На  данном уроке учащимся дается готовая  программа и предоставляется возможность исследовать ход лучей в различных ситуациях, задавая различные начальные условия: положение границы раздела, начальную точку, угол наклона луча к горизонтали, показатель преломления [15].

   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:

   – готовые программы (обучающие и  демонстрационные) с целью демонстрации, обучения, тестирования;

   – готовые компьютерные лабораторные комплексы для проведения экспериментов, демонстраций, лабораторных работ (например, компьютерная карта "ФизЛаб" с функциями осциллографа, генератора сигналов переменного тока и самописца, лабораторный многоцелевой измерительный комплекс "L-микро" и др.)

   – материалы Интернета.

   Кроме того, можно проводить самостоятельные исследования с использованием аналого-цифровых преобразователей и компьютера [16]. 

 

    Содержание урока.

   1) Повторение пройденного  материала.

   а) наблюдение преломления света.

   На  границе двух сред свет меняет направление  своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. 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. е. направления лучей на границе двух сред изменяются.

   б) Закон преломления света:

   – падающий луч, луч преломленный и  перпендикуляр, восстановленный в  точке падения, лежат в одной плоскости;

   – отношение синуса угла падения к  синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред;

         (2.1)

   где n - постоянная величина, не зависящая от угла падения.

   в) Показатель преломления

   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:

          (2.2)

         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].

   2) Объяснение нового  материала

   Ход лучей в треугольной призме.

   Закон преломления позволяет рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например, в треугольной призме, изготовленной из стекла или других прозрачных материалов. На рис. 2.3.1 изображено сечение стеклянной призмы плоскостью, перпендикулярной ее боковым ребрам. 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 (2.1)

    Рис. 2.3.1 Ход луча в призме. 

   3) Контроль знаний  учащихся в виде  письменных заданий  (по вариантам) [18].

     I вариант. Постройте ход светового луча, падающего на треугольную призму, если показатель преломления вещества призмы меньше показателя преломления окружающей среды.

    Ответ 
 
 
 
 
 

   Рис. 2.3.2 

   II вариант: 2/3 угла между падающим и отраженным углами составляет 80°. Чему равен угол падения?

   Ответ 2/3®80°; 1-х

   

   

   4) Работа с компьютером

   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].

   Программа "Преломление лучей в призме" состоит из следующих блоков:

   а) Ввод начальных условий

   б) Построение призмы (при помощи трех прямых линий)

   в) Расчет предельного угла А по формуле:

                                 

   г) Рассчет значений х_р, у_р.

   д) Рассчет значения у по формуле:

   у=у₁+tg(AL)(x-x₁), при х=0,

   где AL - угол луча с горизонталью, х₁, у₁  - точки выхода

   е) Построение прямой, если .

   ж) Построение хода луча в зависимости  от присваемого значения угла падения. 
 
 
 

   Общая схема программы: 

Начало 
 
 
 

Задание

нач. условий 

 

Построение

призмы 
 
 

Изменение

параметров

луча 
 

Условия

окончания

цикла 
 

      да 
 

Конец 
 
 

   Итогом  работы учащихся с данной программой является анализ правильности изображаемого компьютером хода луча, при изменении параметров луча и формы призмы.

   5) Домашнее задание: 

         а) §42, учебника "Физика-11", Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б.,

         б) упр. 5 (13,14).

 

    Глава 3. Развитие и углубление понятий геометрической оптики в формах внеклассной работы с учащимися

   §3.1 Методическая разработка факультативного  занятия на тему "Оптические иллюзии".

 

   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.

   Тема  занятия: "Понятие оптической иллюзии".

   Это занятие можно разделить на две  части. Первую посвятить введению понятия "оптическая иллюзия" и выяснению вопроса: кому и зачем нужно знать об оптических иллюзиях? 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? Представителям различных профессий: художникам, скульпторам, архитекторам, военным, модельерам, и многим другим.

   Почему  возникаю оптические иллюзии? Зрительный аппарат человека – сложно устроенная система со вполне определенным пределом функциональных возможностей. В нее входит: глаза, нервные клетки, по которым сигнал передается от глаза к мозгу, и часть мозга, отвечающая за зрительное восприятие. В связи с этим выделяют три основные иллюзии:

   1) глаза так воспринимают идущий  от предмета свет, что в мозг  приходит ошибочная информация;

   2) при нарушении передачи информационных  сигналов нервам происходит сбои, что приводит к ошибочному восприятию;

   3) мозг не всегда правильно реагирует  на сигналы, приходящие от глаз. (Вниманию учащихся можно предложить  серию иллюзорных картинок, взятых из книг Я. И. Перельмана).

   По  происхождению оптические иллюзии  делятся на три вида:

   – естественные, или созданные природой (например, мираж);

   – искусственные, или придуманные  человеком;

   – смешанные, т. е. естественные иллюзии, воссозданные человеком (иллюзионные картинки).

   Нужно отметить, что оптические иллюзии  рождаются не обязательно в результате игры света и тени, в их основе лежит хитроумная механическая конструкция [20].

   Вторая  часть занятия может быть посвящена  заслушиванию докладов учащихся на темы:

   1) Примеры естественных оптических иллюзий.

   2) Примеры искусственных оптических  иллюзий.

   3) Великие иллюзионисты прошлого.

   4) Оптические иллюзии в технике  и промышленности.

   5) Оптические иллюзии в искусстве.

   Далее занятие можно построить в  виде занимательных демонстраций, в постановке которых принимают участие все желающие. Объяснение иллюзий не обязательно давать сразу после демонстрации. "Разоблачение" можно оставить на конец занятия, либо на начало следующего, чтобы у школьников было время на обдумывание.

   Рассмотрим  две демонстрации. Демонстрация №1 – Возникновение цветового восприятия от мелькающего черно-белого раздражителя (диска Бенхэма). 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 4-12 В.

   Демонстрация  №2 – "Прозрачная книга". 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). "Прозрачность" предмета явление кажущееся и связано со впадением положения изображения бокового проектора, возникающего в диагональном стекле, с положением заднего.