Основное понятие геометрической оптики — это световой луч. При этом подразумевается, что направление потока лучистой энергии ход светового луча не зависит от поперечных размеров пучка света. Законы геометрической оптики является частным предельным случаем более общих законов волновой оптики , в предельном случае стремления длины световых волн к нулю. Так как свет физически является распространением электромагнитной волны, происходит интерференция , в результате которой ограниченный пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение т. Интерференция и дифракция находятся вне предмета изучения оптических свойств оптических систем средствами геометрической оптики. Однако, в тех случаях, когда характерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны, можно пренебречь дифракционной расходимостью пучка света и считать, что лучи света распространяются по отрезкам прямых, до преломления или отражения. Геометрическая оптика неполно описывает оптические явления, являясь упрощением более общей волновой оптической теории. Но широко используется, например, при расчёте оптических систем, так как её законы математически более просты по сравнению с обобщающими волновыми законами, что существенно снижает математические трудности при анализе и синтезе оптических систем. Приблизительная аналогия между геометрической и волновой оптиками - как между ньютоновской механикой и общей теории относительности. Помимо пренебрежения волновыми эффектами в геометрической оптике также пренебрегают квантовыми явлениями. В геометрической оптике скорость распространения света считается бесконечной поэтому динамическая физическая задача превращается в чисто геометрическую , однако учёт конечной скорости света в рамках геометрической оптики например, в астрофизических приложениях не представляет математической трудности. Кроме того, как правило, не рассматриваются эффекты, связанные с влиянием прохождения света через оптические среды, например, изменения показателя преломления среды под воздействием мощного излучения. Эти эффекты, даже формально лежащие в рамках геометрической оптики, относят к нелинейной оптике. В случае, когда интенсивность светового пучка, распространяющегося в данной среде, достаточно мала для того, чтобы можно было пренебречь нелинейными эффектами, геометрическая оптика базируется на общем для всех разделов оптики фундаментальном законе о независимом распространении лучей принцип суперпозиции. Согласно этому принципу, лучи света в среде не взаимодействуют. В геометрической оптике нет таких понятий, как амплитуда, частота, фаза и вид поляризации светового излучения, но и в волновой линейной оптике постулируют принцип суперпозиции. Иными словами, и в волновой линейной оптике, и в геометрической оптике принимается, что лучи света и оптические волны не влияют друг на друга и распространяются независимо. В основе геометрической оптики лежат несколько простых эмпирических законов:. Поскольку геометрическая оптика не учитывает волновой природы света, в ней действует постулат, согласно которому если в какой-то точке сходятся две или большее количество систем лучей, то освещённости , создаваемые ими, складываются. Однако наиболее последовательным является вывод законов геометрической оптики из волновой оптики в эйкональном приближении. В этом случае, основным уравнением геометрической оптики становится уравнение эйконала , которое допускает также словесную интерпретацию в виде принципа Ферма , из которого и выводятся перечисленные выше законы. Частным видом геометрической оптики является матричная оптика. Клавдий Птолемей исследовал преломление света на границе воздух—вода и воздух—стекло. Большую роль в развитии оптики, как науки, сыграли ученые Востока, в частности, ученые Персии Бахманияр аль Азербайджани и Насреддин Туси. Они также имели свой взгляд на природу света и указывали, что свет имеет как свойства волны, так и свойства потока частиц. Арабский учёный Ибн ал-Хайсам Аль-Гасан изучал законы преломления и отражения света. Он одним из первых высказал мысль о том, что источником световых лучей является не глаз, а светящиеся предметы. Он также доказал, что изображение предмета возникает в хрусталике глаза. Он сумел получить изображения предметов в плоских, выпуклых, вогнутых, цилиндрических стеклах и линзах; показал, что выпуклая линза дает увеличенное изображение. Виллеброрд Снелл в году открыл закон преломления света закон Снеллиуса. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 28 июня ; проверки требуют 9 правок. Для улучшения этой статьи желательно: Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники , подтверждающие написанное. Статьи без изображений указано в Викиданных: Статьи без изображений тип: Статьи без ссылок на источники Википедия: Статьи без источников тип: Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Текущая версия Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 6 июня в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия.
