Презентация к проекту «Практические занятия по разделу физики «Оптика» в рамках Региональной летней Школы для учителей физики «Предметная компетентность учителя физики в современной школе» Работу выполнили: Деревянных Е.А., МАОУ Лицей 1 Кукина Е.Л., МАОУ СОШ 37 Куракова О.А., МАОУ СОШ 4 Лебедева Н.Ю., МАОУ СОШ 4

В основе геометрической оптики лежат четыре закона: 1. Закон прямолинейности световых лучей 2. Закон независимости световых лучей 3. Закон отражения света 4. Закон преломления света

Закон независимости световых лучей: пересекаясь, световые лучи не возмущают друг друга, а продолжают распространяться в прежнем направлении. Закон прямолинейности световых лучей: в однородной и изотропной среде свет распространяется прямолинейно.

Закон отражения света: 1. Падающий луч, луч отражённый и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости. 2. Угол отражения равен углу падения Закон преломления света: 1. Падающий и преломлённый лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. 2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

Кубический сосуд с непрозрачными стенками расположен так, что глаз наблюдателя не видит его дна, но полностью видит стенку CD. До какой высоты h надо заполнить сосуд водой (n = 4/3), чтобы наблюдатель смог увидеть предмет F, находящийся на расстоянии b = 10 см от точки D? К β h N F D С A B α

Так как, согласно условию задачи, глаз не видит дна сосуда, а сосуд имеет форму куба, угол падения луча зрения на поверхность жидкости равен α = 45°. Из прямоугольного треугольника NKF видно, что Отсюда К β h N F D С A B α

К βh N F D С A B α Согласно закону преломления Тогда После подстановки получим:

Световой луч распространяется в стекле с показателем преломления n = 1,5. На его пути встречается щель, заполненная воздухом. Грани щели плоские и параллельные, расстояние между гранями равно d = 3 см, угол падения луча на грань α = 30°. На какое расстояние сместится световой луч, вышедший из щели, относительно продолжения падающего луча?

Из прямоугольного треугольника ADC видно, что боковое смещение луча равно h = AC·sin(r - α). Из прямоугольного треугольника АВС выразим АС: Согласно закону преломления, где n 0 - показатель преломления воздуха (n 0 = 1).

,

Использование качественных задач способствует более глубокому пониманию физических теорий, формированию правильных физических представлений, следовательно, предупреждает формализм в знаниях учащихся. Решение качественных задач вызывает не только необходимость анализировать и синтезировать явления, т.е. логически мыслить, но и приучает учащихся к точной, лаконичной, литературно и технически грамотной речи.

Рожь. Саврасов Алексей Кондратьевич, 1881 г. Почему обычные облака в основном белые, а грозовые тучи чёрные? Размер водяных капель в облаке гораздо больше молекул воздуха, поэтому свет от них не рассеивается, а отражается. При этом он не разлагается на составляющие, а остаётся белым. Очень плотные грозовые облака либо вообще не пропускают свет либо отражают его вверх. Для любознательных: масса 1 км 2 облаков составляет кг.

Почему хрусталик рыбьего глаза имеет почти сферическую форму? Относительный показатель преломления хрусталика рыбьего глаза, находящегося в воде невелик. Поэтому увеличение оптической силы хрусталика достигается большой кривизной его поверхности.

Речка в полдень. Остроухов Илья Семёнович, 1892 г. Почему в воде изображения неба, облаков, деревьев всегда темнее, чем в действительности? Световые лучи отражаются от поверхности воды не полностью, часть их поглощается водой, или уходит внутрь.

Радуга, представляющаяся с земли дугой, с самолёта имеет вид радужного круга с тенью самолёта в центре. Почему?

