ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АКАДЕМИЯ СОЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ»
ПРОЕКТНАЯ РАБОТА
На тему: «Методика формирования понятий: световой луч, точечный источник света, действительное и мнимое изображение, законы отражения и преломления, линзы и фокусное расстояние на уроках физики в образовательном учреждении».
Исполнитель:
Казанцева Елена Витальевна
учитель физикиМБОУ НахабинскойСОШ №3 с УИОП
Руководитель:
Новиков Сергей Михайлович
Москва 2013
Содержание
Стр.
А
2
3
8
9
19
20
34
нализ темы «Световые явления».
§1. Место и значение темы. …………………………..
§2. Содержание темы «Световые явления». ………..
§3. Структура темы. …………………………………
Демонстрационный эксперимент к теме. ………….
Анализ задач по теме. ………………………………
Сценарии уроков различных типов. ………………..
Литература. …………………………………………..
Анализ темы «Световые явления».
§1. Место и значение темы.
В данной работе предлагается разработка темы «Световые явления» общеобразовательного курса согласно «Программам средней общеобразовательной школы. Согласно этому курсу тема «Световые явления» изучается на первой ступени общеобразовательной школы в VIII классе после рассмотрения тепловых, электрических и электромагнитных явлений. Следует отметить, что в этой программе изучение световых явлений не основывается на знания, полученные в ходе ознакомления с предыдущими явлениями. Первоначальные сведения об оптических явлениях вынесены из раздела «Оптика, которые изучаются в ХI классе. Во-первых, это связано с огромным значением, которое имеют световые явления в практике и в повседневной жизни. Изучение световых явлений имеет большое познавательное значение, поскольку, весь окружающий мир мы воспринимаем и познаем благодаря свету и нашим зрительным ощущениям. Ознакомление обучающихся с данным разделом физики значительно расширяет раскрывающуюся перед ними физическую картину мира, обогащает их практическую подготовку. Во-вторых, простота законов геометрической оптики, разнообразие отражаемых ими явлений и доступность многих экспериментов в домашних условиях, вызывает живой интерес у обучающихся к оптическим явлениям.
Существуют варианты программ, в которых световые явления изучаются в иной последовательности. Например, в программе «Физика и астрономия» Ю.И.Дика и А.А.Пинского для VII–IX классов, тема «Световые явления» изучается после темы «Колебания и волны» в IX классе. Это позволяет в логичной последовательности ввести понятие о свете, как об одном из видов электромагнитной волны. В программе по физике для VII–XI классов Н.М.Шахмаева тема «Оптические явления» рассматривается самой первой как пропедевтический курс в VII классе. Причем, на этом этапе не происходит объяснения принципа построения оптического изображения, не рассматривается понятие геометрической оптики, то есть идет простое ознакомление с оптическими явлениями. Глубокое же изучение световых явлений начинается после прохождения темы «Колебания и волны» в XI классе, причем свет рассматривается как частный случай электромагнитной волны. А законы отражения и преломления света не принимаются априори, а являются теоретическими следствиями применения принципа Гюйгенса.
Достоинством места темы «Световые явления» в рассматриваемой в данной работе программе (VIII класс), является то, что базовой математической подготовки (в данном случае – знания по геометрии) достаточно для теоретического объяснения работы линзы (построение оптического изображения), а следовательно и большинства оптических приборов (фотоаппарат, диапроектор, телескоп, микроскоп). Это в свою очередь позволяет обучающимся обдуманно проводить геометрические построения, объясняющие практические результаты, полученные на лабораторных работах, что в некоторой степени позволяет им убедиться в справедливости математического описания физических явлений. С воспитательной точки зрения это подводит обучающихся к мысли о том, что они способны сами отыскивать зерно истины, не полагаясь на авторитет учителя.
Недостатком же является то, что у обучающихся может сложиться неверное представление об абсолютной справедливости законов геометрической оптики (закон прямолинейного распространения света). Поскольку свет является электромагнитной волной, ему присуще явление дифракции, которое проявляется уже в том, что граница тени предмета при достаточном удалении становится все более размытой. Этот факт не может быть объяснен с помощью понятия светового луча. Следовательно, с самого начала изучения темы следует акцентировать внимание учеников на том, что световой луч является лишь моделью, которая помогает объяснить некоторые закономерности распространения света.
