Линзы. Оптическая сила линзы - СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Тип урока: урок общеметодологической направленности.

Используемые технологии: здоровьесбережения, информационно-коммуникационные, педагогики сотрудничества, развития исследовательских навыков, групповые.

Цель: познакомить учащихся с видами линз и их основными характеристиками.

Формируемые УУД: предметные: научиться определять вид линзы; объяснять понятия тонкая линза, фокусное расстояние, оптическая сила; рассчитывать оптическую сил линз; метапредметные: уметь слушать, вступать в диалог, участвовать в коллективном обсуждении проблемы; формировать целеполагание и прогнозирование; самостоятельно выделять познавательную цель, устанавливать причинно-следственные связи; личностные: формирование умения видеть применение физических законов в технических решениях.

Приборы и материалы: источники света, различные линзы (в том числе воздушные), сосуд с водой, электронное приложение к учебнику.

Ход урока

I. Организационный этап

(Учитель и ученики приветствуют друг друга, выявляются отсутствующие.)

II. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания

(Учитель проводит фронтальный опрос по вопросам и заданиям учебника, задает дополнительные вопросы.)

Дополнительные вопросы

— Какое явление называется преломлением света? В чем его суть?

— Какие наблюдения и опыты наводят на мысль об изменении направления распространения света при переходе его в другую среду?

— В каком случае угол преломления луча равен углу падения?

— Какой угол — падения или преломления — будет больше в случае перехода луна света из воздуха в стекло?

— Почему, находясь в лодке, трудно попасть копьем в рыбу, плавающую в воде?

— Любой водоем, дно которого хорошо видно, всегда кажется мельче, чем в действительности. Почему?

— Почему изображение предмета в воде менее ярко, чем сам предмет?

— Если посмотреть на окружающие тела через теплый воздух, поднимающийся от костра, то они кажутся “дрожащими”. Почему?

III. Изучение нового материала

Явление преломления света лежит в основе действия линз и многих оптических приборов, служащих для управления световыми пучками и получения оптических изображений. Линза — это оптически прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.

Существует два вида линз:

• выпуклые,

• вогнутые.

Выпуклые линзы бывают: двояковыпуклыми, плосковыпуклыми, вогнуто-выпуклыми. Вогнутые линзы могут быть: двояковогнутыми, плоско вогнутыми, выпукло-вогнутыми.

В школьном курсе физики изучаются так называемые тонкие линзы. Линза, толщина которой много меньше радиусов кривизны ее поверхностей, называется тонкой линзой.

Демонстрация 1. Преломление световых лучей в собирающей линзе.

Линза, которая преобразует пучок параллельных лучей в сходящийся и собирает его в одну точку, называется собирающей линзой. Обратите внимание, что указанное отклонение лучей собирающей линзой имеет место всегда при любом угле падения луча на линзу.

Основные параметры и действие собирающей линзы будем изучать с помощью двояковыпуклой цилиндрической линзы.

Демонстрация 2. Направим пучок света на двояковыпуклую линзу. Рассмотрим собирающее действие такой линзы: каждый луч из падающего на линзу пучка света после преломления ею отклоняется от своего первоначального направления, приближаясь к главной оптической оси.

Проведенные опыты подводят к понятиям фокуса и фокусного расстояния линзы.

(Учитель демонстрирует учащимся анимационный ролик 163 “Собирающая линза” из электронного приложения к учебнику.)

— Что такое фокус линзы? (Если направить на выпуклую линзу пучок лучей, параллельных оптической оси линзы, можно увидеть, что после преломления в линзе эти лучи пересекают оптическую ось в одной точке. Эта точка и называется фокусом линзы.)

— Что такое фокусное расстояние линзы? (Расстояние от линзы до ее фокуса называется фокусным расстоянием линзы и обозначается буквой F.)

Демонстрация 3. Преломление световых лучей в рассеивающей линзе.

Линза, которая преобразует пучок параллельных лучей в расходящийся, называется рассеивающей линзой. Аналогичным образом рассматривается вопрос о действии и параметрах рассеивающей линзы. На опыте легко убедиться, что независимо от расположения источника света по отношению к двояковогнутой линзе последняя всегда формирует только расходящийся пучок света. Угол раствора сформированного вогнутой линзой пучка света всегда оказывается больше угла раствора пучка, падающего на линзу. Именно поэтому рассматриваемая линза и называется рассеивающей.

(Учитель демонстрирует учащимся анимационный ролик 161 “Рассеивающая линза” из электронного приложения к учебнику.)

(Ученики отвечают на вопросы.)

— Почему фокус рассеивающей линзы называется мнимым?

— Чем отличается действительное изображение точки от мнимого?

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

Обобщая результаты приведенных выше опытов, можно сказать, что действие линз различной конфигурации (плосковыпуклая, плосковогнутая, вогнуто-выпуклая и т. д.), в конечном счете, бывает либо собирающим, либо рассеивающим. Если средняя часть линзы толще, чем ее края, то линза будет собирающей, а если наоборот, то рассеивающей.

