Реферати українською » Физика » Запровадження основних понять в оптику


Реферат Запровадження основних понять в оптику

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Міністерство Освіти Російської Федерації

Оренбургский Державний Педагогічний Університет

Факультет: Фізико-математичний

Кафедра методик викладання фізики

Курсова робота

По фізиці

На тему: Запровадження основних понять в оптику

 

 

 

 

Упорядник: студент фізико-математичного факультету 41 групи

                                                         Дедловский Сергій Сергійович

Науковий керівник:  Суербаев Ахмед Хамитович

                

 

Оренбург 2002 р.

Запровадження

Вчення про світлі одна із найважливіших у сучасній фізиці. Воно полягає в хвильових і квантових уявленнях. Технічні докладання оптики величезні. Оптические методи широко проникають у наукові дослідження й в техніку (при вимірах розмірів тіл, в спектральному і люминисцентном аналізі, дослідженнях пружних властивостей матеріалів тощо.). Закони оптики широко застосовують у оптотехнике, пов'язаною з отриманням зображень в оптичних інструментах, светотехнике, що займається освітленням і джерелами світла, й у фототехніці, у якій використовуються квантові властивості світла.

Попри таку важливого значення оптики і її технічних додатків, зміст вказаної вельми значущої розділу курсу фізики середньої школи не відбиває належним чином її успіхи. Навіть звані традиційні питання курсу геометричній (чи променевої) оптики на практиці викладання часто вже не отримують правильного тлумачення. Йдеться щодо доповненні курсу фізики подробицями, які мають принципового характеру, йдеться про фізичному тлумаченні понять і законів оптики. В багатьох випадках у пам'яті учнів залишаються знання про світлі, на жаль, лише як і справу променях і світних точках. Тим більше що, як відомо, є абстракціями, як і, наприклад, абсолютно тверде тіло, точковий електричний заряди т.п. Тому учні намагаються використати абстрактним поняттям про світлових променях як геометричних лініях і поняттях про світних точках як математичних точках до тих областям оптичних явищ, де ті поняття втрачають свій сенс.

При викладі геометричній оптики знає фізики середньої школи часто вже не використовуються закон збереження та перетворення енергії, понять управлінні світловим потоком з допомогою дзеркал і лінз, про світлових пучках, із якими тільки і проводяться експерименти у шкільництві; не розглядаються роль діафрагм отриманні зображень, очі у тому формуванні; зображення не доводяться до сітківки очі, тобто. очей не розглядається що з оптичної системою, наприклад мікроскопом і телескопом. Тому такий важливий поняття, як нещире зображення, не роз'яснюється з достатньої повнотою. Зазвичай не звертає уваги на область бачення зображень, зору.

Програму з фізиці для середньої школи містить достатній обсяг знань із оптики. До неї входять й деякі питання фізичної оптики – інтерференція і дифракція світла, фотоефект, хімічне дію світла, і їх різні застосування (автоматика і фотографія), випромінювання і поглинання світла атомами та інших. Отже, із оптики обсяг відомостей у програмі достатній. Однак у значному удосконаленні потребує методика її викладу, зокрема геометричній її частини (променевої оптики). Необхідно формувати правильне розуміння учнями співвідношень між хвильової і геометричній оптикою, роз'яснити межі застосовності останньої. Нехтування ж хвилевими властивостями світла призводить до того, що залишається нез'ясованим, чому існує межа збільшення оптичних інструментів.

Зазвичай оптику поділяють на геометричну і фізичну. Геометрическая оптика, що є теоретичної основою оптотехники, виходить з чотирьох законах: прямолінійного поширення світла однорідної середовищі; незалежності світлових пучків друг від друга; відблиски і заломлення світла.

Геометрическая оптика не пояснює природи оптичних явищ, а полягає в геометричних уявленнях. Перераховані вище закони ставляться тільки в напрямку поширення світла, отже, мають скоріш геометричний сенс, ніж фізичний сенс.

Методика вивчення теми «відбиток і переломлення світла»

Відбитки світла. Дзеркала.

У запровадження до теми підкреслюється, що у межі поділу двох середовищ відбувається відбиток і переломлення світла. При поділі світлового потоку дотримується закон збереження енергії.

 Вказується також, що при дзеркальному відображенні нерівності що відбиває поверхні повинні прагнути бути значно менше 1мк. Такої ж порядку неоднорідності можна немутной заломлюючої середовищі.

Поділ світлового потоку на відбитий і переломлений демонструється з допомогою таких дослідів:

1.Используется акваріум з флюоресцирующей рідиною. Паралельний султан від проекційного ліхтаря іде на екран (металеве чи скляне дзеркало), поставлений з точки до світловому потоку. Останній відбивається ж під кутом на поверхню води в акваріумі. Преломленный пучок світла ясно видно на флюоресцирующей рідини. Отраженный пучок можна взяти на білий екран чи побачити в задимленому повітрі.

