Методическая разработка по теме 3.22 Линза. Построение изображений в линзе.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАРАБИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Рассмотрена на заседании

ЦМК ОГСЭД

Протокол № ___________

от ____________ 2018 г.

Председатель ЦМК

Хританкова Н. Ю.

(Ф. И. О.)

______________________

(подпись)

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

КОМБИНИРОВАННОГО ЗАНЯТИЯ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

Специальность 34.02.01 Сестринское дело (с базовой подготовкой)

Дисциплина: «Физика»

Раздел 3 Электродинамика. Колебания и волны. Оптика

Тема 3.22 Линза. Построение изображений в линзе.

Разработчик – преподаватель Вашурина Т. В.

2018

СОДЕРЖАНИЕ

Выписка из рабочей программы дисциплины «Физика»

для специальности 34.02.01 Сестринское дело (с базовой подготовкой)

МЕТОДИЧЕСКИЙ ЛИСТ

Тип занятия: комбинированный урок.

Вид занятия: беседа, объяснение с демонстрацией наглядных пособий, решение задач.

Продолжительность: 90 минут.

ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ

Учебные цели: сформировать представления о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений через изучение понятия линзы, оптической силы линзы, построение изображений в линзе; способствовать формированию умения владеть основополагающими физическими понятиями, уверенно пользоваться физической терминологией и символикой. Способствовать формированию умения организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения упражнений (ОК 2).

Развивающие цели: развивать интерес к будущей профессии, понимание сущности и социальной значимости (ОК 1), способствовать формированию умения решать физические задачи.

Воспитательные цели: способствовать развитию коммуникативных способностей; создавать условия для развития скорости восприятия и переработки информации, культуры речи; формировать умение работать в коллективе и команде (ОК 6).

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный с использованием информационных технологий, репродуктивный.

Место проведения: аудитория колледжа.

МОТИВАЦИЯ

Тема 3.22 «Линза. Построение изображений в линзе» входит в программу по учебной дисциплине «Физика» и имеет большое значение, т.к. знания, полученные при изучении данной темы необходимы для изучения многих тем как в рамках программы по физике, так и при изучении смежных дисциплин (химия, история, математика).

Значение оптики для практики и ее влияние на другие области знания весьма существенны. Так, создание телескопа и спектроскопа значительно расширила возможности человека в познании окружающего его мира. Изобретение микроскопа принципиально изменило биологию. Фотография помогает почти всем отраслям науки. Отсутствие очков ухудшило бы качество жизни многих людей. Явления, которые изучаются физической оптикой, составляют большой перечень. Оптические явления связаны со многими эффектами, исследуемыми в других разделах физики, при этом оптические методы их исследования относят к наиболее тонким и точным. Из-за этого оптика очень долгое время играла ведущую роль во многих фундаментальных физических разработках, была основой для основных физических воззрений. Так, например, теория относительности и квантовая теория зародились и начали свое развитие на почве оптических исследований. Создание лазеров открыло новые возможности не только в оптике, но и многих отраслях науки и техники. Оптика - одна из древнейших наук, по настоящее время она продолжает интенсивно развиваться.

На данное занятие отводится 2 учебных часа. Во время комбинированного занятия проводится актуализация знаний в форме устного опроса, с целью проверки остаточных знаний, которые необходимых при изучении нового материала; непосредственное изучение нового материала; первичного закрепление нового материала с помощью решения задач по данной теме. Контроль уровня усвоения нового материала проводится в форме тестирования студентов. Каждому образованному человеку необходимо непрерывно пополнять свои знания в области физики, развивать интерес к будущей профессии, понимать сущность и социальную значимость (ОК 1), научиться организовывать свою деятельность, уметь выбирать методы и способы выполнения задач и в дальнейшем оценивать их качество (ОК2), а также необходимо для будущего медицинского работника научится работать в коллективе и команде (ОК6).

ПРИМЕРНАЯ ХРОНОКАРТА КОМБИНИРОВАННОГО ЗАНЯТИЯ

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

План изложения учебного материала по теме

«Линза. Построение изображений в линзе»

План:

1. Понятие линзы. Виды линз.

2. Фокус, фокусное расстояние.

