детские
Дима Шпилер - детский психолог, тренер. Официальный сайт.
Дима Шпилер - детский психолог, тренер. Официальный сайт.
Поддержите сайт - подпишитесь на канал в Яндекс.Дзене!

Полное внутреннее отражение. Урок-исследование в 11-м классе : Физика

“Все исследуй, давай разуму первое место”

Пифагор

Цель.

Продолжать заинтересовывать учащихся исследовательской деятельностью, развивать логическое мышление, умение обобщать, сопоставлять и применять полученные знания на практике, в быту, для объяснения наблюдаемых явлений, для понимания работы световодов.

Оборудование.

Для фронтального эксперимента: пластмассовые стаканчики с водой, пробирки, закопченные пластинки из фольги.

Для демонстрационного эксперимента: скамья с кюветой и лазером для опытов по геометрической и волновой оптике; раствор соли - 200 мл; Дистиллированная вода 200 мл + 400 мл; Раствор молока 100 мл; Лучинка, спички - для задымления; Зеркала; Шарик, закопченный сажей; Емкость с водой, штатив; Сосуд с водой с двумя отверстиями: сверху (закрыто пробкой) и около дна (закрыто пробкой, в которую вставлена стеклянная трубочка); сообщающийся сосуд с водой; Поддон (ванна для проекций); Флюоресцирующий раствор; Штативы и подъемные столики; Воронка, широкий сосуд с водой; Графопроектор.

Кодограммы: полное внутреннее отражение; фиброскоп; миражи; видеокамера, телевизор (для наблюдения эксперимента на экране телевизора).

Ход урока

Постановка задачи урока. Повторение, актуализация знаний.

(Фронтальный опрос -> проблемный вопрос -> эксперимент).

Ребята, основная деятельность на нашем уроке будет исследовательская. Наблюдая фронтальный и демонстрационный эксперимент, изменяя его постановку, мы будем исследовать, как происходит распространение светового пучка в различных средах: оптически более и менее плотных, что происходит при переходе пучка света из одной среды в другую.

На прошлом уроке мы узнали об атмосферной рефракции [2].

  • Что это за явление? (Явление искривления световых лучей при прохождении через атмосферу).
  • Почему возникает это явление? (У поверхности оптически более плотный воздух, с высотой плотность уменьшается, но не скачками, а непрерывно и если заменить для удобства световой пучок световым лучом (линией, направление которой совпадает с направлением потока энергии, переносимой волной), то получится плавная кривая, обращенная выпуклостью в сторону уменьшения n).
  • Рис.1.

  • Что наблюдается в результате атмосферной рефракции? (Солнце, луну, звезды видим выше того места, где они находятся на самом деле; Увеличивается продолжительность дня в средних широтах на 10-12 минут; в полярных зонах до 2-3 суток, следовательно, полярный день больше полярной ночи почти на 6 суток. Сжатие дисков Луны и Солнца у поверхности Земли (на горизонте). Мерцание звезд (воздушные потоки приводят к изменению плотности атмосферы на пути световых потоков). Мерцание у горизонта и при высоком содержании в атмосфере водяных паров больше).
  • Рис.2.

  • Может ли явление рефракции наблюдаться в жидких прозрачных средах? (Учащиеся предполагают, что должно наблюдаться).
  • Какое условие для этого должно выполняться? (Непрерывное изменение плотности жидкости).

Опыт 1

Используем прибор по геометрической и волновой оптике, где источником света служит лазер. Прибор состоит из штатива (4) для установки необходимых приборов, кюветы (2), лазера (3), зеркал (1), которые можно устанавливать под наклоном.

Рис.3.

Подготовка к работе

В кювету через стеклянную трубочку диаметром 1 см наливаем 100 мл дистиллированной воды, а затем 100 мл раствора поваренной соли. Подготавливаем установку за два часа до демонстрации, чтобы вследствие диффузии граница раствора и воды исчезла и образовался раствор с постепенно уменьшающейся с высотой плотностью. Световой пучок лазера через линзу направлен на верхнюю поверхность жидкости. Проходя через полученный раствор, световой пучок искривляется.

