разработка урока по физике на тему

План-конспект открытого урока

по теме «Полное внутреннее отражение»

11 класс

Учитель: Спирина О.К.

 

Тип урока: комбинированный.

Педагогические технологии: групповая работа, индивидуальная работа, работа на компьютерах.

 

Цели урока:

 

Предметные  - Формирование знаний о полном внутреннем отражении, умений    объяснять указанное  явление, условий его наблюдения в опыте и природе.

                               

 Личностные – Формирование убеждений учащихся о критериях научности знания, расширение представлений учащихся о познавательных возможностях наблюдения, эксперимента, моделирования при изучении физических явлений.

                         

 Метапредметные – Продолжить отработку навыков самостоятельной работы учащихся с информацией, умений делать выводы из эксперимента, определять границы применимости физической модели.

 

Используемые информационные технологии:

Электронное издание «Открытая физика 2.5» часть 2 (ООО Физикон).

 

На данном уроке используются презентация «Полное отражение», созданная с помощью конструктора презентаций  в среде Power Point..

Программа реализуется в компьютерном классе, оснащенном компьютерами, мультимедиапроектором и экраном.

 

 

Планирование урока.

1.     Организационный момент – 2 мин.

 

2.     Мотивация – 3 мин.

Русские люди всегда гордились богатством своей культуры, умением видеть и понимать красоту окружающего мира, желанием с помощью своей фантазии  проникнуть в тайны мироздания. Сегодня я хочу вам показать только небольшой фрагмент об убранстве русских правителей, богатство и гармония которого восхищала и будет еще восхищать много людей, любующихся этим произведением искусства. Переливаются драгоценные камни. Блики от света, как бы излучаемые ими, озаряют окружающее пространство, дарят ощущение внутреннего и внешнего совершенства. Как удается людям создавать такие причудливые сверкающие каменья?

А вот еще один пример удивительного светового явления. При попадании светового луча в изогнутый канал распространения он не только не исчезает в лабиринтах этого извилистого пути, а практически без изменения интенсивности доходит до его конца.

И еще, если вы посмотрите на карандаш, который находится на вашем столе в пробирке, помещенной в воду, то, направляя свой взгляд под разными углами на этот, интересующий нас объект, можно заметить таинственное исчезновение части карандаша. Вы поработали фокусником.

Как вы думаете, есть ли общее в этих трех примерах наблюдаемых событий?

   Мы столько проводили наблюдений, осуществили опытов, в которых луч света всегда распространялся по прямой линии. И вдруг такое?! Что случилось? Почему луч стал кривым? И почему он вдруг пропал?

   Я объявляю тему урока – «Полное внутреннее отражение».

В конце урока при  ответе на основной вопрос мы  должны

знать понятие о физическом явлении, которое связано с исчезновением или искривлением  светового луча при прохождении его из одной среды в другую,

уметь объяснять условия наблюдения такого явления,

уметь определять параметры происходящих процессов,

уметь описывать проявления этого явления в природе и деятельности человека.

 

3.     Повторение – 7 мин.

 

Очевидно, что во всех рассмотренных нами примерах, мы сталкиваемся с явлением преломления света.

  Для того, чтобы наметить пути решения нашей задачи – почему луч света стал удивительным? – нужно повторить основные понятия, которые мы успели усвоить к сегодняшнему уроку: физические модели, лежащие в основе рассмотрения оптических явлений; явление «преломление света»; законы преломления света.

   Какие  возможные варианты доказательства закона преломления света можно привести?

Устный опрос. С помощью теоремы Ферма, принципа Гюйгенса, другие варианты (теория Ньютона). При ответе используются презентации, созданные учащимися как домашнее задание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Слушая доказательства, мы должны с вами выделить такие ключевые слова, связанные с преломлением света, которые помогут нам разобраться в интересующей нас ситуации.

   Учащиеся в тетради фиксируют версии основных понятий.

Выделяем ключевые понятия:  луч света, угол падения и преломления луча, фронт волны, скорость распространения волны, показатель преломления и т. д.

 

Усвоение содержания учебного материала  - 20 мин.

 

 

Преломление

 

 

 

Углы      Синусы углов       Показатель преломления      Граница раздела       Среда

  

Окончательно выделяем два ключевых понятия для дальнейшего рассмотрения пути решения задачи о связи трех фактов, наблюдаемых  в начале урока: синусы углов падения и преломления светового луча и показатель преломления одной среды относительно другой.

     Какие будут предложения по выделению пути исследования неизвестных сторон известного явления или обнаружения новых связей, незамеченных ранее?