3. Построение изображений в линзах.

4. Вывод формулы тонкой линзы.

5. Линейное увеличение.

6. Применение линз.

Понятие линзы. Виды линз.

Явление преломления света лежит в основе действия линз и мно­гих оптических приборов, служащих для управления световыми пучками и получения оптических изображений.

Линза - это оптическое прозрачное тело, ограниченное сфериче­скими поверхностями. Существует два вида линз:

а) выпуклые;

б) вогнутые.

Выпуклые линзы бывают: двояковыпуклыми, плосковыпуклыми, вогнуто выпуклыми.

Выгнутые линзы могут быть: двояковогнутыми, плосковогнуты­ми, выпукло вогнутыми.

Линзы, у которых середины толще, чем края, называют собираю­щими, а у которых толще края - рассеивающими.

Фокус, фокусное расстояние.

Пучок света направляют на двояковыпуклую линзу. Наблюдаем собирающее действие такой линзы: каждый луч, падающий на линзу, после преломления ею отклоняется от своего первоначального на­правления, приближаясь к главной оптической оси.

Описанный опыт естественным образом подводит учащихся к понятиям главного фокуса и фокусного расстояния линзы.

Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса называют фокусным расстоянием линзы. Обозначают ее буквой F, как и сам фокус.

Далее выясняется ход световых лучей через рассеивающую лин­зу. Аналогичным образом рассматривается вопрос о действии и па­раметрах рассеивающей линзы. Основываясь на экспериментальных данных, можно сделать вывод: фокус рассеивающей линзы мнимый.

Построение изображений в линзах.

Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние.

От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображен ход только трёх лучей.

Если предмет находится на бесконечно далёком от линзы расстоянии, то его изображение получается в заднем фокусе линзы F’ действительным, перевёрнутым и уменьшенным до подобия точки.

Если предмет помещён между передним фокусом и двойным фокусным расстоянием, то изображение будет получено за двойным фокусным расстоянием и будет действительным, перевёрнутым и увеличенным.

Если предмет помещён на двойном фокусном расстоянии от линзы, то полученное изображение находится по другую сторону линзы на двойном фокусном расстоянии от неё. Изображение получается действительным, перевёрнутым и равным по величине предмету.

Если предмет приближён к линзе и находится на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние линзы, то изображение его будет действительным, перевёрнутым и уменьшенным и расположится за главным фокусом на отрезке между ним и двойным фокусным расстоянием.

Если предмет находится в плоскости переднего главного фокуса линзы, то лучи, пройдя через линзу, пойдут параллельно, и изображение может получиться лишь в бесконечности.

Если предмет поместить на расстоянии, меньшем главного фокусного расстояния, то лучи выйдут из линзы расходящимся пучком, нигде не пересекаясь. Изображение при этом получается мнимое, прямое и увеличенное, т. е. в данном случае линза работает как лупа.

Вывод формулы тонкой линзы.

Из подобия заштрихованных треугольников (рис. 70) следует:

где d - расстояние предмета от линзы; f расстояние от линзы до изображения; F - фокусное расстояние. Оптическая сила линзы равна:

При расчетах числовые значения действительных величин всегда подставляются со знаком «плюс», а мнимых - со знаком «минус» (слайд 18).

Линейное увеличение

Из подобия заштрихованных треугольников (рис. 71) следует:

Применение линз.

• Традиционное применение линз - бинокли, телескопы, оптические прицелы, микроскопы, фото и видеотехника. Одиночные собирающие линзы используются как увеличительные стёкла.

• Другая важная сфера применения линз - офтальмология, где без них невозможно исправление недостатков зрения — близорукости, дальнозоркости, неправильной аккомодации, астигматизма и других заболеваний. Линзы используют в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы.

• В радиоастрономии и радарах часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие на цели.

• В конструкции плутониевых ядерных бомб для преобразования сферической расходящейся ударной волны от точечного источника (детонатора) в сферическую сходящуюся применялись линзовые системы, изготовленные из взрывчатки с разной скоростью детонации (то есть с разным коэффициентом преломления).