Рис.4.

Объясните наблюдаемое явление, т.е. почему световой пучок искривляется.

Опыт 2

Если при помощи собирающей линзы световой пучок направить в задымленную область кюветы, то как он будет распространяться в этой области?

Рис.3.

Опыт 3

Наливаем в кювету раствор молока (на 200 мл дистиллированной воды 2-3 капли молока).

Что произойдет со световым пучком? Объяснить.

Почему туман и облака непрозрачны, ведь они состоят из маленьких прозрачных капелек воды? (Рассеяние света в неоднородной среде; при каждом переходе света из одной среды в другую, происходит частичное отражение света. Доля отраженного света от границы раздела двух сред тем выше, чем больше разница показателей преломления этих сред).

Объяснение нового материала на основе проблемного фронтального эксперимента и проблемной задачи

Исследуем, что будет происходить при переходе светового пучка из оптически более плотной среды в оптически менее плотную.

Фронтальный эксперимент №1

На ваших столах стаканчики с водой и пробирки. Опустите в пробирку карандаш и поставьте в сосуд с водой. (Одновременно я делаю опыт на демонстрационном столе, оператор проецирует его при помощи видеокамеры на экран телевизора).

Рис.5.

Что вы наблюдаете? (Та часть пробирки, которая опущена в воду, посеребрена, карандаша в ней не видно).

Рис.6.

Изменяя положение наблюдения, всегда вы видите пробирку посеребренной? (Нет)

Из стакана налейте воды высотой 2 сантиметра в пробирку и вновь опустите её в стаканчик.

Что вы наблюдаете? (Там, где вода в пробирке - карандаш виден, посеребрения нет; где воздух в пробирке - посеребрение пробирки).

Ваши предложения, почему так происходит?

Задача: Луч света падает из воды на границу раздела “вода-воздух” под углом 60 градусов. Найдите угол преломления луча в воздухе.

Дано: = 60° ; n = 1,33.

Найти - ?

Рис.7.

Решение

? sin b = n sin a

= arcsin(n sin) = arcsin (1,33*,0866)= arcsin 1,15.

Но такого быть не может.

Чтобы ответить на эти вопросы, познакомимся с явлением полного внутреннего отражения. Напишите в тетради тему урока “Полное внутреннее отражение”. Обратимся к эксперименту (Опыт 4).

Опыт 4

В кювету наливаем дистиллированную воду, закрашенную двумя чайными ложками раствора молока, сверху - задымление. Будем направлять лазер снизу на воду под разными углами. Обращаем внимание учащихся, что при малом угле падения часть света проходит в воздух (большая), а незначительная часть отражается от раздела двух сред. При большем угле падения световая энергия падающего луча перераспределяется: все более интенсивным становится отраженный луч. При определенном угле падения, отраженный луч скользит по поверхности воды: = 90° . Этот угол обозначается 0 - предельный угол полного отражения - угол падения света на границу раздела двух сред, при котором свет в оптически менее плотную среду преломляется под углом в 90 градусов.

Рис.8.

Найдем, чему равен предельный угол полного отражения. Проецирую кодограмму, объясняю её.

Рис.9.

Обращаю внимание: Wпад = Wотр + Wпр.. В тетради рисунок сделать дома, используя учебник [1]. Вывод, чему равен 0, пишем в тетради.

Рис.10.

Сформулировать закон преломления света. Выполнить запись символами на доске. . (При переходе из оптически менее плотной в оптически более плотную среду).

Физический смысл показателя преломления? (Показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света во второй среде меньше скорости света в первой).

Для нашего случая: при переходе светового луча из оптически более плотной среды в менее плотную, но = 90° следовательно sin = 1 и .

Для прозрачных веществ рассчитаны по этой формуле 0. Чем оптически плотнее среда, тем 0 меньше. Например, для алмаза n = 2,42; 0 = 24° 40’; для воды 0 = 48° 35’.