     Может быть существует особенный угол падения луча, который при преломлении пойдет по искривленному, а не прямому пути? Или сама среда обладает особыми свойствами искривлять или заставлять исчезнуть световой луч?  

    Итак, какие направления доступных нам исследований можно предложить?

1.     Исследовать зависимость показателя преломления от угла падения луча при прохождении его из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную и из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную (например, воздух – стекло).

2.     Исследовать зависимость отношения синусов углов падения и  преломления луча  от свойств среды при прохождении светового луча из одной среды в другую (задавая различный показатель преломления среды).

    Какими способами мы может провести исследования, чтобы получить максимум информации?

- провести эксперимент;

- смоделировать процесс;

- найти информацию о подобных событиях.

   В чем заключаются преимущества, а в чем недостатки каждого способа добывать знания?

    Эксперимент позволяет получить серию повторяющихся результатов, которые могут привести к ответу на вопрос. Недостатком эксперимента могут быть ошибки при определении измеряемых в опыте физических величин или не учет всех условий, влияющих на исследуемую величину или зависимость.

   Модель позволяет выделить основные связи в рассматриваемом событии, числовые значения физических величин не имеют разброса  значений, можно провести экспресс-исследование. Однако встает вопрос о возможной неадекватность модели  реальному процессу.

   Теоретические изыскания обладают возможностью обобщения, перехода от общего к частному, умению разрешить любую ситуацию в виде решения задачи. Но здесь встает вопрос о выборе источников информации, способствующих быстрому и компетентному ответу на вопрос.

      Предлагаю распределить наши усилия для достижения цели скорейшим путем и получения максимума информации по интересующему нас вопросу.

Разбиваемся на группы: экспериментаторы, практики, теоретики. В каждой группе есть руководитель или старший группы.

     Для каждой группы приготовлено задание. Участники группы работают по инструкции для каждого ученика. Руководитель группы имеет свою инструкцию.

     Экспериментаторы исследуют зависимость показателя преломления от угла падения луча при прохождении его из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную и из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную (воздух – стекло).

     Практики по заданию работают с моделью отражения и преломления света из ЭИ «Открытая физика 2.5» ч.2, исследуя зависимость отношения синусов углов падения и  преломления луча  от свойств среды при прохождении светового луча из среды более оптически плотную в среду менее оптически плотную, меняя показатель преломления среды.

     Теоретики работают с  источниками информации, по обобщенному плану описания физического явления занимаются сбором, переработкой и предъявлением сведений о подобных рассмотренным в классе явлениях, а также решают задачу с применением новых знаний.

По окончании работы руководители группы  в порядке а) экспериментаторы, б) практики, в) теоретики создают на доске отчет о проделанной работе.

    В процессе работы руководители групп в специальном бланке отмечают успехи каждого участника группы по выполнению поставленной задачи.

     После обобщения просмотр презентации «Наблюдение и применение полного внутреннего отражения».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обеспечение осознанности формируемых знаний – 5 мин.

 

    На доске появился конспект урока о явлении полного внутреннего отражения. Учащимся предлагается объяснить опыты, которые учитель приготовил для непосредственного наблюдения.

1)    С помощью прозрачного полуцилиндра продемонстрировать и объяснить явления преломления и полного внутреннего отражения света при прохождении границы раздела двух сред, а именно воздух-стекло и стекло-воздух.

2)    Подобрать такой угол падения луча на кювету с водой, чтобы произошло неоднократное отражение света от границы раздела вода-воздух. Происходит запирание света внутри прозрачного слоя.

3)    Указать причину распространения света внутри стеклянного изогнутого стержня.

4)    Продемонстрировать передачу изображения предмета с помощью световода и ответить на вопрос: «От чего зависит качество передаваемого изображения  с помощью таких каналов передачи сигналов на расстоянии?».

     

Контроль усвоения – 5 мин.

 

Тест из 5 вопросов с подведением итогов.

 

Домашнее задание – 3 мин.

Задание дифференцированное, исходя из результатов теста.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1.

Задания для групп учащихся.

 

Группа «Экспериментаторы»

Руководитель группы _________________

 

Цель работы:  Исследовать зависимость показателя преломления от угла падения луча при прохождении его из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную (стекло-воздух) и из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную (воздух-стекло).

                                               

 

1.     Изобразите ход лучей при прохождении их через границу раздела двух сред «воздух – стекло» и «стекло - воздух».

 

 

 

 

 

2.     Запишите закон преломления для указанных случаев.

 

 

 

 

3.     Сравните углы падения и преломления лучей в каждом случае.

 

 

 

 

4.     Запишите относительный показатель преломления стекла.

