Урок "Оптичні прилади та їх застосування"

11 клас                       Тема:   Оптичні прилади та їх застосування

Мета: поглибити  знання  про принцип дії найвідоміших оптичних приладів – мікроскопа, телескопа, фотоапарата тощо;  

розвивати інтерес до вивчення фізики; активізувати пізнавальний інтерес учнів; показати прикладне значення набутих раніше знань; встановити міжпредметні зв’язки з курсами астрономії та інформатики;

виховувати вміння аналізу даних, самостійної роботи з інформацією,.

Обладнання: лупа, фотоапарати, телескоп, бінокль, камера-обскура, мікроскоп, спектроскоп, мультимедійний проектор з екраном, тест Кокошинської З.М. «Оптика, оптичні прилади», картки, Інтернет ресурс https://phet.colorado.edu/sims/geometric-optics/geometric-optics_en.html   .

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

1. Оголошення теми та мети уроку.

Вчитель: Користуючись різноманітними оптичними приладами, ми допомагаємо собі, а точніше, своїм очам бачити. Під час уроку ми з’ясуємо, як оптичні прилади допомагають нам бачити об’єкти, котрі людське око роздивитися не може.

То ж тема уроку «Оптичні прилади та їх застосування»

2. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель:

Подивіться уважно на ці прилади. Як ви думаєте, що їх об’єднує? Що спільне в першу чергу кидається в око?

Дійсно, всі вони мають лінзи. А як саме вони використані в приладах, ми сьогодні і розглянемо.

3. Актуалізація опорних знань

 Згадаємо дещо з  вивченого, що допоможе вам в подальшій роботі. Дайте відповідь на частину питань тесту, важливих для роботи.

1. Понад 90% усієї інформації про навколишній світ ми одержуємо завдяки…

     А) зору

     Б) нюху

     В) слуху

3. Лінія, уздовж якої поширюється світло

     А) промінь світла

     Б) півтінню

     В) сонячне затемнення

4. Частково освітлену область називають…

     А) тінню

     Б) півтінню

     В) сонячне затемнення

5. Вони бувають ввігнуті, опуклі, опукло-ввігнуті

     А) окуляри

     Б) лінзи

8. Як називають збиральну лінзу призначену для розглядання дрібних предметів

     А) телескоп

     Б) мікроскоп

     В) лупа

10. Лінзу, що перетворює паралельний пучок променів у розбіжний, називають

     А) збиральна

     Б) розсіювальна

11. Яким буде зображення, якщо відстань від променів до лінзи більша за подвійну фокусну відстань від лінзи

    А) збільшеним

    Б) зменшеним

14. Скільки відсотків інформації ми одержуємо завдяки зору?

    А) 67%

    Б) 100%

    В) 90%

16. Назвіть приймачі світла

    А) ніс

    Б) око

    В) парта

17. Що таке промінь світла?

    А) це лінія, у вздовж якої поширюється світло

    Б) це своєрідний промінь сонця

    В) це дощове явище

21. Що робить промінь світла коли попадає у воду?

    А) розсіюється

    Б) заломлюється

    В) проходить прямо

22. Що означає слово «мікрос»?

   А) спостерігати

   Б) малий

   В) великий

23. Що таке лінза?

  А) прозоре тіло, обмежене сферичними поверхнями

  Б) дорогоцінний камінь

  В) відстань від площини до фокуса

4. Вивчення нового матеріалу

Оптичні прилади — прилади, будова яких ґрунтується на законах поширення світла або на використанні властивостей світла.

Граничний кут зору – це найменший кут зору, за якого людина ще розрізняє дві точки роздільно, приблизно дорівнює 1/60 градуса. На практиці прийнято вважати, що кутова роздільність ока лежить в межах 2-4 кутові мінути.

Для збільшення кута зору використовують оптичні прилади. За своїм призначенням оптичні прилади можна поділити на дві великі групи:

І. Оптичні системи, призначені для спостереження далеких предметів, називаються телескопічними системами, або зоровими трубами. До телескопічних систем відносяться системи геодезичних приладів (теодоліт, нівелір та ін.), астрономічних труб, спостережних приладів (біноклі, перископи, далекоміри і таке інше). Телескопічні системи працюють спільно з оком спостерігача, тому їх ще називають зоровими трубами. Ці прилади “наближають” предмети спостереження.

