Полное внутреннее отражение света
Тип урока: изучения нового материала
Цель – развитие познавательного интереса, умения составлять алгоритмы “переноса” - применения приобретенных знаний в нестандартной (новой) учебной ситуации; формирование учебно-познавательных и информационных компетенций учащихся.
Задачи.
Образовательные:
сформировать понятие о физическом явлении “полное внутреннее отражение света”;
выяснить условия возникновения полного отражения;
изучить практическое применение этого физического явления;
создать познавательную мотивацию при постановке экспериментальных задач.
Воспитательные:
воспитание мировоззренческих понятий: о причинно-следственных связях в окружающем мире, о познаваемости окружающего мира и человечества;
Развивающие:
совершенствование навыков и умений: умение классифицировать и обобщать; умение формулировать выводы по изученному материалу;
развитие самостоятельности мышления и интеллекта; развитие грамотной устной речи; совершенствование навыков практической работы.
Оборудование: мультимедийный проектор, презентация “Полное отражение света” [1].
Структура урока.
Время
1
Организационный момент
Сообщает цели и задачи урока для учеников.
Слушают.
Актуализация знаний
Задает вопросы.
Отвечают на вопросы
3 минуты
Выполнение заданий по группам
выдает групповые и индивидуальные задания
Выполняют задания:
групповые (решают задачи);
групповые (выполняют экспериментальные задания).
15 минут
Обсуждение результатов работы групп
Выводит на экран, ответы на решенные задачи, выводы, полученные в ходе эксперимента.
Обсуждают результаты практической деятельности и сопоставляют результаты опытов и ответов на решенные задачи
10 минут
Объяснение нового материала
Объясняет новый материал в форме беседы. Выводит на каждый компьютер информацию по новому материалу (презентация “Полное отражение света”).
Принимают участие в обсуждении нового материала
10 минут
1) Актуализация знаний ( слайды 1-6)
2)Фронтальные опыты
На ваших столах стаканчики с водой и пробирки. Опустите в пробирку карандаш и поставьте в сосуд с водой. Что вы наблюдаете? (Та часть пробирки, которая опущена в воду, посеребрена, карандаша в ней не видно). Изменяя положение наблюдения, всегда вы видите пробирку посеребренной? (Нет)
Из стакана налейте воды высотой 2 сантиметра в пробирку и вновь опустите её в стаканчик.
Что вы наблюдаете? (Там, где вода в пробирке - карандаш виден, посеребрения нет; где воздух в пробирке - посеребрение пробирки). (слайд 7)
Обхватите стакан пальцами и посмотрите сквозь поверхность воды на стенку стакана, желая увидеть свои пальцы. Видите вы их? Почему?
Ваши предложения, почему так происходит?
3)Решение задач
У вас на столах лежат листочки с текстами задачи. Решите задачу и решение запишите на доске. (слайд 8)
Задача № 1. Луч света падает из воды на границу раздела двух сред «вода - воздух» под углом 60 0. Найдите угол преломления луча в воздухе. Абсолютный показатель преломления воды принять равным 1,33.
Задача № 2. Луч света падает из стекла на границу раздела двух сред «стекло - воздух» под углом 60 0. Найдите угол преломления луча в воздухе. Показатель преломления стекла принять равным 1,5.
Задача № 3. Луч света падает из воды на границу раздела двух сред «стекло - вода» под углом 60 0. Найдите угол преломления луча в воздухе.
Абсолютный показатель преломления стекла принять равным 1,5; а воды – 1, 33.
(Решение на доске по 1 ученику от каждого ряда) (слайд 9-11)
Итак, во всех случаях получили неправильный с точки зрения математики ответ. Почему правильно решая задачу, пришли к невозможному результату?
Что общего в этих задачах? (свет идет из оптически более плотной среды в оптически менее плотную)
Чтобы ответить на возникшие вопросы, сегодня на уроке мы изучим новое явление, происходящее на границе раздела двух сред – полное внутреннее отражение света, выясним условия его возникновения, познакомимся с проявлением полного отражения в природе и технике.
4) Изучение нового материала
Напишите в тетради тему урока “Полное внутреннее отражение”. (слайд 13)
Несложное явление полного внутреннего отражения, впервые описанное Иоганном Кеплером в начале XVII века и, казалось бы, прекрасно изученное, сегодня стало объектом пристального внимания. А впервые эти эффекты исследовал русский физик Александр Александрович Эйхенвальд ровно более ста лет назад.
Обратимся к эксперименту
Обращаю внимание учащихся, что при малом угле падения часть света проходит в воздух (большая), а незначительная часть отражается от раздела двух сред. При большем угле падения световая энергия падающего луча перераспределяется: все более интенсивным становится отраженный луч. При определенном угле падения, отраженный луч скользит по поверхности воды: = 90° . Этот угол обозначается α0 - предельный угол полного отражения - угол падения света на границу раздела двух сред, при котором свет в оптически менее плотную среду преломляется под углом в 90 градусов.
(слайд 14-16)
Как же вычислить предельный угол полного отражения? (слайд 17), (слайд 18)
А теперь ответим на вопрос фронтального эксперимента и задачи. (1.При определенном угле наклона пробирка кажется посеребренной, т.к. световые лучи падают на границу раздела сред вода - воздух под углом больше предельного угла полного отражения ,возникает явление полного внутреннего отражения. Когда в пробирку наливаем воду, оптическая плотность сред одинакова - свет отражается от поверхности карандаша2.) Потому что свет, проходящий сквозь воду и падающий на стекло, полностью отражается от него в воду. Стенка стакана будет казаться зеркальной.)
Достаю сосуд с водой, в котором находится шарик (от прибора теплового расширения тел), покрытый сажей. Устанавливаю на демонстрационном столе.
Какого цвета этот шар? Вынимаю шар из воды - оказывается, он черный и покрыт сажей.
Почему закопченный шарик в воздухе выглядит черным, а в воде серебристым? Чтобы ответить на этот вопрос проведем
Фронтальный эксперимент
Металлическую фольгу, покрытую сажей, опустите в воду. Что вы наблюдаете?
Теперь рассмотрите эту фольгу в воздухе. Почему сажа сухая?
Вывод: сажа не смачивается водой; когда мы закопченную фольгу опускаем в воду, около сажи остается слой воздуха, наблюдается полное внутреннее отражение на границе “вода - воздух”, фольга в воде кажется посеребренной.
Ответ: Вода не смачивает сажу, поэтому вокруг шарика остается тонкий слой воздуха; лучи света испытывают полное отражение от границы раздела вода-воздух.
Применение поворотных и оборотных призм – перископ, бинокль. (слайд 19)
Полное внутреннее отражение встречается в природе: (слайд 20)
Так неожиданно и ярко
На влажной неба синеве
Воздушная воздвиглась арка
В своем минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила.
Другим за облака ушла.
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла. (Ф.И. Тютчев)
Что это за прекрасное явление?
И преломление света, и полное внутреннее отражение имеют место при возникновении радуги.
На явлении полного внутреннего отражения основано появление раздела волоконной оптики. Волоконная оптика – это система передач оптических изображений с помощью стекловолокон (световодов). Световод представляет собой нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. (слайд 21)
Демонстрация световода.