Формирование и развитие основных понятий геометрической оптики в курсе физики средней школЫ. Геометрическая оптика как наука. Методические разработки уроков в геометрической оптике в курсе физики средней школы. Развитие и углубление понятий геометрической оптики в формах внеклассной работы с учащимися Учение о свете является одним из важных в современной физике. Геометрическая отптика-теоретическая основа оптотехники, теории оптических приближений и ряда других дисциплин. Основные понятия геометрической оптики необходимы каждому, независимо от избранной специальности. На основных законах геометрической оптики можно построить математическую теорию распространения света. Область явлений, изучаемых оптикой обширна. Оптические явления тесно связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Но несмотря на огромное значение оптики и ее технических приложений, содержание этого раздела физики в средней школе не отражает в должной мере ее успехи. Программа по физике для средней школы содержит достаточный объем знаний по оптике, но в значительном усовершенствовании нуждается методика ее изложения, в том числе и геометрической оптики. В связи с этим целью данной работы явилось усовершенствование методики преподавания геометрической оптики в 8 и 11 классах средней школы и разработки уроков по данной теме. Методические разработки уроков направлены на формирование и развитие основных понятий геометрической оптики у учащихся 8-х классов, а также на закрепление и расширение знаний по данной теме у учащихся х классов. Школьники отличаются друг от друга по психолого-педагогическим показателям, таким как: Возникает проблема дифференцированного подхода к учащимся. В данной работе для решения этой проблемы используется разработка урока с дифференцированным разноуровневым обучением в м классе, на котором учащиеся повторяют основные понятия геометрической оптики. Методическая разработка интегрированного урока "Физика-биология" поможет в усвоении учащимися 8-го класса знаний по теме "Глаз, как оптическая система". Разработка урока по геометрической оптике с использованием компьютера в м классе даст учащимся возможность научиться применять компьютерную графику при решении физических задач. Развитию и расширению понятий геометрической оптики способствуют различные формы внеклассной работы, например, такие как факультативное занятие и конкурсный вечер, методические материалы для проведения которых представлены в данной работе. Дипломная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 22 наименования. Оптика - учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история - это история поиска ответа: Одна из первых теорий света - теория зрительных лучей - была выдвинута греческим философом Платоном около г. Данная теория предполагала, что из глаза исходят лучи, которые, встречаясь с предметами, освещают их и создают видимость окружающего мира. Взгляды Платона поддерживали многие ученые древности и, в частности, Евклид 3 в до н. Наиболее интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Альгазен впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным шагом в понимании природы света. В эпоху Возрождения было совершено множество различных открытий и изобретений; стал утверждаться экспериментальный метод, как основа изучения и познания окружающего мира. На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений:. Все дальнейшее развитие учения о свете вплоть до наших дней - это история развития и борьбы этих гипотез, авторами которых были И. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник рис. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие - фиолетового. Чем оптически плотнее среда, тем угол преломления меньше угла падения рис. По мнению Ньютона, втягивающая сила второй среды влияла только на вертикальную компоненту скорости , вызывая ее увеличение [2]. Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет - смесь разнообразных корпускул - испытывает преломление, пройдя через призму. С точки зрения механической теории, преломления обязано силам со стороны частиц стекла, действующим на световые корпускулы. Эти силы различны для разных корпускул. Они наибольшие для фиолетового и наименьшие для красного цвета. Путь корпускул в призме для каждого цвета будет преломляться по - своему, поэтому белый сложный луч расщепится на цветные составляющие лучи. Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом , и в скоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая поверхность - фронт волны принцип Гюйгенса рис. Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света. Используя свой принцип, ученому удалось объяснить многие явления геометрической оптики:. Из формулы видно, что скорость света должна зависеть обратно пропорционально от абсолютного показателя среды. Этот вывод был противоположен выводу, вытекающему из теории Ньютона. Невысокий уровень экспериментальной техники XVII века исключал возможность установить, какая из теорий верна. Многие сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М. С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире. S - источник света ;. По теории Ньютона на экране должны появиться две светлые полоски, на самом деле появились несколько светлых и темных полос, а прямо против промежутка между щелями В и С появилась светлая линия Р. Опыт показал, что свет явление волновое. Юнг развил теорию Гюйгенса представлениями о колебаниях частиц, о частоте колебаний. Он сформулировал принцип интерференции, основываясь на котором, объяснил явление дифракции, интерференции и цвета тонких пластинок. Французский физик Френель соединил принцип волновых движений Гюйгенса и принцип интерференции Юнга. На этой основе разработал строгую математическую теорию дифракции. Френель сумел объяснить все оптические явления, известные в то время [2]. При переходе из одной среды в другую упругость эфира не меняется, но меняется его плотность. Относительный показатель преломления вещества. Поперечные колебания могут происходить одновременно по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волны. Работа Френеля завоевала признание ученых. Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света. В середине XIX века начали обнаруживаться факты, указывающие на связь оптических и электрических явлений. Фарадей наблюдал вращения плоскостей поляризации света в телах, помещенных в магнитное поле. Фарадей ввел представление об электрическом и магнитном полях, как о своеобразных наложениях в эфире. Появился новый "электромагнитный эфир". Первым на эти взгляды обратил внимание английский физик Максвел. Он развил эти представления и построил теорию электромагнитного поля. Электоромагнитная теория света не зачеркнула механическую теорию Гюйгенса-Юнга-Френеля, а поставила ее на новый уровень. Суть ее состояла в следующем:. Через пять лет после Планка вышла работа немецкого физика Эйнштейна о фотоэффекте. Бор опубликовал теорию атома, в которой объединил теорию квантов Планка-Эйнштейна с картиной ядерного строения атома. Таким образом, появилась новая квантовая теория света, родившаяся на базе корпускулярной теории Ньютона. В роли корпускулы выступает квант. Находясь в стационарных состояниях, атом не излучает энергию. С возникновением квантовой теории выяснилось, что корпускулярные и волновые свойства являются лишь двумя сторонами, двумя взаимосвязанными проявлениями сущности света. Они не отражают диалектическое единство дискретности и континуальности материи, выражающейся в одновременном проявлении волновых и корпускулярных свойств. Один и тот же процесс излучения может быть описан, как с помощью математического аппарата для волн, распространяющихся в пространстве и во времени, так и с помощью статистических методов предсказания появления частиц в данном месте и в данное время. Обе эти модели могут быть использованы одновременно, и в зависимости от условий предпочтение отдается одной из них [2]. Достижения последних лет в области оптики оказались возможными благодаря развитию, как квантовой физики, так и волновой оптики. В наши дни теория света продолжает развиваться. Оптика - раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом. Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть понятны в рамках геометрической оптики, которая оперирует понятием отдельных световых лучей, подчиняющихся известным законам преломления и отражения и независимых друг от друга. Для понимания более сложных явлений нужна физическая оптика, рассматривающая эти явления в связи с физической природой света. Физическая оптика позволяет вывести все законы геометрической оптики и установить границы их применимости. Без знания этих границ формальное применение законов геометрической оптики может в конкретных случаях привести к результатам, противоречащим наблюдаемым явлениям. Поэтому нельзя ограничиваться формальным построением геометрической оптики, а необходимо смотреть на нее как на раздел физической оптики [3]. Понятие светового луча можно получить из рассмотрения реального светового пучка в однородной среде, из которого при помощи диафрагмы выделяется узкий параллельный пучок. Чем меньше диаметр этих отверстий, тем уже выделяемый пучок, и в пределе, переходя к отверстиям сколь угодно малым, можно казалось бы получить световой луч как прямую линию. Но подобный процесс выделения сколь угодно узкого пучка луча невозможен вследствие явления дифракции. Таким образом, световой луч - это абстрактное математическое понятие, а геометрическая оптика является приближенным предельным случаем, в который переходит волновая оптика, когда длина световой волны стремится к нулю. Чтобы показать это, среду, в которой распространяется свет надо считать прозрачной и однородной. Предполагая сначала, что она изотропна, нужно исключить из уравнений Максвелла 1. Для того, чтобы исключить вектор Н , следует уравнение 1. Для неоднородных сред уравнение 1. Но если интересоваться только интенсивностью волн, отвлекаясь от их поляризации, то оказывается, что в предельном случае геометрической оптики уравнение 1. Поэтому даже в случае неоднородных сред предельный переход к геометрической оптике можно выполнить на основе волнового уравнения. Результаты такого метода применимы не только к световым, но и ко всем другим волнам, например акустическим. Условием применимости геометрической оптики является малость изменения амплитуды волны и ее первых пространственных производных на протяжении длины волны. Систему уравнений геометрической оптики составляют уравнения. В том случае, если условие применимости не соблюдается, могут возникать заметные отступления от геометрической оптики. Это происходит, например, в следующих случаях: Излучение в пространстве или в прозрачной однородной среде можно характеризовать интенсивностью, спектральным составом и поляризацией. Конечной энергией могут обладать лучи, направления которых заполняют конечные телесные углы, величина этих углов может быть очень малой. В поле излучения находится произвольная малая площадка dS. Линейные размеры этой площадки должны быть велики по сравнению с длинами волн излучения, чтобы к излучению можно было применять понятия и законы геометрической оптики. Через площадку dS проходят лучи, заполняющие некоторый телесный угол W. Энергия переносимая этими лучами в единицу времени, называется лучистым потоком Ф , проходящим через площадку dS в телесный угол W. Если телесный угол d W бесконечно мал, а площадка dS перпендикулярна к его оси, то лучистый поток можно представить в виде:. Величина I - лучистый