Ответ: Оптическое явление в облаках (Гло́риа) Наблюдается на облаках, расположенных прямо напротив источника света. Наблюдатель должен находиться на горе или в воздухе, а источник света (Солнце или Луна) за его спиной. Представляет собой цветные кольца света на облаке вокруг тени наблюдателя. Внутри находится голубоватое кольцо, снаружи красноватое, далее кольца могут повторяться с меньшей интенсивностью. Угловой размер намного меньше, чем у радуги 5…20°, в зависимости от размера капель в облаке. Глориа объясняется дифракцией света, ранее уже отражённого в капельках облака так, что он возвращается от облака в том же направлении, по которому падал, то есть к наблюдателю.

Почему с моста лучше видно рыбу, плывущую в реке, чем с низкого берега? Рыбаки. Ю. Твердов

Ответ: Когда рыба рассматривается с моста, лучи света, идущие от нее, проходят поверхность воды почти перпендикулярно к ней. При этом свет отражается от поверхности воды незначительно, и поэтому световой поток, идущий от рыбы, сравнительно велик. Если же рассматривать рыбу с низкого берега, то лучи, идущие от рыбы к наблюдателю, образуют с нормалью к поверхности большой угол и большая часть светового потока отражается от поверхности. В глаз наблюдателя, кроме того, попадают лучи солнца, создающие слепящий фон.

О Главная оптическая ось – прямая, на которой лежат центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу Главная плоскость линзы – плоскость, проходящая через центр линзы (О) перпендикулярно главной оптической оси F Главный фокус собирающей линзы – точка на Фокусное расстояние – расстояние от главного фокуса до центра линзы. главной оптической оси, в которой собираются лучи, падающие параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе.

Собирающие линзы – линзы, преобразующие пучок световых лучей в сходящийся Рассеивающие линзы – линзы, преобразующие пучок световых лучей в расходящийся Тонкая линза – линза, толщина которой пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны её поверхности Формула тонкой линзы f – расстояние от изображения до линзы. d – расстояние предмета до линзы F – фокусное расстояние.

О F F1F1 Фокальная плоскость – плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси. F 1 – побочный фокус линзы D- оптическая сила линзы, величина, обратная фокусному расстоянию.

F F

расходящегося пучка лучей, возникшего после преломления в линзе лучей, параллельных главной оптической оси. F О F ABAB A1A1 B1B1 Главный фокус рассеивающей линзы – точка на главной оптической оси, через которую проходят продолжения

Точечный источник света находится в фокусе рассеивающей линзы. Постройте его изображение. O S F F1F1

Дан ход луча AL после преломления в тонкой линзе – луч LA1. Оптический центр линзы О. Построением определите положение главных фокусов линзы. O L A A1A1 F F F1F1 F1F1

По положению предмета и его изображения (параллельные стрелки АВ и А1В1) восстановите положение линзы и её главных фокусов. А В В1В1 А1А1 О F F

Собирающие линзы Главный фокус оптической системы – это точка на главной оптической оси, в которой собираются лучи, падающие параллельно главной оптической оси, после преломления их в оптической системе. F1F1F1F1 F1F1F1F1 F2F2F2F2 F2F2F2F2 F O2O2 O1O

Определение фокусного расстояния системы из двух собирающих линз F1F1F1F1 F1F1F1F1 F2F2F2F2 F2F2F2F2 F O2O2 O1O1 1 F1F1 F1F1 F2F2 F2F2 l F B K M N F2'F2'

F1F1F1F1 F1F1F1F1 F2F2F2F2 F2F2F2F2 F O2O2 O1O1 1 B K F2'F2' Рассчитаем угол отклонения луча δ от первоначального расстояния δ δ δ δ δ δ Результирующий угол отклонения δ луча 1 оптической системой складывается из углов отклонения δ и δ каждой линзой в отдельности: δ = δ + δ 1

Формула тонкой линзы для системы линз Для тонких линз углы отклонения δ, δ 1, δ 2 малы, поэтому можно считать, что tg δ δ; tg δ δ ; tg δ δ. Тогда фокусное расстояние: Изменение расстояния l между линзами позволяет изменять фокусное расстояние F оптической системы.