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО ПРЕДЫДУЩЕЙ ТЕМЕ (устно)

«Скорость света. Законы отражения и преломления света. Полное отражение света. Интерференция света»

Студенту предлагается дать развернутый ответ на следующие вопросы.

1. Чему равна скорость света и кто из ученых впервые определил скорость света?

2. В чем заключается закон отражения света?

3. В чем заключается закон преломления света?

4. При каких условиях наблюдается полное отражение света?

5. Что представляет собой явление интерференции света?

Эталоны ответов:

1. Скорость света во многом зависит от вещества, в котором распространяются лучи. В вакууме она имеет постоянное значение, а вот в прозрачной среде может иметь различные показатели.

В воздухе или воде ее величина всегда меньше, чем в вакууме. К примеру, в реках и океанах скорость света составляет порядка ¾ от скорости в космосе, а в воздухе при давлении в 1 атмосферу – на 2 % меньше, чем в вакууме.

Чему равна скорость света в вакууме?

В вакууме скорость света в секунду имеет постоянное значение в 299 792 458 метров, то есть немногим больше 299 тысяч километров. В современном представлении она является предельной. Иными словами, никакая частица, никакое небесное тело не способны достичь той скорости, какую развивает свет в космическом пространстве.

В науке скоростью света называют быстроту перемещения лучей в воздушном пространстве или вакууме. Свет – это электромагнитное излучение, которое воспринимает глаз человека. Он способен передвигаться в любой среде, что оказывает прямое влияние на его скорость.

Попытки измерить эту величину предпринимались с давних времен. Ученые античной эпохи полагали, что скорость света является бесконечной. Такое же мнение высказывали и физики XVI–XVII веков, хотя уже тогда некоторые исследователи, такие как Роберт Гук и Галилео Галлилей, допускали конечность солнечных лучей.

Серьезный прорыв в изучении скорости света произошел благодаря датскому астроному Олафу Ремеру, который первым обратил внимание на запаздывание затмения спутника Юпитера Ио по сравнению с первичными расчетами.

Тогда ученый определил примерное значение скорости, равное 220 тысячам метров в секунду. Более точно эту величину сумел вычислить британский астроном Джеймс Бредли, хотя и он слегка ошибся в расчетах. В дальнейшем попытки рассчитать реальную скорость света предпринимали ученые из разных стран. Однако только в начале 1970-х годов с появлением лазеров и мазеров, имевших стабильную частоту излучения, исследователям удалось сделать точный расчет, а в 1983 году за основу было принято современное значение с корреляцией на относительную погрешность.

2. Закон отражения света

Отражением света называют изменение направления световых лучей при падении на границу раздела двух сред, в результате чего свет распространяется обратно в первую среду.

Угол падения -угол  между направлением падающего луча и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения.

Угол отражения- угол β между этим перпендикуляром и направлением отраженного луча.

Закон отражения света:

1. Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения равен углу падения.

Преломлением света называют изменение направления световых лучей при переходе света из одной прозрачной среды в другую.

Угол преломления- угол  между тем же перпендикуляром и направлением преломленного луча.

Скорость света в вакууме с= 3*10⁸ м/с

Скорость света в среде Vc

Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света v в дан­ной среде меньше, чем скорость света с в вакууме.

Абсолютный показатель преломления для вакуума равен 1

Скорость света в воздухе очень мало отличается от значения с, поэтому

Абсолютный показатель преломления для воздуха будем считать равным 1

Относительный показатель преломления показы­вает, во сколько раз изменяется скорость света при переходе луча из первой среды во вторую.

Законы преломления света.

1. Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения  к синусу угла преломления  есть величина постоянная для данной пары сред:

где V₁ и V₂ – скорости распространения света в первой и второй среде.

С учетом показателя преломления закон преломления света можно записать в виде

или

где n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой;

n₂ и n₁ – абсолютные показатели преломления второй и первой среды соответственно

4.Полное внутреннее отражение

Если световые лучи из оптически более плот­ной среды 1 падают на границу раздела с оптиче­ски менее плотной сре­дой 2 (n₁n₂),то угол паде­ния меньше угла преломления   . При увели­чении угла падения можно подойти к такому его значению _пр, когда преломленный луч заскользит по границе раздела двух сред и не попадет во вторую среду,

Угол преломления , при этомвся световая энергия отражается от границы раздела.