§2. Содержание темы «Световые явления»
Тему «Световые явления» начинают изучать с факта прямолинейного распространения света, с которым обучающиеся знакомы из курса природоведения и из жизненных наблюдений.
При рассмотрении световых явлений существуют две, основные проблемы: как распространяется свет от источника в однородной среде и как ведет себя на границе двух сред. При этом, здесь можно выделить три главные части: прямолинейность распространения света, законы отражения и явление преломления света. Оставшийся материал содержит в себе следствия этих положений.
В курсе восьмого класса изучаются лишь элементы геометрической оптики. Представление о природе света, понятие скорости света, явление разложения белого света в спектр и так далее в процессе изучения данной темы не затрагивается. Изучение материала носит в основном качественный характер. Изложение ведется с использованием модели «световой луч» и основывается на опыты.
При изучение световых явлений большое значение имеет графическая наглядность – использование доски, таблиц, графопроектора. Но до построения изображения на доске и в тетради, необходимо показать действительный вид световых пучков и получаемые изображения предметов, с помощью приборов стремиться создавать наглядное представление о световых явлениях.
При рассмотрении данной темы учащиеся изучают только две количественных зависимостей: закон отражения света и связь между фокусным расстоянием и оптической силой линзы. Следовательно, решение расчетных задач очень ограничено. Поэтому, при выборе качественных задач, должно быть обращено внимание, на формирование у школьников умение объяснять явления.
При изучении световых явлений часто приходится оперировать понятием «луч света». Строгое определение этому понятию, в данном разделе школьного курса, дать нельзя. Понятие луча как нормали к фронту волны будет введено лишь в ХI классе при изучении электромагнитных волн. Но в то же время в VIII классе необходимо довести до сведения, что понятие «световой луч» является идеализацией. В действительности дело имеют со световыми пучками сходящимися или расходящимися. Поэтому на первых же уроках следует демонстрировать эти пучки с помощью прибора по геометрической оптике (оптический диск), а на доске показать графическое изображение луча и различных пучков света.
Световой луч можно рассматривать как ось светового пучка.
При этом следует обратить внимание учащихся, что не следует представлять луч, как очень тонкий пучок света и считать, что, уменьшая отверстие прибора, получим геометрический луч. В то же время необходимо, чтобы с понятием «луч света» обучающиеся связывали представление о линии, указывающей направление распространения света.
П омимо понятия «луч света» в геометрической оптике существуют другие идеализированные понятия: световая точка или точечный источник света. Школьники уже знакомы с тем, что точка не имеет размеров. Но при изучении световых явлений используются источники света, имеющие конечные размеры (из-за этого даже на близких расстояниях тень предмета является размытой).
В связи с этим необходимо, чтобы учащиеся четко понимали, что если источник света сравнительно не велик и расположен достаточно далеко от прибора, преобразующий световой пучок, то такой источник можно считать точечным.
После ознакомления с начальными понятиями темы – луч света и источник света переходят к изучению двух важных закономерностей: закона отражения и закона преломления света. Здесь возникают дополнительные понятия такие как: углы падения, отражения, преломления, границы раздела двух сред и обратимость световых лучей.
Перед объяснением закона отражения отмечают тот факт, что человек видит окружающие предметы по двум причинам: во-первых, предметы сами могут излучать свет (ранее уже говорилось об источниках света), во-вторых, человек видит предметы, потому что они отражают свет, причем подобных предметов несравненно больше. Далее отмечают, что поверхности предметов по-разному отражают свет, это зависит от того поверхность зеркальная или шероховатая (в первом случае свет отражается зеркально, во втором – рассеивается). Чтобы показать эту разницу, апеллируют к жизненному опыту, но желательно показать демонстрационный эксперимент (отражение от гладкой поверхности – стекло, металлическая гладкая поверхность, отражение от листа бумаги). Затем приступают к экспериментальному выводу закона отражения (с помощью оптического диска), получению количественного соотношения между углом падения и углом отражения (). Знание закона отражения, в дальнейшем позволит обучающимся перейти к построению изображения в плоском зеркале – зеркале, поверхность которого, представляет собой плоскость.