Ответим на вопрос фронтального эксперимента и задачи. (При определенном угле наклона пробирка кажется посеребренной, т.к. световые лучи падают на границу раздела сред вода - воздух под углом больше 0 ,возникает явление полного внутреннего отражения. Когда в пробирку наливаем воду, оптическая плотность сред одинакова - свет отражается от поверхности карандаша).

Закрепление (экспериментальные задачи)

Опыт 5

Достаю сосуд с водой, в котором находится шарик (от прибора теплового расширения тел), покрытый сажей. Устанавливаю на демонстрационном столе.

Какого цвета этот шар? (Оператор с помощью видеокамеры проецирует на экран телевизора). Вынимаю шар из воды - оказывается, он черный и покрыт сажей.

Почему шар, покрытый сажей, в воде казался посеребренным?

Чтобы ответить на этот вопрос проведем

Фронтальный эксперимент №2

Металлическую фольгу, покрытую сажей, опустите в воду.

Что вы наблюдаете?

Теперь рассмотрите эту фольгу в воздухе.

Почему сажа сухая?

Исследуйте, как ведет себя вода, когда вы ее брызгаете на фольгу с сажей. (Учитель проводит такой же опыт, видеооператор проецирует на экран).

Вывод: сажа не смачивается водой; когда мы закопченную фольгу опускаем в воду, около сажи остается слой воздуха, наблюдается полное внутреннее отражение на границе “вода - воздух”, фольга в воде кажется посеребренной.

Опыт 6

В бутыль, имеющую отверстие около дна, наливаем воду, закрываем пробкой. Отверстие снизу закрывается пробкой со вставленной стеклянной трубочкой, чтобы сделать узкую струю воды. С противоположной стороны бутыли устанавливаем лазер так, чтобы его луч попал в стеклянную трубочку. Слегка открываем верхнюю пробку, вытекает струйка воды, луч лазера изгибается вслед за изгибом воды.

Рис.11.

Почему?

Сообщения учеников.

Учитель. На явлении полного внутреннего отражения основано появление раздела волоконной оптики, в котором изучается формирование изображений при распространении света по световодам. Высоко прозрачные световоды изготовляют из весьма чистых материалов. Основной метод этого производства - вытягивание световода из расплава кварцевого стекла; наружная оболочка из того же кварца легируется примесями, снижающими показатель преломления (бор, германий, фосфор). Волоконная оптика применяется в медицине, для передачи большого объема информации, для освещения недоступных мест, в рекламе, бытовой осветительной технике. Полное внутреннее отражение встречается в природе:

Так неожиданно и ярко
На влажной неба синеве
Воздушная воздвиглась арка
В своем минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила.
Другим за облака ушла.
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.

(Ф.И. Тютчев)

Что это за прекрасное явление?

И преломление света, и полное внутреннее отражение имеют место при возникновении радуги. Об этом мы поговорим на последующих уроках. А сейчас послушаем сообщения одноклассников об использовании световодов.

Сообщение о передаче информации по волоконному кабелю. [3]

Сообщение о медицинских приборах, использующих волоконную оптику. (Ккодограмма).[4]

Рис.12.

Сообщение о лазерной терапии и хирургии с использованием волоконной оптики. [5]

Сообщение о миражах. (Кодограмма).[6]

Рис.13.

Дома: параграф 43, провести исследовательскую работу. Из пластмассовой крышки (из-под кофе) вырезать кружок диаметром 3 см, в центр воткнуть английскую булавку (оператор проецирует на экран телевизора) и исследовать, как будет видна булавка при постепенном погружении в широкий сосуд с водой, если смотреть на нее из одного и того же положения сбоку через поверхность воды. Какие части булавки видны, когда пластмассовая крышка плавает. Обратить внимание на то, как видна булавка в воздухе, если кружок расположить сбоку от сосуда на уровне поверхности воды в сосуде. Зарисовать в тетради, дать объяснение.