Предельным углом полного внутреннего отражения _прназывается угол, при котором преломленный луч скользит вдоль поверхности двух сред,

1. 

При переходе из среды опти­чески менее плотной в среду бо­лее плотную полное внутреннее отражение невозможно.

5.Интерференция света.

Интерференцией волн называется явление увеличения или уменьшения амплитуды результирующей волны при сложении волн с одинаковой частотой колебаний и постоянной во времени разностью фаз.

В точках, где амплитуда колебаний увеличивается, наблюдается интерференционный максимум

В точках, где амплитуда колебаний

уменьшается, наблюдается

интерференционный минимум.

Волны и возбуждающие их источники называются когерентными, еслиразность фаз волн не зависит от времени, и волны имеют одинаковую длину волны. Результат наложения когерентных световых волн, наблюдаемый на экране, фотопластинке и т.д., называется интерференционной картинкой. Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные волны.

Волны от естественных источников не бывают когерентными, поэтому для наблюдения интерференции света искусственно создают разность хода световых волн, разделяя свет от одного источника на два пучка, которые проходят разные пути r₁ и r₂, а затем эти пучки сводятся вместе на экране.

 - длина волны,

r= r₂ –r₁–геометрическая разность хода двух

волн

Δφ – разность фаз волн

Δφ=2πr/

Геометрической разностью хода называется разница расстояний, пройденных волнами от разных источников до точки, где наблюдается их интерференция

Условие интерференционных максимумов (усиление света)

Для разности фаз

Δφ= 2πk- разность фаз кратна 2π

для разности хода

r = k или

r = 2k  k-любое целое число(k =0,1,2,3, …),

Разность хода равна четному числу полуволн

Условие интерференционных минимумов (ослабление света):

Для разности фаз

Δφ= π(2k+1)

для разности хода

r = (2k + 1) ,

где k – целое число (k =0,1,2,3, …),

Разность хода равна нечетному числу полуволн

Дифракцией света называется отклонение направления распространения волн от прямолинейного у границы преграды.

Наиболее наглядно дифракция света проявляется при прохождении света через отверстия с размерами порядка длины волн оптического диапазона. Явление дифракции легко наблюдать на дифракционной решетке.

Простейшей дифракционной решеткой является система из N одинаковых параллельных щелей в плоском непрозрачном экране ширины b каждая, расположенных на равных непрозрачных промежутках a друг от друга. Величина d = b + a называется постоянной (периодом) дифракционной решетки.

Прохождение монохроматического излучения через дифракционную решетку

Монохроматическим называется излучение, состав которого определяется одной длиной волны. Например, волна с длиной волны λ = 770 нм – монохроматический красный свет.

φ- угол дифракции

Лучи, прошедшие дифракционную решетку, когерентны, поэтому дают на экране интерференционную картину.

Для двух лучей, испытывающих дифракцию на краях двух соседних щелей, геометрическая разность хода r =dsin

Положение главных максимумов освещенности в дифракционной картинке, получаемой при нормальном падении световой волны на поверхность решетки, определяется соотношением:

d sin= k

где d sin-разность хода лучей световых волн от соседних щелей;-угол дифракции, т.е. угол между направлением хода падающей на решетку световой волны и направлением хода волны на выходе ее из щели; k – порядок максимума (k = 0,1,2,3,…).

Критерии оценки:

Оценка «5» - на поставленный вопрос студент дал полный развернутый ответ и ответил на дополнительный вопрос;

Оценка «4» - на поставленный вопрос студент дал полный развернутый ответ, но не ответил на дополнительный вопрос;

Оценка «3» - на поставленный вопрос студент дал неполный ответ и не смог ответить на дополнительный вопрос;

Оценка «2» - не ответил на поставленный вопрос.

ПРИЛОЖЕНИЕ №2

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИИ НОВЫХ ЗНАНИЙ (письменно, не оценивается)

Физика 11 Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы А. Кирик стр. 78 начальный уровень №1-6, средний уровень №1-5.