поток, отнесенный к единичной площадке, перпендикулярной к излучению, и к единице телесного угла. Она называется интенсивностью лучистого потока или лучистым излучением в направлении оси телесного угла d W [3]. Объемной плотностью лучистой энергии называется энергия, содержащаяся в единице объема пространства V лучей с телесным углом d W при вершине. Величины Ф, I, U можно подвергнуть спектральному разложению по частотам или длинам волн. Каждое излучение, обладающее конечной энергией, занимает конечный интервал частот или длин волн. Все приведенные энергетические характеристики излучения измеряются в механических единицах, например по произвольному или тепловому действию. Такие единицы применяются в теории теплового излучения, но в видимой области спектра характеризуют излучение по зрительному или световому ощущению, оцениваемому по действию света на глаз человека. Соответствующие характеристики и их единицы называются световыми, или фотометрическими. Силой света источника в заданном направлении называют световой поток посылаемый им в этом направлении и отнесенный к единице телесного угла. Единицей силы света источника в системе СИ служит кандела - это основная фотометрическая единица. Единица светового потока - люмен лм - это световой поток, посылаемый источником в 1 кд внутрь телесного угла в 1 стерадиан. Световой поток, приходящийся на единицу площади освещаемой поверхности, называется освещенностью Е этой поверхности. Пусть источник точечный, а лучи падают под углом q к нормали к освещаемой поверхности. Таким образом, освещенность, создаваемая точечным источником в отсутствие поглощения, обратно пропорциональна квадрату расстояния до него и прямо пропорциональна косинусу угла между направлением падающих лучей и нормалью к освещаемой поверхности. Единица освещенности - люкс лк - освещенность, создаваемая световым потоком в 1 люмен, равномерно распределенным по площади 1 м2 [3]. Для протяженных источников вводится понятие яркости В. Яркость поверхности - световой поток dФ , исходящий из площадки dS в рассматриваемом направлении, отнесенный у единице телесного угла и к единице видимой величины площадки, т. Буква В снабжена индексом q , так как яркость зависит от угла q , под которым рассматривается площадка dS. Это яркость плоской поверхности, сила света которой в перпендикулярном направлении составляет одну канделу с каждого квадратного сантиметра. Светимостью К называется полный световой поток, посылаемый единицей светящейся поверхности в одну сторону, т. Ее единица такая же, что и единица освещенности, т. Для поверхностей, излучающих по закону Ламберта т. Область явлений, излучаемых оптикой обширна. Оптические явления связаны с явлениями, изучаемые в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее точным. Оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основных физических воззрений. Изучение геометрической оптики в школе начинается обычно с изучения законов распространения, отражения и преломления света. Законы эти никак не обобщаются, границы применимости не оговариваются например, требование однородности и изотропности среды для прямолинейного распространения света. В результате учащиеся допускают ошибки при объяснении таких явлений, как миражи. Этих недочетов можно избежать, если в преподавании основных понятий геометрической оптики использовать принцип Ферма. При обсуждении законов геометрической оптики с учащимися, учитель применяет принцип Ферма, который заключается в утверждении, что действительный путь распространения света из одной точки в другую есть тот путь, для прохождения которого свету требуется минимальное или максимальное время по сравнению с любым другим геометрическим возможным путем между теми же точками. Отсюда сразу же следует справедливость закона прямолинейного распространения света, но при условии изотропности и однородности окружающей среды [5]. Другими словами, скорость света должна быть одинаковой во всех точках и во всех направлениях. При нарушении этого условия свет перестает распространяться по прямой. Пусть свет от источника попадает к наблюдателю Q отразившись от границы раздела сред АВ. Геометрически легко доказать, что из всех возможных траекторий светового луча 1, 2 и 3 самой короткой будет та, где углы, образуемые падающим SO и отраженным OQ лучами с перпендикуляром ON, восстановленным к границе раздела в точке падения равны, причем, оба луча и нормаль лежат в одной плоскости. V1 - скорость света в среде I; V2 - в среде II, х - расстояние от проекции источника на плоскость раздела до точки падения луча. Тогда длина пути света:. Приравнивая первую производную по х к нулю , находим минимум и получаем:. Очевидно, что использование принципа Ферма позволяет дать общий подход к законам геометрической оптики и обеспечивает лучшее усвоение материала учащихся. В рамках программы по физике для средней школы на изучение раздела "Световые явления" отводится 10 часов. Этот раздел включает темы:. Объяснение солнечного и лунного затмений. Построение изображений, даваемых линзой. Таким образом, программа по физике для средней школы содержит достаточный объем знаний по оптике, но в значительном усовершенствовании нуждается методика ее изложения. В данной работе представлены некоторые методические разработки уроков по геометрической оптике в рамках школьной программы. Дифференциация обучения является необычайно сложной задачей потому, что учащиеся различаются знаниями, умственным развитием, работоспособностью, памятью, наклонностями