ІІ. Оптичні системи, призначені для спостереження дуже дрібних предметів (лупа, мікроскоп), що надають можливість “збільшити” предмети спостереження.

Телескоп.

Перед вами, діти, телескоп.

А на екрані ви бачите три типи оптичних телескопів (слайди 2, 3).  (Пояснюю відмінності оптичних схем)

Призначення телескопа:

1. Збирати слабке випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотографічну пластинку, спектрограф та ін.), що дозволяє побачити тьмяні об’єкти;
2. Будувати у фокальній площині зображення об’єкта або певної ділянки неба, що дозволяє зафіксувати його;
3. Розрізняти об’єкти, розташовані на близькій кутовій відстані один від одного, що зливаються під час спостережень неозброєним оком.

Основною оптичною складовою телескопа є об’єктив (слайд 4), який збирає світло й будує зображення об’єкта або ділянки неба. Об’єктив з’єднується з приймальним пристроєм трубою (тубусом). Якщо приймачем світла є око (під час візуальних спостережень), то обов’язково потрібен окуляр (слайд 5), в який розглядається зображення, побудоване об’єктивом.

 Збільшення кутового розміру об’єкта, що спостерігається, у телескопі є відношенням фокусної відстані об’єктива до фокусної відстані окуляра. Отже, чим більшою є фокусна відстань об’єктива, тим більшим є збільшення.

 Фокусна відстань об’єктива телескопа може досягати десятків метрів. Такі телескопи “наближають” у тисячі разів.  

Незабаром в курсі астрономії ми будемо проводити спостереження Сонця і його плям, використовуючи наш шкільний рефрактор.

Біноклі, підзорні труби, перископи, теодоліти, снайперські та артилерійські оптичні системи – близькі «родичі» телескопів. (слайд 6)

 Фотоапарат.

 Фотокамера — прилад для фіксації оптичного зображення на спеціальному носії (зазвичай фотоплівці або у формі комп'ютерного файлу на електронній карті пам'яті).

Основним принципом роботи фотокамери є проекція оптичного зображення заданої інтенсивності світлового потоку на реєструючий елемент впродовж заданого інтервалу часу. Комбінація інтенсивності і часу зветься експозиція. При цьому інтервал часу експонування (реєстрації) зображення на реєстраторі називають витримкою.

Оскільки у роботі фотокамери можна виділити два принципово окремих процеси — створення і фіксацію зображення, класифікацію фотокамер доцільно проводити саме за цими двома критеріями — тобто за типом оптичної схеми і за типом носія зображення.

Ви бачите 3 моїх фотоапарати: «Смєна», «Київ» та «Любитель». Вони плівкові. Фотографією я займався понад 20 років, почавши в одинадцятирічному віці.

На екрані до вашої уваги різні типи фотоапаратів та принцип будови (слайди 7-9).

(Даю характеристику шкальних, далекомірних та дзеркальних фотоапаратів).

Особливої уваги заслуговують об’єктиви фотоапаратів.  (слайд 10)

(Даю характеристику об’єктивів сталої та змінної фокусної відстані).

  В сучасних професійних фотоапартах використовуються дуже складні за будовою об’єктиви, в яких застосовуються велика кількість лінз різного типу, з різних марок скла і не тільки, асферичні лінзи і навіть малодисперсіні лінзи зі спеціально вирощених кристалів. Приклад – обєктив  Canon EF 14/2.8L II USM. (слайд 11)

(слайд 12) Ви спитаєте, до чого тут цей кінофрагмент?

Хочу застерегти вас від спокуси розібрати такий об’єктив. Скласти його без застосування спеціального дорогого обладнання і при цьому не погіршити його кондиції – подія дуже мало ймовірна. А вартість його може становити не менше 90% вартості фотоапарата.

Хоча до винайдення об’єктивів люди теж займалися фотографією, використовуючи камеру-обскуру. Модель її – ось, до вашої уваги. Виготовити її під силу кожному. А на екрані(слайд 13) приклад її застосування в минулому. (Пояснюю зміст слайду)

Що ж до кіно- та відеокамер, створення рухомого зображення – суто технічне питання, не пов’язане з оптикою.

