Формування та розвиток основних понять геометричної оптики в курсі фізики середньої школи

Міністерство загальної та професійної освіти України

КЕМЕРІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ ФІЗИКИ

Дударєва Тетяна Вікторівна

Робота допущена до захисту Науковий керівник:

"___"__________2000 р. к. ф. – м. н., доцент кафедри

Зав. кафедрою загальної фізики загальної фізики Насєкін Г. С.

д. ф. - м. н., професор

"___"____________ 2000 р.

З оцінкою _______________

Голова ДАК ________

Члени ДАК ______________

Вчення про світло є одним із важливих у сучасній фізиці. Геометрична отптика-теоретична основа оптотехніки, теорії оптичних наближень та інших дисциплін. Основні поняття геометричної оптики необхідні кожному незалежно від обраної спеціальності. На основних законах геометричної оптики можна побудувати математичну теорію поширення світла. Область явищ, що вивчаються оптикою, велика. Оптичні явища тісно пов'язані з явищами, що вивчаються в інших розділах фізики, а оптичні методи дослідження належать до найтонших і найточніших.

У зв'язку з цим метою даної роботи стало вдосконалення методики викладання геометричної оптики в 8 та 11 класах середньої школи та розробки уроків з цієї теми.

Методичні розробки уроків спрямовані на формування та розвиток основних понять геометричної оптики у учнів 8-х класів, а також на закріплення та розширення знань на цю тему у учнів 11-х класів.

Школярі відрізняються один від одного з психолого-педагогічнихпоказниками, такими як: інтереси, схильності, швидкість засвоєння знань, швидкість запам'ятовування і т. д. Виникає проблема диференційованого підходу до учнів. У цій роботі на вирішення цієї проблеми використовується розробка уроку з диференційованим різнорівневим навчанням у 11-му класі, у якому учні повторюють основні поняття геометричної оптики.

Методична розробка інтегрованого уроку "Фізика-біологія" допоможе у засвоєнні учнями 8-го класу знань на тему "Око, як оптична система".

Розробка уроку з геометричної оптики з використанням комп'ютера в 11 класі дасть учням можливість навчитися застосовувати комп'ютерну графіку при вирішенні фізичних завдань.

Розвитку та розширенню понять геометричної оптики сприяють різні форми позакласної роботи, наприклад, такі як факультативне заняття та конкурсний вечір, методичні матеріали для проведення яких представлені у даній роботі.

Дипломна робота складається з вступу, трьох розділів, висновків та списку літератури, що включає 22 найменування.

Глава I. Геометрична оптика як наука.

Оптика – вчення про природу світла, світлові явища та взаємодію світла з речовиною. І майже вся її історія – це історія пошуку відповіді: що таке світло?

Однією з перших теорій світла – теорія зорових променів – було висунуто грецьким філософом Платоном близько 400 р. до зв. е. Ця теорія передбачала, що з ока виходять промені, які, зустрічаючись з предметами, висвітлюють їх і створюють видимість навколишнього світу. Погляди Платона підтримували багато вчених давнини і, зокрема, Евклід (3 в до н. е.), виходячи з теорії зорових променів, заснував вчення про прямолінійність поширення світла, встановив закон відображення [1].

У ті ж роки буливідкриті такі факти:

- Прямолінійність поширення світла;

– явище відображення світла та закон відображення;

– явище заломлення світла;

– фокусуюча дія увігнутого дзеркала.

Стародавні греки започаткували галузь оптики, що отримала пізню назву геометричної.

Найцікавішою роботою з оптики, що дійшла до нас із середньовіччя, є робота арабського вченого Альгазена. Він займався вивченням відображення світла від дзеркал, явища заломлення та проходження світла у лінзах. Альгазен вперше висловив думку про те, що світло має кінцеву швидкість поширення. Ця гіпотеза стала великим кроком у розумінні природи світла.

В епоху Відродження було здійснено безліч різних відкриттів та винаходів; став стверджуватись експериментальний метод, як основа вивчення та пізнання навколишнього світу. На основі численних досвідчених фактів у середині XVII століття виникають дві гіпотези про природу світлових явищ:

– корпускулярна, яка передбачала, що світло є потік частинок, що викидаються з великою швидкістю тілами, що світяться;

- хвильова, що стверджувала, що світло є поздовжніми коливальними рухами особливого світлоносного середовища - ефіру - збуджуваної коливаннями частинок тіла, що світиться.

Основні положення корпускулярної теорії Ньютона:

1) Світло складається з малих частинок речовини, що випускаються у всіх напрямках по прямих лініях, або променях, що світиться тілом, наприклад, свічкою, що горить. Якщо це проміння, що з корпускул, потрапляють у наше око, ми бачимо їх джерело (рис. 1.1.1).

2) Світлові корпускули мають різні розміри. Найбільші частинки, потрапляючи у око, дають відчуття червоного кольору, найдрібніші – фіолетового.

3) Білий колір -суміш усіх кольорів.

4) Віддзеркалення світла від поверхні відбувається внаслідок відбиття корпускул від стінки за законом абсолютно пружного удару (рис. 1.1.2).

5) Явище заломлення світла пояснюється тим, що корпускули притягуються частинками середовища. Чим оптично щільніше середовище, тим кут заломлення менший від кута падіння (рис. 1.1.3).

На думку Ньютона, сила другого середовища, що втягує, впливала тільки на вертикальну компоненту швидкості

6) Явище дисперсії світла, відкрите Ньютоном в 1666 р., пояснив так. Кожен колір вже присутній у білому світлі. Всі кольори передаються через міжпланетний простір та атмосферу спільно та дають ефект у вигляді білого світла. Біле світло – суміш різноманітних корпускул – зазнає заломлення, пройшовши через призму. З погляду механічної теорії, заломлення має силам із боку частинок скла, діючим на світлові корпускули. Ці сили різні для різних корпускул. Вони найбільші для фіолетового та найменші для червоного кольору. Шлях корпускул у призмі для кожного кольору переломлюватиметься по-своєму, тому білий складний промінь розщепиться на кольорові промені.

7) Ньютон намітив шляхи пояснення подвійного променезаломлення, висловивши гіпотезу про те, що промені світла мають "різні сторони" - особливу властивість, що зумовлює їх різну заломлюваність при проходженні двоякозаломлюючого тіла.