и т. При ориентации на среднего ученика замедляется темп работы ученика с высоким умственным развитием, быстрой реакцией, направленным вниманием. При этом слабые учащиеся не могут воспринимать материал, не рассчитанный на их способности и подготовку. Тем не менее, проблема дифференцированного подхода к учащимся разрешима. Для старших классов она частично решается введением факультативов, специализированных школ и классов с тем или иным уклоном , так же необходимо разрабатывать уроки с использованием дифференцированного обучения [6]. Предлагаю рассмотреть один из уроков по оптике в 11 классе, на котором используется дифференцированное разноуровневое обучение [7]. На предыдущем занятии а это был урок-лекция на тему "Волновые и квантовые свойства света" учащимся было предложено подготовиться к уроку на тему "Геометрическая оптика". К сожалению этот материал забыт в 11 классе, так как перенесен для изучения в 8. Домашнее задание состоит из двух частей и заранее разделено по степени сложности на три уровня:. Уровень I наиболее простой - повторить формулировки понятий и законов из учебника "Физика-8":. Уровень I и II: Цели урока, реализующего разноуровневое обучение учащихся - повторение материала 8 класса , углубление и расширение знаний по теме; более широкий чем прежде показ практического применения геометрической оптики. Урок состоит из пяти этапов [7]. Задание уровня I для всех: Это устные ответы на вопросы учителя. Что называется фокусом линзы? Как записывается формула тонкой линзы? Что такое оптическая сила? Задание уровня II и III выполняется по желанию: Это индивидуальный письменный опрос. Форма "быстрый опрос", - учащиеся по очереди выходят к доске и выполняют чертежи хода лучей в линзах. В результате анализа выполненных построений нужно сформулировать выводы. В ходе работы учащиеся прослушивают основные определения, на доске остаются формулы и выводы, построения изображений в линзах, т. Этап II - углубление в тему. Выполнение заданий с выбором ответа. Текст проецируется через кодоскоп. Там, где обоснования нет, выбор ответа подтвердите своими логическими рассуждениями. Попадет ли световой луч в точку, где построением получено действительное изображение? От чего оно зависит? Рассчитайте искомое фокусное расстояние линзы по формуле:. Если источником света служит окно или освещенное солнцем предметы за окном, то расчетная формула упрощается, т. Сконструируйте из двух собирающих линз модель телескопа трубы Кеплера. Рассчитайте ее увеличение и результат расчета проверьте опытом. Изобразите ход лучей в трубе Кеплера рис. Выведите теоретическим путем формулу для рассчета увеличения Г такого телескопа: Найдите экспериментально увеличение трубы Кеплера. Для этого нужно одним глазом рассматривать через оптическую систему шкалу демонстрационной линейки, расположенной у классной доски, а втором - невооруженным смотреть на эту линейку, при этом можно увидеть наложение двух шкал. Нужно сосчитать, сколько в одном делении шкалы, видимой через трубу Кеплера, помещается делений, наблюдаемых невооруженным глазом; это и есть увеличение Г. Этап III - рассмотрение практических применений законов геометрической оптики в быту и технике. Для всех уровней одинаков. Заслушиваются сообщения, заранее подготовленные в ходе домашней работы. На этом этапе работы, учащиеся ведут краткие записи в тетрадях. Этап IV - самостоятельная теоретическая работа - решение расчетных задач 15 минут. На тонкую линзу с фокусным расстоянием F падает луч света под углом a к главной плоскости линзы. Найдите расстояние от точки падения луча на линзу до ее оптического центра. Можно утверждать, что все параллельные лучи после преломления в собирающей линзе должны проходить через одну точку А, лежащую в ее фокальной плоскости. Вспоминая соотношение между длинами катетов в треугольнике и его углами, а также следующее из условия соотношение , обратившись к рис. Найти площадь изображения квадрата [12]. Пусть линза является тонкой, а световые пучки, с помощью которых формируется изображение, являются достаточно узкими, т. В этом случае лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, после преломления проходят через главный фокус F , а лучи, идущие через оптический центр линзы т. О , проходят через линзу без преломления. Поэтому изображение квадрата, все точки которого находятся от линзы на расстоянии больше фокусного, будет действительным и таким, как показано на рис. Согласно формуле тонкой линзы расстояние от линзы до изображений наиболее удаленной и ближайшей к ней сторон квадрата должны быть равны:. Определим длинны оснований трапеции А1 и А2. Из подобия соответствующих треугольников на рис. Этап V - подведение итогов урока. На данном уроке учащиеся повторили материал по геометрической оптике 8 класса, углубили знания по теме, рассмотрели практическое применение геометрической оптики, усовершенствовали навыки решения задач по данной теме. В результате такого построения занятия каждый ученик опрошен не менее трех раз, а главное - работа дифференцирована. Современному человеку приходится целый день работать с близкорасположенными объектами: Наш глаз испытывает огромную нагрузку, в результате чего многие люди страдают глазными болезнями, дефектами зрения. Каждый должен знать как устроен глаз, каковы его функции [13]. Глаз представляет собой шарообразное тело диаметром около 25 мм и массой 8 г. Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками. Наружная - белочная оболочка состоит из плотной непрозрачной соединительной ткани. Она позволяет глазу сохранять свою форму. Следующая оболочка глаза - сосудистая, в ней располагаются все кровеносные сосуды, питающие ткани глаза. Сосудистая оболочка черная, т. Сосудистая оболочка переходит в радужную, которая определяет цвет глаз. Радужная оболочка - это кольцевая мышечная диафрагма с небольшим отверстием в центре - зрачком. Почему он воспринимается нами как черный? Известно, что то место, откуда не исходят световые лучи, воспринимается нами черным рис. Зрачок регулирует поступление света в глаз, рефлекторно сужаясь или расширяясь. За зрачком располагается прозрачный хрусталик, имеющий форму двояковыпуклой линзы. Он эластичен, может менять свою кривизну с помощью ресничной мышцы. Поэтому обеспечивается точная фокусировка лучей света. Она включает в себя роговицу, хрусталик, стекловидное тело. Главная роль в создании изображения принадлежит хрусталику. Он фокусирует лучи на сетчатке, благодаря чему возникает действительное уменьшенное перевернутое изображение предметов, которое мозг корректирует в прямое. Далее на модели демонстрируется глаз с нормальным зрением. Опыт проводится в затемненном помещении. Нужно объяснить учащимся, что лучи фокусируются на сетчатке, на задней стенке глаза. Учителю необходимо обратить внимание на то, что в его распоряжении имеются только две выпуклые линзы - фокусными расстояниями 70 и мм. На столах находятся приборы из комплекта "Оптика-8". Линза будет выполнять роль хрусталика, а экран - роль сетчатки. Ученикам нужно получить на экране четкое изображение окна. Дать характеристику этого изображения [13]. Окно - далекий предмет, а линза - близкий. Ученики на экране видят четкое изображение близкого предмета - оправы линзы, а изображение окна теперь неясное, расплывчатое. Затем вновь получают четкое изображение окна путем перемещения линзы-"хрусталика" и обращают внимание, что изображение оправы линзы теперь стало нечетким. Учащиеся делают вывод, что собранную модель можно назвать моделью глаза условно, т. Такой глаз - близорукий. У других людей лучи фокусируются за сетчаткой, так что на сетчатке опять получается нерезкое изображение. Этот недостаток зрения называется дальнозоркий, а глаз - дальнозоркий. Смоделировать близорукий и дальнозоркий глаза, т. Для этого нужно а приблизить линзу к экрану экран к линзе для дальнозоркого глаза, б удалить линзу от экрана экран о линзы - близорукий глаз [13]. Какими линзами исправляют дальнозоркость, а какими близорукость? Учащиеся вспоминают, что дальнозоркость исправляют собирающими линзами, а близорукость - рассеивающими, после чего учитель демонстрирует опыты по исправлению недостатков зрения. Учитель сообщает, что врач-окулист подбирает очки подобным образом, вставляя в специальную оправу разные линзы, пока пациент не станет хорошо видеть. Оптическая сила измеряется в диоптриях Дптр. Чтобы выписать рецепт врачу-окулисту нужно знать оптическую силу линзы. Эту величину указывают при изготовлении линз на заводах. Если же эти данные утеряны, то можно определить оптическую силу опытным путем, по известному фокусному расстоянию [13]. Подводя итоги урока, учитель делает вывод о том, что глаз - это ценный, но хрупкий орган, который надо беречь. Чтобы укреплять глазные мышцы и останавливать развитие близорукости, необходимо делать гимнастику глаз, соблюдать элементарные правила гигиены; во время чтения, письма надо располагать предмет на расстоянии см от глаз, т. Расстояние от оптического центра глаза до сетчатки 18,3 мм. На каком расстоянии от глаз он вынужден держать газету для чтения без очков? Оптическая сила нормального глаза 58,5 дптр [14]. Расстояние d2 до предмета связано с расстоянием f2 до изображения и фокусным расстоянием F2 или оптической силой D2 формулой линзы: Оптическая сила глаза с очками равна оптической силе нормального глаза D0 и равна сумме оптической силы D2 глаза без очков и D1 линзы очков: Таким образом, на интегрированном уроке "физика-биология" в 8 классе было изучено строение устройства глаза, как оптического прибора, закреплены навыки расчета оптической силы линзы. В условиях компьютеризации обучения решение задач на ЭВМ позволяет обеспечить необходимую учащимися индивидуальную помощь, кроме того, повысить эффективность решения задач можно за счет активизации зрительного представления выполняемых действий. Предлагаемая задача для рассмотрения в 11 классе на уроке "физика-инфороматика" снабжена решением на языке Бэйсик. На экране графического дисплея можно моделировать ход луча в оптической системе, где луч претерпевает различные отражения и преломления при переходе из одной среды в другую. Для решения таких задач надо каждый раз задавать уравнение границы раздела между средами и уравнение луча. Решая уравнения совместно, можно получить точку пересечения, найти угол падения; пользуясь законом отражения или преломления, найти угол, под которым из точки пересечения луч пойдет дальше, вычертить на экране все эти линии. На данном уроке учащимся дается готовая программа и предоставляется возможность исследовать ход лучей в различных ситуациях, задавая различные начальные условия: С использованием компьютера больше индивидуализируется обучение на уроках физики, упрощается процесс подготовки учителя к уроку. Используя обучающие программы, учитель может нагляднее представить изучаемый материал, показать модели физических экспериментов, недоступных в реальных условиях. Для организации учебного процесса с применением компьютера можно использовать:. Кроме того, можно проводить самостоятельные исследования с использованием аналого-цифровых преобразователей и компьютера [16]. На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред также меняя при этом направление распространения. Это явление - преломление света. Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров, т. Постоянная величина, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой. Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми проходит преломление:. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе в данную среду [17]. Закон преломления позволяет рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например, в треугольной призме, изготовленной из стекла или других прозрачных материалов. Луч в призме отклоняется к основанию, преломляясь на границе ОА и ОВ. Угол j между этими гранями называют преломляющим углом падения призмы. Угол q отклонения луча зависит от преломляющего угла призмы j , показатель преломления n материала призмы и угла падения a. Он может быть вычислен с помощью закона преломления 2. Постройте ход светового луча, падающего на треугольную призму, если показатель преломления вещества призмы меньше показателя преломления окружающей среды. На данном этапе урока, учащиеся знакомятся с компьютерной программой "Преломление лучей в призме". С помощью этой программы на экране дисплея будет изображаться ход луча, преломляющегося на границах раздела если они под углом друг к другу, то это - призма, если параллельны - плоскопараллельная пластина. Работая с этой программой учащиеся исследуют ход лучей в различных ситуациях, задавая различные начальные условия [19]. Итогом работы учащихся с данной программой является анализ правильности изображаемого компьютером хода луча, при изменении параметров луча и формы призмы. Развитие и углубление понятий геометрической оптики в формах внеклассной работы с учащимися. Темы под названием "Оптические иллюзии" в традиционном школьном курсе физики нет. Но материал об оптических иллюзиях эмоционально привлекателен для учащихся и доступен. Лучше всего организовать по этой теме факультативный спецкурс. Предлагаю рассмотреть материал для одного занятия такого факультатива. Это занятие можно разделить на две части. Первую посвятить введению понятия "оптическая иллюзия" и выяснению вопроса: При этом для успешного восприятия материала желательно сопровождать рассказ учителя репродукциями и фотографиями известных иллюзий разной природы [20]. Что такое оптическая иллюзия? Оптической иллюзией называется несоответствующее действительности представление видимости явления или предмета вследствие особенностей строения нашего зрительного аппарата. Кому нужно знать об оптических иллюзиях? Почему возникаю оптические иллюзии? Зрительный аппарат человека - сложно устроенная система со вполне определенным пределом функциональных возможностей. В связи с этим выделяют три основные иллюзии:. Вниманию учащихся можно предложить серию иллюзорных картинок, взятых из книг. Нужно отметить, что оптические иллюзии рождаются не обязательно в результате игры света и тени, в их основе лежит хитроумная механическая конструкция [20]. Далее занятие можно построить в виде занимательных демонстраций, в постановке которых принимают участие все желающие. Объяснение иллюзий не обязательно давать сразу после демонстрации. Так, на вращающемся диске с черно-белым рисунком при хорошем освещении и подходящей скорости вращения появляются цветные кольца. Для демонстрации "окрашивания" целому классу лучше показать теневую проекцию вращающегося диска с прорезями, соответствующими светлым участкам на диске с рисунком. Диск приводится во вращение микромотором, питаемого через реостат от источника В. Ее можно показать в 8-м классе после изучения закона отражения света в качества убедительного доказательства того, что плоское зеркало способно изменять направление световых лучей. Для демонстрации изготавливается равносторонний стеклянный ящик, в который по диагонали вставляется тонкое стекло. Установив сзади и сбоку ящика два одинаковых диапроектора, можно демонстрировать "просвечивание" диапроектора сквозь опускаемый в ящик предмет например, книгу. При размерах ящика 50х50 см и толщине стекла мм оно не видно уже с расстояния 1,5 м, т. Ознакомившись на данном факультативном занятии с явлением оптической иллюзии, учащиеся постараются глубже понять его суть. Таким образом, факультатив углубляет и расширяет знания учащихся, не отвлекая их внимание от основного содержания учебной программы. В основу конкурсного вечера положен метод соревнования между коллективами учащихся. Цель такого вечера - активизация познавательной деятельности школьника. Оптика в средней школе - один из разделов с большим научным и воспитательным значением. Этому способствует разнообразие оптических явлений, их большое значение в жизни людей. Рассмотрим программу конкурсного вечера по оптике "Тайны световых луче". Для данного вечера по оптике "тайны" света учитель будет искать там, где, используя программный материал, можно расширить знания учащихся. При этом можно опираться на наблюдения оптических явлений в природе [21]. Во время проведения конкурсов соревнующиеся команды будут задавать друг другу вопросы, ответы на которые позволяют раскрыть "тайны" многих световых явлений. Учащимся предлагается отразить двойственность в оценке зрительного восприятия, которая заключается в том, что с одной стороны, мы полностью доверяем своему зрению, с другой стороны, нередко