси лінзи. Фокусна відстань.

Якщо на лінзу спрямувати пучок променів, паралельно до головної оптичної осі, то після проходження крізь лінзу промені або їх продовження зберуться в одній точці. Ця точка називається головним фокусом лінзи і позначається великою літерою F. У лінзи є два головні фокуси, які розташовані на головній оптичній осі симетрично відносно лінзи. У збиральних лінз фокуси дійсні, оскільки в точці фокуса за лінзою збираються самі промені. У розсіювальних лінз фокуси уявні: промені за лінзою розсіюються, а в точці фокуса перед лінзою збираються продовження променів.

Відстань між оптичним центром лінзи О та її фокусом називається фокусною відстанню. Фокусна відстань збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної – від’ємною.

3. Оптична сила лінзи

Лінзи відрізняються одна від одної кривизною поверхонь та показниками заломлення речовин, з яких їх виготовлено. Тому однією з характеристик лінзи є її оптична сила.

Оптична сила лінзи — це фізична величина, що характеризує здатність лінзи заломлювати світло й дорівнює оберненій величині фокусної відстані. Позначається буквою D.

D=

Одиниця вимірювання — одна діоптрія (1 дптр). [ D] = 1 дптр

Одна діоптрія — це оптична сила лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1 метр.

(Вчитель біології) Як раніше було згадано, лінза є невід’ємною частиною людського ока і вона називається кришталиком. Кришталик ока має форму двовипуклої прозорої та еластичної лінзи, розташованої позаду зіниці. Давайте розглянемо його функції.

Однією з основних функцій є акомодація кришталика, що дає змогу, змінюючи свою форму, змінювати заломлюючу силу, яка забезпечує фокусування зору на різно віддалених предметах. Також він є анатомічним бар’єром очей і перешкоджає проникненню мікроорганізмів з передньої камери ока в склоподібне тіло при запальних процесах.

При аномальній формі кришталика у людини може виникати хвороба, яка погіршує зір. Однією з найбільш розповсюджуючих хвороб є далекозорість та короткозорість. Для виправлення цієї проблеми необхідно використати додаткові лінзи, які розташовують перед оком, тобто окуляри. При далекозорості в оправу поміщають збиральні лінзи, а при короткозорості – розсіювальні.

Лабораторне дослідження на акомодацію кришалика

Для досліду необхно участь двох учнів: спостерігач та виконавець. Виконавець бере у руку ручку і фокусує свій зір на неї. Спостерігач дивиться в очі виконавця на зіницю. Потім виконавець починає відводити ручку від очей і наближувати її. Спостерігач слідкує за зміною розмірів зіниці, та вказати коли відбулося збільшення а коли зменшення. Після досліду учні міняються місцями і проводять ще один раз.

VI. Закріплення вивченого матеріалу

Бесіда

1.     Що таке лінза?
2.     Як поводять себе промені після проходження через збиральну, розсіювальну лінзи?
3.     Розкажіть відмінність між фокусом та оптичною силою лінзи.
4.     Яку роль відіграє кришталик для ока?
5.     Яких правил гігієни, на вашу думку, необхідно дотримуватися щоб запобігти далекозорості та короткозорості?

VIІ. Домашнє завдання

Опрацювати параграф. Підготуйте повідолення про перші способи використання лінз.