Формула тонкой линзы для системы двух собирающих линз Если линзы располагаются вплотную друг к другу ( l = 0) Оптическая сила системы близко расположенных линз равна сумме оптических сил линз этой системы. Вывод: Оптическая сила системы обладает меньшим фокусным расстоянием, чем каждая из линз в отдельности.

Определение фокусного расстояния системы из рассеивающей и собирающей линз O1O1 O2O2 F1F1 F1F1 F2F2 l 1 F B K M N F2'F2'F2'F2' F F2F2

Для рассеивающей линзы F < 0, формула фокусного расстояния : Для близко расположенных линз ( l = 0, или l << |F |) оптическая сила равна сумме оптических сил линз системы: Для рассеивающей линзы оптическая сила отрицательна т.е. D 1 = -|D 1 | Формула тонкой линзы для системы собирающей и рассеивающей линз

На собирающую линзу с фокусным расстоянием F вдоль ее главной оптической оси падает параллельный пучок света. На расстоянии L от линзы (L>F) перпендикулярно ее оптической оси расположен экран. На каком расстоянии x от линзы между ней и экраном нужно поместить вторую такую же линзу, чтобы диаметр пятна на экране стал равен первоначальному диаметру падающего пучка? Найти численное значение x для F=10 см и L=15 см. Задача ba603f7ccb/p2281.html

3. Вторую линзу нужно поместить так, чтобы экран находился в ее фокальной плоскости. x = L – F = 5 см. Задача 1 РЕШЕНИЕ 1. Ход одного из крайних лучей, ограничивающих пучок, изображен на рисунке. Видно, что диаметр пятна на экране будет равен первоначальному диаметру падающего пучка, если OA=F A. 2. Треугольник AOF равен треугольнику O F A и длина отрезка O F совпадает с фокусным расстоянием линзы. x F1F1F1F1 L A O O А F

html Задача 2 Оптическая система состоит из двух собирающих линз 1 и 2 с фокусными расстояниями F = 10 см и F = 5 см, находящихся на расстоянии L = 35 см друг от друга. Предмет находиться на расстоянии d = 25 см от первой линзы. Определить, где находиться изображение, полученное с помощью такой системы. Чему равно увеличение, даваемое такой системой?

F1F1F1F1 2F22F22F22F2 F2F2F2F2 d1d1 f1f1 l B B А 2F12F12F12F1 F1F1F1F1 F2F2F2F2 А B d f А Задача 2 РЕШЕНИЕ

1. Из формулы линзы находим: f = F d /(d - F ) = 16,33 см. 2. Увеличение, даваемое линзой: k = f /d = 0,66 или A B = 0,66 см. 3. Из рисунка: d = L - f = 18,33 см. 4. Согласно формуле линзы: f = F d /(d - F ) = 6,875 см, значит: k = f /d = 0,375, т.е. A B = 0,375 A B = 0,25 AB. Иными словами, увеличение системы k = A B /AB = k k = 0,25. Задача 2

Задача 3 На собирающую линзу с фокусным расстоянием F 1 = 40 см падает параллельный пучок лучей. Где следует поместить рассеивающую линзу с фокусным расстоянием F 2 = 15 см, чтобы пучок лучей после прохождения двух линз остался параллельным?

d F1F1 F2F2 N N E A P P K D B C1C1 C2C2 F2F2 F2F2 F1F1 Задача 3 РЕШЕНИЕ

3. Из рисунка видно, что рассеивающую линзу следует поместить на расстоянии d=F 1 -F 2 =(40-15)(см)=25 см от собирающей линзы. РЕШЕНИЕ Задача 3 1. По условию пучок падающих лучей ЕА параллелен главной оптической оси NN, после преломления в линзах он должен таковым и остаться. Это возможно, если рассеивающая линза расположена так, чтобы задние фокусы линз F 1 и F 2 совпали. 2. Тогда продолжение луча АВ, падающего на рассеивающую линзу, проходит через ее фокус F 2, и по правилу построения в рассеивающей линзе преломленный луч BD будет параллелен главной оптической оси NN, следовательно, параллелен лучу ЕА.