обнаруживаем, что суждение об увиденном оказалось ложным. Сначала соперникам предлагают обсудить вопрос, посвященный тому, чего нет в действительности, хотя мы это видим. В физике этот оптический обман называют мнимым изображением. Затем соревнующимся командам предлагаю вопросы на сообразительность, сопровождая их набором похожих картинок, например: Можно обсудить получение мнимых изображений в оконных стеклах, зеркальной глади воды и т. Художники для этого конкурса готовят рисунки, на которых изображают предметы и их мнимые изображения, полученные в результате отражения и преломления лучей [22]. На основе представлений о луче и о светящейся точке, используя законы геометрической оптики, можно построить ход лучей и найти изображение в различных оптических приборах. Эти умения дают возможность человеку рассчитывать различные оптические приборы и помогают управлять световыми потоками с помощью линз и зеркал. Данный конкурс носит такое название потому, что построение, требует от исполнителей не только физических знаний, но и определенного художественного мастерства. Шести художникам по три от каждой команды надо найти изображение от светящейся точки А0 в оптической системе, состоящей из плосковогнутой линзы и плоского зеркала. Для этого на двух классных досках надо нарисовать чертежи рис. Участникам этого конкурса надо рассказать о роли зеркал врача-окулиста, врач-стоматолога и водителя автобуса. Этот конкурс должен предварительно готовиться дома. Свет в нашей жизни играет большую роль. Известно немало стихов, песен, загадок, посвященных свету и его источникам. Участникам этого конкурса предлагается исполнить куплет из такой песни, прочитать стихотворение, загадать загадку, т. Ведущий задает капитанам команд вопросы:. Заяц видит предметы, находящиеся от него с каждой стороны, только одним глазом, он не имеет слепой зоны. При неподвижной голове и естественном направлении взгляда обоих глаз поле зрения, общее для обоих глаз, небольшое: Между ними по дуге - поле зрения, видимое одним, соответствующим глазом рис. У глубоководных рыб глаза или отсутствуют, или очень малы. Это связано с условиями их существования. Отпадает главная функция глаза, т. Таким образом, данный конкурсный вечер является одновременно развлекательным и тематическим и имеет большую познавательную ценность. Такое мероприятие разнообразит внеклассную работу, сделает ее более целенаправленной и увлекательной для учащихся, даст возможность удовлетворить интересы школьников. Усовершенствование методики преподавания геометрической оптики в средней школе способствует решению ряда задач, среди которых главными являются: Основное направление данной работы - методическая разработка уроков по геометрической оптике в 8 и 11 классах общеобразовательной средней школы, а также подготовка учебно-методических материалов для внеклассной работы учителя физики. Методические рекомендации оформлены в виде полных планов уроков физики. Установление роли геометрической оптики в системе представлений о природе электромагнитного излучения. Методические разработки учебных занятий по геометрической оптике в 8 и 11 классах средней школы, направленные на расширение и углубление представлений учащихся о предмете оптики как науки. При построении уроков использован дифференцированный подход, который обеспечивает каждому учащемуся базовый уровень подготовки, создает благоприятные условия тем, кто проявляет интерес к обучению на более высоком уровне. Межпредметные связи повышают эффективность усвоения материала учащимися. Подготовку факультативных курсов для средней школы по геометрической оптике. Разработан конкурсный вечер для учащихся 8 класса, подготовлен материал для проведения факультативного занятия в 11 классе. Данные факультативные занятия дают возможность удовлетворить интересы школьников, расширить их знания, не отвлекая внимания от основного содержания учебной программы. Опыт, полученный в процессе выполнения дипломной работы, а также методические разработки конкретных учебных мероприятий по геометрической оптике предполагается в дальнейшем использовать в практической работе учителя физики в средней школе. Формирование и развитие основных понятий геометрической оптики в курсе физики средней школы. Физика Средние школы Формирование Прикладная физика. Подписаться на рассылку Pandia. Интересные новости Важные темы Обзоры сервисов Pandia. Рабочие программы Педагогические программы. Основные порталы, построенные редакторами. Бизнес и финансы Бизнес: Каталог авторов частные аккаунты. Все права защищены Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов. Минимальная ширина экрана монитора для комфортного просмотра сайта: Мы признательны за найденные неточности в материалах, опечатки, некорректное отображение элементов на странице - отправляйте на support pandia. Вычисление это получение из входных данных нового знания. Как люди считали в старину и как считали цифры - часть 1 Математическое моделирование, численные методы Хорошо ли вы считаете? О проекте Справка О проекте Сообщить о нарушении Форма обратной связи. Авторам Открыть сайт Войти Пожаловаться. Архивы Все категории Архивные категории Все статьи Фотоархивы. Лента обновлений Педагогические программы. Правила пользования Сайтом Правила публикации материалов Политика конфиденциальности и обработки персональных данных При перепечатке материалов ссылка на pandia.
Где в windows xp восстановление системы
Рязань 88 км расписание
Расписание автобусов санкт петербург хельсинки