На следующем уроке будем решать экспериментальные, качественные и количественные задачи на полное внутреннее отражение.

Продолжение закрепления

Опыт 7

Воронку переворачиваем, закрываем верхнее отверстие пальцем, опускаем в сосуд с водой - поверхность воронки посеребренная. Отпускаем палец, мы видим стеклянную воронку, наполненную водой.

Рис.14.

Почему?

Опыт 8

Сосуд заполняем водой (можно добавить флюоресцин) и направляем лазерный луч в трубку. Вторая трубка сосуда также окажется ярко освященной (видеооператор направляет на нее объектив видеокамеры, смотрим на изображение в телевизоре).

Рис.15.

Почему?

Описание оборудования на столе:

Рис.16.

  1. Установка, при помощи которой показываем, что луч лазера следует изгибам струи воды.
  2. Установка, при помощи которой показываем, что луч лазера следует изгибам сообщающегося сосуда.
  3. Широкий сосуд с водой, в который опускаем перевернутую воронку.
  4. Прибор для демонстраций по волновой и геометрической оптике.

Литература

Г.Я. Мякишев. Б.Б. Буховцев. Физика 11. Москва. Просвещение.

Е.В. Фабрикантова “Что же такое физика?” Газета “Физика” №7, 2000.

Энциклопедия для детей Аванта+. Физика. Т.16. Часть 2. Москва, 2001 г. С. 88-89.

Л.Е. Гусева. “Физика. Человек. Здоровье”. Газета “Физика” №7, 2000.

Л.Е. Гусева. “Лазерная медицина”. Газета “Физика” №11, 2000.

В.А. Мезенцев “Этот загадочный мир”. Московский рабочий. 1975 г. 41-42.

© Блог Димы Шпилера / Школа и школьники

Читать еще:

Новые материалы:

Риски АКДС - мнение официальной медицины :: «Стрепсилс» изымают из аптек: почему и что это для нас значит? (Спойлер: да, в общем-то, ничего) :: Что такое ушу? :: Куда сходить в выходные: на Крымском Валу открылся фестиваль "Первозданная Россия" :: Обобщающий урок по теме "Лексика" :: Безбашенные ( Renegades ), 2017 :: Компьютерная техника/Аксессуары/Аксессуары и запчасти для ноутбуков/Подставки и столы/Мебель/Столы/Компьютерные столы/Прямые столы / Merdes / Стол компьютерный Домино СП-82 ::

Оставить комментарий (facebook):
Комментировать через ВКонтакте:

Оставить отзыв с помощью аккаунта Google+:

Самое популярное:
Состояние воздуха: Карта загрязнения воздуха онлайн, обновляется в режиме реального времени

Экологическая карта состояния воздуха, которым мы дышим. В режиме реального времени.

Обитель зла: Последняя глава ( Resident Evil: The Final Chapter ), 2016

В предыдущей части франшизы Вескер предал Элис в Вашингтоне, и героиня лишилась своих сверхъестественных способностей и стала уязвимой для врагов. Однако она не бросила бороться за выживание человечества. Вместе со своими старыми знакомыми Элис отправляется туда, где все начиналось – в Раккун Сити. Тем временем корпорация «Амбрелла» готовит последний сокрушительный удар по выжившим в апокалипсисе людям. Элис предстоит сразиться с ордами зомби и новыми монстрами-мутантами ради спасения остатков человечества.

Звуко-буквенный разбор слов

Научить детей реально оперировать звуками, т.е. развивать фонетический слух.

Детский оздоровительный лагерь: Муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования детей "Детский оздоровительно-образовательный лагерь "Юность"

Научить детей реально оперировать звуками, т.е. развивать фонетический слух.


Школьные занятия:
RSS (видео) // RSS (статьи)
Педагогические материалы:

Проект "Наш дом – Русский Север"
контакты
 
Рейтинг@Mail.ru
ADD