Задача 4 Рассеивающая и собирающая линзы с фокусным расстоянием F 1 =10 см, и F 2 =15 см расположены на расстоянии L=30 см друг от друга. На каком расстоянии r от источника света S находится изображение, даваемое этой системой линз, если расстояние от источника света Sдо рассевающей линзы d 1 =12 см?

Задача 4 РЕШЕНИЕ F2F2F2F2 F2F2F2F2 F1F1F1F1 F1F1F1F1 F2'F2' F1'F1' f1f1 d1d1 L f2f2 r

Задача 4 РЕШЕНИЕ 1. Из рисунка видно, что r = d + L +f. 3. Из рисунка: d = f + L 5. Подставим в формулы значения физических величин и получим f 5,45 см ; f 26 см ; d 35,45 см ; r 68 см.

Некоторые задачи на перемещение линз или предметов решаются быстро и просто, если применить графический метод, при котором строится график зависимости увеличения от расстояния до линзы Г(d). Для получения зависимости воспользуемся формулой тонкой линзы и формулой увеличения.

1. Расстояние от линзы до предмета меньше фокусного Графиком этой функции является часть гиперболы. Причем, при d = 0 Г = Расстояние от линзы до предмета больше фокусного Графиком этой функции является часть гиперболы. Причем, при d = 2F Г = 1. dF F Г

Дает всегда мнимое, уменьшенное и прямое изображение. Графиком этой функции является гипербола. Причем при d = 0 Г = 1

Тонкая линза создает изображение предмета, расположенного перпендикулярно главной оптической оси, с некоторым увеличением. Если расстояние от предмета до линзы увеличить вдвое, то получается перевернутое изображение предмета с увеличением, вдвое большим первоначального увеличения. С каким увеличением изображался предмет вначале?

Из графика можно сделать вывод, что первоначально изображение было прямое и мнимое, а после перемещения предмета – действительное и обратное.

Тонкую линзу, создающую действительное изображение предмета, передвинули на расстояние, равное 0,5 F. При этом получилось мнимое изображение того же размера. Найти величину поперечного увеличения.

Воспользуемся условием задачи и формулами зависимости Г(d) в каждом случае: Построим график зависимости Г(d)

Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебн. для общеобразоват. учреждений. - 2-е изд., дополн. - М.: Дрофа, С Элементарный учебник физики /Под ред акад. Г.С. Ландсберга. - Т М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. Т. 2. Электродинамика. Оптика. - М.: Физматлит: Лабораториа базовых знаний; СПб.: Невский диалект, С Белолипецкий С.Н., Еркович О.С., Казаковцева В.А. и др. Задачник по физике. - М.: Физматлит, С Буховцев Б.Б., Кривченков В.Д., Мякишев Г.Я., Сараева И.М. Задачи по элементарной физике. - М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания. Справочник по физике. Оптика, геометрическая оптика, построение изображений в линзах. html Изображения в линзах Геометрическая оптика. Тонкие линзы. ml#.VYgb4EzwZ0w ml#.VYgb4EzwZ0w Методическая кладовая htm Практическое занятие 6. Решение задач по теме "Линзы. Построение изображений в тонкой линзе. Формула линзы". htm htm 85ba603f7ccb/p2281. html 85ba603f7ccb/p2281. html

Лукашик В.И. Физическая олимпиада. Москва: издательство «Просвещение», 1987 Тарасов Л.В. Физика в природе. Москва: издательство «Просвещение», 1988 Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? Домодедово: издательство «ВАП», 1994 Золотов В.А. Вопросы и задачи по физике 6-7 класс. Москва: издательство «Просвещение», 1971 Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике. Москва: издательство «Просвещение», 1972 Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике 6-7 класс. Москва: издательство «Просвещение», htm Яковлев И. В., Материалы по физике fizportal.ru/geomoptics mosphys.olimpiada.ru fizolimpiada.ru physolymp.spb.ru