Демонстрация 4. Действие воздушных линз, погруженных в воду. В этом случае понятия собирающей и рассеивающей линзы меняются местами, так как свет идет из более плотной среды в менее плотную.

Линзы характеризуются величиной, которая называется оптической силой линзы. Оптическая сила линзы — величина, обратная фокусному расстоянию линзы. Оптическая сила линзы рассчитывается по формуле

Единица измерения оптической силы — диоптрия (дптр).

Для собирающих линз оптическая сила — положительная величина, а для рассеивающих — отрицательная.

IV. Закрепление изученного материала

(Ученики отвечают на вопросы.)

— Почему выпуклую линзу называют собирающей?

— Почему вогнутую линзу называют рассеивающей?

— Почему в солнечный летний день нельзя поливать цветы в саду?

— Склеив два выпуклых стекла от часов, можно получить воздушную выпуклую линзу. Если такую линзу поместить в воду, то будет ли она собирающей линзой?

— Как называется единица оптической силы линз?

— Чем отличаются линзы, оптическая сила которых +2 дптр и —2 дптр?

V. Рефлексия

(Ученики оценивают свою работу на уроке и качество усвоения материала, подчеркнув в анкете нужное слово.)

1. На уроке я работал {активно / пассивно).

2. Своей работой на уроке я {доволен/не доволен).

3. Урок мне показался {интересным/скучным).

4. За урок я (не устал /устал).

5. Мое настроение (улучшилось /ухудшилось / не изменилось).

6. Материала урока мне (полезен/бесполезен).

7. Домашнее задание мне кажется (легким/трудным).

Домашнее задание

1. § 68 учебника, вопросы к параграфу.

2. Сборник задач В.И. Лукашика, Е.В. Ивановой: № 1583, 1585, 1586, 1589.

Дополнительный материал

Антони ван Левенгук (1632—1723)

Обычная капелька воды, размером чуть больше миллиметра, — это короткофокусная прозрачная линза с очень гладкой поверхностью и почти сферической формой.

По сути дела, росинка — это аналог первой линзы объектива современного оптического микроскопа. Но экспериментировать с росинками не очень удобно — они легко стекают с листа растения или испаряются. Надежнее проводить наблюдения с искусственными, стеклянными “росинками”. Удивительных результатов в этом направлении достиг голландский торговец мануфактурой Антони ван Левенгук, всю жизнь посвятивший изготовлению н совершенствованию однолинзовых микроскопов и наблюдениям с помощью этих приборов.

Основой заготовки каждого объектива Левенгуку служил, видимо, маленький стеклянный шарик, который он выплавил над пламенем горелки из стеклянной нити. Не случайно Левенгук стал членом Лондонского Королевского общества и одним из самых знаменитых людей своей эпохи.

Для своих наблюдений Левенгук обычно пользовался придуманным и сконструированным им самим простым микроскопом, т. е. лупой, снабженной механическим устройством для фиксирования и фокусировки объекта. Единственная более или менее короткофокусная линза этого микроскопа была наглухо закреплена между двумя металлическими пластинками, каждая с точечным круглым отверстием, служившим для прохождения света. При помощи подвижной скобы к пластинкам прикреплялся вертикальный винт (ручка) с небольшим столиком на верхнем конце. Столик нес вращающуюся иглу для фиксирования объекта; горизонтальный винт, проходивший сквозь столик и упиравшийся в пластинку, позволял менять расстояние от столика до пластинки и вместе с тем — расстояние от объекта до линзы, т. е. фокусировать объект.

Приведем отрывок из книги ученого-бактериолога Поля де Крюна “Охотники за микробами”, описывающий, как работал Левенгук: “Замечательно забавно смотреть через линзу и видеть предметы увеличенными во много раз. Что же, покупать для этого линзы? Ну, нет! Не таков был Левенгук. В течение двадцати лет неизвестности он ходил к оптикам и обучался у них искусству обтачивать и шлифовать стекла. Он посещал алхимиков и аптекарей, совал свой нос в их тайные способы выплавлять металлы из руд и понемногу научился обращаться с золотом и серебром. Это был чрезмерно упорный и настойчивый человек; он не довольствовался тем, что его линзы были так же хороши, как у лучших мастеров Голландии, — нет, они должны быть лучше самых лучших! И добившись этого, он все еще сидел и возился с ними много часов подряд. Затем он вставлял эти линзы в небольшие оправы из меди, серебра или золота, которые он сам вытачивал на огне, среди адского дыма и чада. В наше время исследователь покупает за сравнительно небольшие деньги изящный блестящий микроскоп, поворачивает винт, заглядывает в окуляр и делает свои открытия, мало задумываясь о том, как устроен микроскоп. Но Левенгук сам делал свои инструменты. Он весь ушел в работу, забывая о семье и друзьях, просиживал целые ночи напролет в своей тихой странной лаборатории. И в то время как добрые соседи над ним исподтишка посмеивались, этот человек научился делать мельчайшие линзы, размером меньше 1/8 дюйма в диаметре, и притом настолько симметричные, настолько точные, что они ему показывали самые мелкие предметы в сказочно огромном и ясном виде”. Де Крюн назвал Левенгука первым охотником за микробами.