Эталоны ответов к заданиям для закрепления и систематизации

Уровень /№	1	2	3	4	5
Средний уровень	4,5 см	- 0,1 м	0,15 м; 6,6 дптр	- 0,6 м	0,5 м

ПРИЛОЖЕНИЕ № 3

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

(Устно, не оценивается. Эталоны ответов к вопросам для предварительного контроля знаний содержатся в исходном материале)

1. Что называют линзой?

2. Какие виды линз вы знаете?

3. По какому признаку можно узнать: собирающая эта линза или рассеивающая, если судить только по форме?

4. Почему фокус рассеивающей линзы называется мнимым?

5. Чем отличается действительное изображение точки от мнимого?

6. Назовите свойство выпуклой линзы.

7. Назовите формулу тонкой линзы.

8. Что называют линейным увеличением линзы?

9. О каких областях применения линз вы знаете?

ПРИЛОЖЕНИЕ №4

КОНТРОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ (письменно)

Тест

1. Что такое линза?
   1) прозрачное тело, имеющее с двух сторон гладкие поверхно­сти
   2) тело, стороны которого отполированы и округлены
   3) прозрачное тело, ограниченное сторонами, которые пред­ставляют собой сферические поверхности
   4) любое тело с гладкими изогнутыми поверхностями

2.  У рассеивающей линзы есть фокусы?
1) Нет, так как она отклоняет световые лучи от оптической оси
2) Да, однако расположены они не симметрично относительно линзы
3) Да, но они - мнимые, находятся по обе стороны линзы на равных от нее расстояниях

3. Может ли быть так, что фокус линзы находится с той стороны, с какой па­дает на нее свет?
1) Да, если поверхности линзы имеют очень большую кри­визну
2) Нет, так как параллельные лучи света могут пересечься только в случае преломления, т.е. пройдя линзу
3) Да, если линза — рассеивающая, т.е. фокус — мнимый
4) Вопрос не имеет однозначного ответа

4.По какой из данных формул рассчитывают оптическую силу линзы?
1) ν = 1/T
2) D = 1/F
3) R = U/I
4) q = Q/m

5. Найдите, в каких единицах измеряют оптическую силу линзы?
1) Омах
2) Вольтах
3) Калориях
4) Диоптриях

Эталоны ответов к заданиям контролирующего материала:

Номер задания	1	2	3	4	5
ответы	3	3	2	2	4

Критерии оценки:

за 3 правильных ответа – «3» балла;

за 4 правильных ответа – «4» балла;

за 5 правильных ответов – «5» баллов.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Цель: Определить объем информации для самостоятельной работы студента, обратить внимание на значимые моменты.

Время для выполнения задания: 45 минут.

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г., с. 186-195, параграфы 63-65 прочитать, конспект выучить.

Критерии оценки:

• студент выучил конспект – «3» балла;

• студент прочитал параграфы и выучил конспект, не ответил на дополнительный вопрос по теме – «4» балла;

• студент выучил конспект, владеет информацией из учебника, ответил на дополнительный вопрос по теме – «5» баллов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение [Электронный ресурс]/ Studfiles // Режим доступа https://studfiles.net/preview/1787988/page:12/

2. Классная физика – всегда рядом! «Принципы радиосвязи» [Электронный ресурс]/ Class-fizika // Режим доступа http://class-fizika.ru/11_44.html

3. Построение изображений в линзе [Электронный ресурс]/ Nsportal // Режим доступа https://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2015/01/13/linzy-postroenie-izobrazheniya-v-linze

4. Предмет и задачи оптики [Электронный ресурс]/ Spravochnick // Режим доступа https://spravochnick.ru/fizika/optika/predmet_i_zadachi_optiki/

5. Свойства электромагнитных волн [Электронный ресурс]/Studfiles // Режим доступа https://studfiles.net/preview/1787988/page:11/

6. Тест по теме «Оптика. 11 класс» [Электронный ресурс]/ Shooltest // Режим доступа http://shooltest.ru/fizika/test-s-otvetami-po-teme-optika.html

7. Физика. 11 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений с приложением на электронном носителе: базовый и профильный уровни: [Текст]/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий.-20-е изд.-М.:Просвещение, 2011.–399 с.