Діа- , кіно-, відеопроєктор, фотозбільшувач, образно кажучи, – фотоапарат «навпаки» (слайд 14).

(Пояснюю принцип дії названих приладів)

Мікроскоп.

Діти, я роздаю вам картки з деякою схемою. Ви маєте 1 хв. для роздумів, принцип дії якого оптичного приладу перед вашими очима.   (слайд 15)  То що ж тут показано?

Це схема роботи мікроскопу, ось він, на столі. Саме так ми можемо побачити дуже маленькі об’єкти.

Як вам відомо, лупа – найпростіший прилад для спостереження малих об’єктів. Проста лупа являє собою короткофокусну збиральну лінзу. Предмет розташовують між лінзою і фокусом ближче до фокуса. Її збільшення може лежати у межах від 2^х до 10^х-15^х.

Мікроскоп (слайд 16) – більш складна оптична система з великим кутовим збільшенням. Мікроскоп складається з двох збиральних лінзових систем: короткофокусного об’єктива та окуляра, відокремлених значним, в порівнянні з їх фокусними відстанями, проміжком.

Що ж ми бачимо в мікроскопі? Підсвідомо ми вважаємо, що чітке зображення виникає на екрані. Або на сітківці ока. Або на якійсь поверхні (сайт  phet.colorado.edu).  А якщо екран відсутній? Зображення виникає там, де є перетин променів, що вийшли з однієї точки, а потім в результаті заломлення знову пройшли через спільну точку.

Скажіть, де саме виникає зображення y’? Між окуляром і його фокусом F₂. Тобто окуляр будує уявне зображення аналогічно до того, як це відбувається в лупі!

Об’єктиви і окуляри мікроскопів для усунення різноманітних аберацій складаються з декількох лінз (іноді більше десяти). Кожний мікроскоп комплектується декількома об’єктивами і окулярами, заміною яких можна отримати потрібне збільшення. Максимальне збільшення оптичного мікроскопа обмежується хвильовою природою світла і складає 1500^х-2000^х, а обчислюється добутком лінійних збільшень об’єктиву та окуляру.

Спектроскоп. 

Ще одне з багатьох застосувань оптичних приладів – спектроскоп, зразок якого ви бачите на

столі. Його призначення – розкладання білого світла або світла від будь-якого джерела в спектр для вивчення його характеристик. Як правило, складається з двох труб і призми. (слайд 17).

Діти, поглянувши на оптичну схему, хто з вас може сказати, яка фокусна відстань лінзи коліматора?

Оскільки після лінзи промені йдуть паралельним пучком, то щілина коліматора розміщена саме в фокусі лінзи. Вимірявши довжину труби, можна дізнатися фокусну відстань лінзи.

(слайд 18) А тут ви знову бачите астрономічну оптику: телескоп + спектроскоп. Як ви пам’ятаєте, назва хімічного елементу гелію походить від «геліос» - давньо-грецької назви Сонця. Цю назву газ отримав 150 років тому. А за 2 роки до того його виявили в атмосфері Сонця саме методом спектрального аналізу.

5. Закріплення, узагальнення вивченого матеріалу

Фронтальна бесіда

1) Які оптичні прилади, крім названих, ви знаєте? Яке їхнє застосування?

2) Який граничний кут зору людини?

3)  Поясніть роль окуляра телескопа, мікроскопа.

4) Дійсне чи уявне зображення створює об’єктив мікроскопа?

5) Охарактеризуйте зображення, створене окуляром мікроскопа.

6) Якщо передня лінза об’єктива водонепроникного фотоапарата при підводній фотозйомці безпосередньо контактуватиме з водою, як це вплине на якість зображення?

6. Підсумки уроку

Підсумки проводяться по основних питаннях  уроку. Якщо виникають запитання у учнів, вони отримують відповіді та пояснення. 

7. Домашнє завдання

Опрацювати §28 та впр. 28 за підручником.

Підготувати повідомлення про незвичайні застосування оптичних приладів.