 

 

 

Вывод:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа «Экспериментаторы»

Индивидуальное задание

Учащийся _____________________

 

Цель работы: Исследовать зависимость показателя преломления от угла падения луча при прохождении его из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную (стекло – воздух).

1. Соберите установку, схема которой изображена на рисунке. Лампу, ключ и экран установите  на планшет. Лампу и ключ соедините последовательно к источнику электропитания. Экран разместите в 3-4 см от лампы.

2. Вплотную к экрану со стороны противоположной лампе, положите на планшет пластиковый коврик, а на него лимб. В центре лимба установите прозрачный полуцилиндр. (Лимб расположите так, чтобы луч света проходил через оба деления, отмеченные цифрами 0).

3. Поворачивая лимб с лежащим на нем полуцилиндром увеличивайте угол падения луча на 10º. Проверяйте перед измерением углов попадает ли свет на середину плоской поверхности полуцилиндра.

4. Занесите в таблицу значения углов падения и преломления света.

 

№ опыта	угол падения, α	угол преломления,β	sin α	sin β	sin α/  sin β
Стекло - воздух

 

5. Вычислите значения синусов углов падения и преломления света.

6. Вычислите для каждого опыта отношение синусов углов падения и преломления.

7.     Сравните углы падения и преломления лучей в каждом случае.

8.     Вычислите относительный показатель преломления стекла.

 

 

Вывод:

 

 

Группа «Экспериментаторы»

Индивидуальное задание

Учащийся _____________________

 

Цель работы: Исследовать зависимость показателя преломления от угла падения луча при прохождении его из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную ( воздух – стекло).

1. Соберите установку, схема которой изображена на рисунке. Лампу, ключ и экран установите  на планшет. Лампу и ключ соедините последовательно к источнику электропитания. Экран разместите в 3-4 см от лампы.

2. Вплотную к экрану со стороны противоположной лампе, положите на планшет пластиковый коврик, а на него лимб. В центре лимба установите прозрачный полуцилиндр. (Лимб расположите так, чтобы луч света проходил через оба деления, отмеченные цифрами 0).

3. Поворачивая лимб с лежащим на нем полуцилиндром увеличивайте угол падения луча на 10º. Проверяйте перед измерением углов попадает ли свет на середину плоской поверхности полуцилиндра.

4. Занесите в таблицу значения углов падения и преломления света.

 

№ опыта	угол падения, α	угол преломления,β	sin α	sin β	sin α/  sin β
Воздух - стекло

 

5. Вычислите значения синусов углов падения и преломления света.

6. Вычислите для каждого опыта отношение синусов углов падения и преломления.

9.     Сравните углы падения и преломления лучей в каждом случае.

10. Вычислите относительный показатель преломления стекла.

 

 

 

Вывод:

 

 

 

Группа «Теоретики».

Руководитель группы. _________________

 

Цель работы: Найти, переработать и предъявить информацию о явлении полного внутреннего отражения.

 

1.     Составить отчет по обобщенному плану описания физического явления:

наблюдения полного внутреннего отражения,

условия обнаружения явления,

описание физического явления,

отличие данного явления от других физических явлений,

примеры проявления в природе и деятельности человека.

 

2.     Представить решение задачи, пользуясь алгоритмом:

сделать анализ физической ситуации в задаче,

изобразить ход лучей света при прохождении его из одной среды в другую,

записать закон преломления света,

применить условия задачи для преобразования основного уравнения,

произвести алгебраические или геометрические преобразования,

записать ответ.

 

Задача.

    Водолаз стоит на горизонтальном дне водоема глубиной H=15 м. На каком расстоянии х от водолаза находятся те части дна, которые он может увидеть отраженными от поверхности воды? Показатель преломления воды  n=1,33. Считать, что глаза водолаза находятся на расстоянии   h=1,7м от дна.

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа «Теоретики».

Индивидуальное задание.

Учащийся  _________________

 

Цель работы: Найти, переработать и предъявить информацию о явлении полного внутреннего отражения.

 

1.     Описать физическое явление по обобщенному плану:

      наблюдения полного внутреннего отражения

 

 

 

условия обнаружения явления

 

 

 

 

описание физического явления

 

 

 

 

отличие данного явления от других физических явлений

 

 

 

 

 

примеры проявления в природе и деятельности человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа «Теоретики».

Индивидуальное задание.

Учащийся  _________________

 

Цель работы: Найти, переработать и предъявить информацию о явлении полного внутреннего отражения.

 

1.     Решить задачу, пользуясь алгоритмом:

произвести анализ физической ситуации в задаче,

изобразить ход лучей света при прохождении его из одной среды в другую,

записать закон преломления света,

применить условия задачи для преобразования основного уравнения,

произвести алгебраические или геометрические преобразования,

записать ответ.