2. На оптичної шайбі встановлюється скляний полуцилиндр. Від освітлювача вузький пучок світла іде на пласку поверхню циліндра. У цьому видно пучок переломленого світла, але в білому диску шайби – відбитий пучок. При зміні кута падіння пучка можна побачити зміна яскравості переломленого і відображеного пучка – яскравість одного збільшується, а іншого зменшується.

Для перевірки закону відображення ставляться паралельно два досвіду – з хвилями лежить на поверхні рідини (бажано зі стробоскопом) і з оптичної шайбою.

Пальцем ударяють по лінійному вибратору. Сплеск сягає екрана (металевого бруски), поставленого одного разу перпендикулярно лінії поширення хвилі, а вдруге – з точки до неї. Спостерігається, у напрямі поширюється хвиля. Потім розглядається безперервна картина поширення і відображення пласких хвиль. Звертається увагу до кут падіння і відображення променів. Дається малюнок що спостерігається картини. Нормали до фронту хвилі вычерчиваются кольоровим малому.

У досвіді з оптичної шайбою вузький пучок світла іде на пласке дзеркало спочатку перпендикулярно йому, та був під все увеличивающемся кутом і вимірюються кути падіння і відображення.

Звертається увагу, що у досвіді з водяними хвилями змінюється напрям нормальний до фронту хвилі (рис. 1, а), а оптичному досвіді – напрям осьового променя в світловому пучку (рис. 2, а).

Аналогічно розглядається відбиток кругових водяних хвиль і розбіжних пучків. Кут між лініями, обмежують світловий пучок, не змінюється.

Щоб учні правильно відраховували кути падіння і відображення світла, можна рекомендувати вести відлік цих кутів завжди від перпендикуляра, відновленого на точці падіння променя. При формулюванні закону відображення слід зазначити як рівність цих кутів, але те, що лежать одноплощинно.

Сравнивается характер дзеркального і дифузійного відображення. Серед ілюстрували прикладів можна показати використання дзеркального гальванометра (ставиться досвід з відхиленням світлового плями на шкалою при нагріванні термопари рукою).

За наявності достатнього часу бажано ознайомити учнів з отражательной здатністю деяких матеріалів – з визначенням, дуже важливою в светотехнике (таб 1.)

матеріал Коефіцієнти відображення
Полированное срібло 0,88 – 0,93
Посеребренное скляне дзеркало 0,7 – 0,85
Полированный хром 0,6 – 0,7
Біла жерсть 0,69
Полированный нікель 0,55 – 0,63

 

   Тут курсу можливі вправи такого змісту:

1. Вузький пучок світла утворює з площиною дзеркала кут за 30 я0. Якою буде кут між падаючим і відбитим пучком?

2. Під яким кутом до рівнобіжному пучку світла треба поставити дзеркало, щоб ця пучок пучок повернути на 900?

3. Показати побудовою з допомогою транспортира, що з відображенні від плоского дзеркала вид пучка світла не змінюється. Розглянути два випадку – паралельний і розходиться світловий пучок.

4. Вузький пучок світла вихоплює пласке дзеркало з точки. Та на якій кут зміститься відбитий пучок світла, якщо дзеркало повернути на 150?

Дзеркала.

Одержання зображень (світної крапки й протяжного предмета) в пласкому дзеркалі розглядається на досвіді та з допомогою геометричних побудов. Для досвіду краще взяти шибку, а чи не звичайне дзеркало.

Звертається увагу до таке:

З розбіжного пучка світла беруться лише дві крайніх променя, обмежують пучок і звалених на дзеркало;

Усі промені після відображення перетинаються при зворотному їх продовженні лише у точці (нещире зображення). Корисно побудувати дві з них як на кресленні; зображення предмета буде симетричним щодо дзеркала, пряме однакову і удаване; очей має здатність сприймати які суперечать пучки світла, у результаті людина бачить предмет, хоча її зображення нещире( надалі, після вивчення властивості очі, малюнок, який ілюструє отримання зображення на пласкому дзеркалі, можна доповнити побудовою дійсного зображення предмета на сітківці).

Яка область бачення зображення (мал.1 і 2)

Для пояснення останнього питання можна повернути пласке дзеркало те щоб зображення, наприклад, свічки побачила лише одне половина класу, а після повороту навколо вертикальної осі – інша половина.

   Разъясняются різні застосування пласких дзеркал у техніці.

Рекомендуються такі вправи:

1.Перед пласким дзеркалом, трохи осторонь від цього перебуває точковий джерело світла P.S. Визначити де його зображення і науковотехнологічна галузь бачення.

Це можна вирішити подвійно. Перший шлях – побудувати світловий пучок, падаючий на дзеркало, користуючись законом відображення, знайти зображення крапки й область його розуміння. Інший шлях – завдати на кресленні точку P.S1, знаючи, що зображення міститься однією перпендикуляре до дзеркала зі світної точкою і відстані від цього, якою джерело P.S перебуває перед дзеркалом. Від точки P.S1 проводять обмежує пучок на дзеркало; продовження його відбитим пучком, де знаходиться область бачення зображення.