З акон преломления света изучается качественно, без точной зависимости между углами падения и преломления. Свойство обратимости световых лучей позволяет легко определить, в каких случаях увеличивается, а в каких – уменьшается угол между перпендикуляром и преломленным лучом.
При изучении построения изображения предмета в плоском зеркале у ребят формируется понятие мнимое изображение, а при изучении линзы еще и действительное изображение. Поэтому следующим важным понятием необходимым для дальнейшего понимания темы является понятие линзы.
Линза является оптическим объектом способным изменять направление распространения светового луча. При этом следует отметить, что зеркало изменяет направление распространения светового луча на основании закона отражения, а линза – на основании закона преломления. Линзы подразделяются на два вида: собирающие и рассеивающие. Для собирающей линзы обязательно то, что ее толщина в центре больше, чем на краях; для рассеивающей – наоборот. В учебнике «Физика 8» А.В.Перышкина собирающая линза определена как выпуклая, что может привести к неверному представлению о том, что выпуклая линза обязательно собирает свет. В то время как выпукло-вогнутый мениск может его рассеивать (см. рис.).
 Особенностью собирающей линзы является то, что она может собирать параллельный пучок света в одну точку, называемой фокусом линзы. Свойство обратимости световых лучей приводит к тому, что у каждой линзы есть два фокуса. Рассеивающая линза параллельный пучок света преобразует в расходящийся, а следовательно не может собрать лучи в точку. Здесь у школьников может сложиться впечатление, что у рассеивающей линзы отсутствует фокус. Однако, в дальнейшем, когда учащиеся приступят к построению изображений, даваемых линзами, вводятся понятия действительного изображения, созданного собирающей линзой, и мнимого изображения – рассеивающей линзой. Именно здесь указывается, что для рассеивающей линзы вводится понятие мнимого фокуса (точка, которая позволяет построить мнимое изображение по аналогии с построением действительного).
Далее необходимо учитывать, что на данный момент обучающиеся еще не знакомы со строением глаза и не знают роли глаза в образовании изображений. В связи с этим возникают трудности в понимании и представлении данных понятий. Всегда особо сложным для понимания, в разделе «Световые явления», является понятие «мнимое изображение», его трудно усвоить, не прослеживая ход лучей до сетчатки глаза. Физически существует только действительное изображение. Поэтому «мнимое изображение» следует рассматривать параллельно с понятием «действительное изображение» или после рассмотрения этого понятия, но показать принципиальное отличие. Необходимо пояснить, что на месте возникновения действительного изображения концентрируется энергия света, которую можно обнаружить фотоэлементом, термометром, фотобумагой и так далее. Мнимое изображение нельзя зафиксировать на экране или светочувствительной пленке. Оно называется мнимым, так как в данном месте пространства его не существует.
Другой количественной зависимостью, предлагаемой для рассмотрения, в данной теме является связь между фокусным расстоянием линзы (расстоянием от линзы до ее фокуса) и оптической силой линзы (вводимой через фокусное расстояние как величина обратная ему: D=1/F). В отдельный параграф вынесен вопрос практического определения фокусного расстояния собирающей линзы (оптической силы линзы), путем построения действительного изображения светового источника. В данном случае используется тот факт, что если объект находится на двойном фокусном расстоянии от линзы, то его действительное изображение так же находится на двойном фокусном расстоянии и его размеры равны линейным размерам объекта.
К вопросам политехнического характера относятся вопросы о дефектах зрения и путях их устранения с помощью собирающих или рассеивающих очковых линз, а также о принципе работы фотоаппарата и глаза.
Для развития практических навыков и дальнейшего закрепления полученных знаний в данной теме предусмотрена лабораторная работа по получению изображения при помощи линзы. По усмотрению учителя могут быть введены не большие фронтальные эксперименты, выполняемые при изучении нового материала, для закрепления знаний и подтверждения полученных законов.
§3. Структура темы.
Свет. Источники света.
Распространение света.
 
В однородной среде.
|