 

 

Задача.

 

    Водолаз стоит на горизонтальном дне водоема глубиной H=15 м. На каком расстоянии х от водолаза находятся те части дна, которые он может увидеть отраженными от поверхности воды? Показатель преломления воды  n=1,33. Считать, что глаза водолаза находятся на расстоянии   h=1,7м от дна.

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа «Практики»

Руководитель группы _________________

 

Цель работы:  Исследовать зависимость отношения синусов углов падения и  преломления луча  от свойств среды при прохождении светового луча из одной среды в другую (задавая различный показатель преломления среды).                                               

 

1.     Изобразите ход лучей при прохождении их через границу раздела двух сред  «стекло - воздух».

 

 

 

 

 

2.     Запишите закон преломления для данного случая.

 

 

3.     Сравните углы падения и преломления лучей.

 

 

4.      Определите значения угла полного отражения световых лучей от границы раздела двух сред для нескольких значений показателя преломления.

 

 

 

5.     Составьте таблицу зависимости значений предельных углов полного внутреннего отражения от показателя преломления среды.

 

№	Показатель преломления	Предельный угол полного отражения	Среда

 

 

Вывод:

 

 

 

 

 

 

 

Группа «Практики»

Индивидуальное задание

Учащийся _________________

 

Цель работы:  Исследовать зависимость отношения синусов углов падения и  преломления луча  от свойств среды при прохождении светового луча из одной среды в другую (задавая различный показатель преломления среды).                                               

 

1.     Выберите в модели режим «среда – воздух».

2.     Задайте значение показателя преломления  среды.

3.     Сравните углы падения и преломления лучей.

4.     Найдите отношение синусов угла падения и преломления света.

5.      Определите угол полного отражения световых лучей от границы раздела двух сред для нескольких значений показателя преломления.

6.     Составьте таблицу зависимости значений предельных углов полного внутреннего отражения от показателя преломления среды.

 

№	Показатель преломления	Предельный угол полного отражения	Среда

 

 

 

 

 

 

Вывод:

 

 

 

 

 

 

 

Источник информации:

ЭИ «Открытая физика 2.5» ч.2

Меню «Модели»

Раздел «Геометрическая оптика»

Модель «Отражение и преломление света»

 

 

 

Приложение 2.

Дифференцированное домашнее задание.

 

1.     При падении на плоскую границу двух сред с показателем преломления n₁ и n₂ луч частично отражается, частично преломляется. При каком угле падения α отраженный луч перпендикулярен к преломленному лучу?

2.     Преломленный луч составляет с отраженным 90° . Найти показатель преломления n, если синус угла падения α равен 0,8.

3.     На горизонтальном дне водоема глубиной  h = 1,2 м лежит плоское зеркало. На каком расстоянии от места вхождения луча в воду этот луч снова выйдет на поверхность воды после отражения от зеркала? Угол падения луча  α =30°, показатель преломления воды   n = 4/3.

4.     На горизонтальном дне бассейна лежит плоское зеркало. Луч света, преломившись от поверхности воды, отражается от зеркала и выходит в воздух. Расстояние от места вхождения луча в воду до места выхода отраженного луча из воды  d = 1,5 м. Глубина бассейна  h = 2м, показатель преломления воды n = 4/3. Определить угол падения луча.

5.     Стержень опущен концом в прозрачную жидкость, показатель преломления которой относительно воздуха равен n, и образует с  поверхностью угол α. Наблюдателю, который смотрит сверху, конец стержня,  погруженный в жидкость, кажется смещенным на угол  β. При каком значении угла наклона стержня α угол смещения   будет наибольшим?

 

Задачи повышенного уровня сложности.

 

1.      Пучок света скользит вдоль боковой грани равнобедренной призмы. При каком предельном преломляющем угле  φ призмы преломленные лучи претерпят полное отражение на второй боковой грани призмы? Показатель преломления материала призмы   n = 1,6.

2.     Призма сделана из стекла (флинт) с показателем преломления  n = 1,75. Преломляющий угол призмы  φ = 60° . При каком угле падения  ϊ на одну из граней выход луча из второй грани становится невозможным?

3.     Луч света падает перпендикулярно на короткую грань трехгранной поворотной призмы с углами 90°  и 45°  , изготовленной из тяжелого флинтгласа с показателем преломления  n = 1,74. На какой наибольший угол α  может отклониться луч в направлении к 90° –му ребру в плоскости, перпендикулярной к этому ребру, чтобы свет не выходил частично через длинную грань призмы?