Нарешті визначається, яке напрям будь-якого третього променя всередині світлового пучка після відображення. Можна досліджувати, куди рухається зображення, якщо P.S переміщається вправо, вліво, до дзеркала від нього.

2. Цей точковий джерело світла перед дзеркалом й розмір зіниці очі, який би на той ж бік дзеркала:

а) побудувати султан, дозволяє спостерігачеві бачити зображення джерела;

б) визначити всю область бачення зображення.

3. Светящийся предмет перебуває перед дзеркалом трохи осторонь від цього. Побудувати зображення і побачити область бачення всього зображення.

Тут корисно розглянути два випадку: Коли предмет довгою стороною розташований паралельно дзеркала й під кутом для її площині.

4. Перевірити (вдома) закон відображення світла з допомогою шпильок і плоского дзеркала (добре використовувати смужку жерсті).

Излагаются характеристики сферичних дзеркал – полюс дзеркала, фокус, оптичний центр, дається поняття про приосевых променях.

 При геометричних побудовах зображень рекомендується:

· кожну нагоду побудови ілюструвати досвідом;

· показати, що кожен промінь в пучку, падаючий на дзеркало, після відображення пройде через ту точку, у якій перетинаються два променя, вибраних для побудови зображення;

· вказати, що промені, які від будь-який некрайней точки предмета, перетнуться у місцях між крайніми точками зображення;

· не обривати пучків світла місцях отримання зображень - слід їх дещо продовжити після перетину променів;

· у разі малювати зіницю ока і підкреслювати, що які суперечать світлові пучки збираються на оці, на сітківці якого виходить зображення;

Звертається увагу учнів те що, що побудова зображень можливо лише з допомогою двох променів, які зазначені у підручнику на малюнках, а будь-яких двох променів, падаючих на дзеркало. Найбільш зручно це, користуючись парою променів з таких трьох: паралельно головною оптичної осі; який струменіє через оптичний центр дзеркала (вздовж радіуса кривизни).

Далі розглядається застосування сферичних дзеркал в прожекторах і фарах (в автомашинах, мотоциклах, велосипедах), в дзеркальних телескопах, в оториноларингологии (увігнуте дзеркало з отвором посередині) тощо. Звертається увагу, що светотехнические устрою перерозподіляють світловий потік у просторі, скеровуючи її не більше невеликого кута. Тому сила світла певному напрямку збільшується.

Преломление світла. Лінзи.

Преломление світла.

Для перевірки законів заломлення демонструються два досвіду: відбиток і переломлення (одночасно) пласких хвиль лежить на поверхні рідини (бажано стробоскопически) і відбиток і переломлення паралельного світлового пучка на оптичної шайбі. Зарисовываются спостережувані явища в обох дослідах. (рис 3. )
У хвильової ванній переломлення хвиль має місце, якби її дно вміщена скляна платівка. З зменшенням товщини шару рідини швидкість поширення хвиль зменшується, що зумовлює переломлення. Оптический досвід рекомендується показати з одноколірним пучком світла (використовується світлофільтр).

Аналогічні демонстрації ставляться з круговими водяними хвилями і з розбіжним пучком світла.

Углы падіння і заломлення рекомендується відраховувати від нормальний, восставленной до розділу двох середовищ; підкреслюється, що це кути лежать у площині.

Кут падіння

sina

Кут преломления,g
Sin g

10 0,174 7 0,122 1,43
20 0,342 13 0,225 1,52
30 0,500 20 0,342 1,46
40 0,613 26 0,438 1,47
50 0,766 31 0,515 1,49
60 0,866 36 0,588 1,47
70 0,940 39 0,629 1,49
Звідси середнє n=1,48

На досвіді з оптичної шайбою показується таке: нормального падінні вузького світлового пучка на пласку поверхню напівциліндра заломлення немає; зі збільшенням кута падіння росте, і кут заломлення; постійним залишається ставлення не кутів, які синусів. Нижче наводиться ряд вимірів (таб 1.)

     Дається визначення показника заломлення. Для висловлювання його величини через ставлення швидкостей поширення світла можна проаналізувати (рис ), у якому показано переломлення водяних хвиль. Оскільки BC= і ,

Те і , а 

Слід звернути увагу до два факту:

1.Зная швидкість світла у вакуумі з, можна визначити її швидкість середовищі, на яку відомий показник заломлення n:    .

Наприклад, для скла який з показником заломлення 1,5:

,

а води, що має n=1,33,

.

2. Відповідно до теорії електромагнітного поля швидкість поширення електромагнітних хвиль:

,

де з швидкість поширення хвиль в вакуумі, e і m - відповідно диэлектрическая і магнітна проникність середовища. На цьому рівності слід, що

.

А де n – показник заломлення середовища. Отже,

.

Для низки газоподібних і рідких діелектриків . Тому

.

Це свідчить про зв'язок оптичних і електромагнітних характеристик речовини.

Зв'язок між показником заломлення і діелектричним проницаемостью можна отримати й

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Нові надходження

Замовлення реферату

Реклама

Навігація