Формиране и развитие на основните понятия на геометричната оптика в курса на гимназиалната физика
Министерство на общото и професионалното образование на България
КЕМЕРОВСК ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ
КАТЕДРА ПО ОБЩА ФИЗИКА
Дударева Татяна Викторовна
Формиране и развитие на основните понятия по геометрична оптика в курса по физика в гимназията
Работата е одобрена за защита Научен ръководител:
"___" __________ 2000 г. докторска степен - д.м.н., доцент от катедрата
Глава Катедра по обща физика Обща физика Насекин Г.С.
d.f. - д-р, професор
"___" ____________ 2000 г
Оценка _______________
Председател на ВАС ________
Членове на ВАС ______________
Учението за светлината е едно от най-важните в съвременната физика. Геометричната оптика е теоретичната основа на оптотехниката, теорията на оптичните приближения и редица други дисциплини. Основните понятия на геометричната оптика са необходими на всеки, независимо от избраната специалност. Въз основа на основните закони на геометричната оптика може да се изгради математическа теория за разпространението на светлината. Областта от явления, изучавани от оптиката, е обширна. Оптичните явления са тясно свързани с явленията, изучавани в други клонове на физиката, а оптичните изследователски методи са сред най-фините и точни.
В тази връзка целта на тази работа беше да се подобрят методите на преподаване на геометрична оптика в 8 и 11 клас на средното училище и да се разработят уроци по тази тема.
Методическата разработка на уроците е насочена към формирането и развитието на основните понятия за геометрична оптика сред учениците от 8 клас, както и към консолидирането и разширяването на знанията по тази тема сред учениците от 11 клас.
Учениците се различават един от друг по психологически и педагогическипоказатели, като: интереси, наклонности, бързина на учене, бързина на запаметяване и др. Има проблем с диференцирания подход към учениците. В тази работа, за да разрешим този проблем, използваме разработката на урок с диференцирано многостепенно обучение в 11 клас, в който учениците повтарят основните понятия на геометричната оптика.
Методическата разработка на интегрирания урок "Физика-биология" ще помогне за усвояването от учениците от 8. клас на знанията по темата "Окото като оптична система".
Разработването на урок по геометрична оптика с помощта на компютър в 11 клас ще даде възможност на учениците да се научат как да използват компютърна графика при решаване на физически задачи.
Развитието и разширяването на понятията за геометрична оптика се улеснява от различни форми на извънкласна работа, например като незадължителен урок и състезателна вечер, методически материали за които са представени в тази работа.
Дипломната работа се състои от въведение, три глави, заключение и списък с използвана литература, включващ 22 заглавия.
Глава I. Геометричната оптика като наука.
Оптиката е наука за природата на светлината, светлинните явления и взаимодействието на светлината с материята. И почти цялата му история е история на търсенето на отговор: какво е светлина?
Една от първите теории за светлината - теорията за зрителните лъчи - е представена от гръцкия философ Платон около 400 г. пр.н.е. д. Тази теория предполага, че от окото идват лъчи, които, срещайки се с обекти, ги осветяват и създават облика на околния свят. Възгледите на Платон бяха подкрепени от много учени от древността и по-специално Евклид (3 век пр. н. е.), въз основа на теорията за визуалните лъчи, основава учението за праволинейното разпространение на светлината, установява закона за отражението [1].
През същите тези години имашесе установяват следните факти:
– праволинейност на разпространение на светлината;
– явлението отражение на светлината и законът за отражението;
- явлението пречупване на светлината;
е фокусиращото действие на вдлъбнато огледало.
Древните гърци полагат основите на клона на оптиката, по-късно наречен геометричен.
Най-интересната работа по оптика, достигнала до нас от Средновековието, е работата на арабския учен Алхазен. Той изучава отражението на светлината от огледалата, явлението пречупване и преминаването на светлината през лещите. Алхазен е първият, който предполага, че светлината има крайна скорост на разпространение. Тази хипотеза беше важна стъпка в разбирането на природата на светлината.
По време на Ренесанса са направени много различни открития и изобретения; експерименталният метод започва да се утвърждава като основа за изучаване и познание на околния свят. Въз основа на множество експериментални факти в средата на 17 век възникват две хипотези за природата на светлинните явления:
- корпускулярна, което предполага, че светлината е поток от частици, изхвърлени с висока скорост от светещи тела;
- вълна, която твърди, че светлината е надлъжно колебателно движение на специална светеща среда - етер - възбудена от вибрации на частици от светещо тяло.
Основи на корпускулярната теория на Нютон:
1) Светлината се състои от малки частици материя, излъчвани във всички посоки в прави линии, или лъчи, светещи от тяло, като например горяща свещ. Ако тези лъчи, състоящи се от корпускули, влязат в окото ни, тогава виждаме техния източник (фиг. 1.1.1).
2) Светлинните корпускули имат различни размери. Най-големите частици, попадащи в окото, дават усещане за червен цвят, най-малките - лилаво.
3) Бял цвят -смес от всички цветове.
4) Отражението на светлината от повърхността се дължи на отражението на корпускулите от стената съгласно закона за абсолютно еластичния удар (фиг. 1.1.2).
5) Феноменът на пречупване на светлината се обяснява с факта, че корпускулите се привличат от частици на средата. Колкото оптически по-плътна е средата, толкова по-малък е ъгълът на пречупване (фиг. 1.1.3).
Според Нютон силата на теглене на втората среда засяга само вертикалната компонента на скоростта
6) Феноменът на дисперсията на светлината, открит от Нютон през 1666 г., той обяснява по следния начин. Всеки цвят вече присъства в бялата светлина. Всички цветове се предават през междупланетното пространство и атмосферата заедно и дават ефекта на бяла светлина. Бялата светлина - смес от различни корпускули - се пречупва при преминаване през призма. От гледна точка на механичната теория пречупването се дължи на сили от стъклени частици, действащи върху светлинни корпускули. Тези сили са различни за различните корпускули. Те са най-големи за лилаво и най-малки за червено. Пътят на корпускулите в призмата за всеки цвят ще бъде пречупен по свой начин, така че белият комплексен лъч ще бъде разделен на цветни съставни лъчи.
7) Нютон очерта начини за обяснение на двойното пречупване чрез хипотезата, че светлинните лъчи имат "различни страни" - специално свойство, което причинява тяхното различно пречупване при преминаване през двойно пречупващо тяло.