Формування знань учнів з розділу "Оптика"

Педагогіка » Формування знань учнів з розділу "Оптика"

Оптика (яка в середній школі включає також елементи атомної фізики) - передостанній розділ фізики. Вона ґрунтується значною мірою на матеріалі, який раніше вивчався в механіці і електриці, доповнює його й підносить на вищий якісний рівень. Явища та закономірності, що вивчаються в оптиці, складніші, ніж у попередніх розділах фізики, проте учні підходять до їх вивчення більш підготовленими, тому цей матеріал сприймається без особливих труднощів. І під час вивчення оптики слід іти від простого до складного, від відомого до невідомого, з тим щоб сприймання було глибшим і фундаментальнішим.

Отже, не випадково, в підручнику виклад починають з геометричної (або променевої) оптики, потім, вивчається хвильова оптика, а за нею квантова (чи корпускулярна). Такий розподіл матеріалу дає можливість розглянути основні властивості світла у порядку їх ускладнення - властивості прямолінійно поширюватися в однорідному просторі, хвильові й корпускулярні властивості.

Ці розділи оптики охоплюють питання, пов'язані з випусканням світла, його поширенням у просторі та взаємодією з речовиною. Послідовність вивчення оптики з установленням основних логічних зв'язків між частинами навчального матеріалу, а також технічні застосування оптики подано на схемах (мал.1 і 2).

Заключний розділ курсу електрики - електромагнітні хвилі - є безпосередньою ланкою у переході до вивчення оптики, що підтверджує нерозривний зв'язок електричних і оптичних явищ. У цьому розділі встановлюється електромагнітна природа світла, доказом чого є факт збігу числового значення швидкості світла і хвиль Герца. З електромагнітної природи світла безпосередньо випливають його хвильові властивості. Зробимо застереження щодо деяких термінів. Маючи на увазі природу світла, говоримо, що вона електромагнітна. Хвильові, корпускулярні особливості світла, особливість прямолінійного поширення називаємо його властивостями. Пізнавальну цінність тут має короткий історичний екскурс в історію розвитку хвильових уявлень про світло (X. Гюйгенс, М.В. Ломоносов, Л. Ейлер, Т. Юнг, О. Френель, Д.К. Максвелл, Г. Герц).

Послідовність викладання оптики здійснюється відповідно до трьох основних властивостей світла. Властивість світла прямолінійно поширюватися в однорідному середовищі лежить в основі променевої або геометричної оптики. У цьому розділі основними є поняття променя та пучків променів із спільним центром (гомоцентричні пучки променів). На самому початку вивчення променевої оптики подається поняття про енергетичні фотометричні величини. Розділ власне фотометрії, де вводиться поняття про світловий потік, найкраще дати в кінці курсу оптики. Променева оптика пояснює будову та дію основних оптичних приладів.

З другою властивістю світла - хвильовою - пов'язаний наступний розділ оптики - світлові хвилі. Одним з центральних тут є поняття про швидкість поширення світла. З вивченням цієї величини пов'язаний розвиток оптики, теорії відносності та інших розділів фізики. Швидкість світла входить до фундаментальних фізичних констант. Історичну цінність має астрономічний метод визначення швидкості світла, запропонований Ремером. Методично важливим є метод Фуко, бо він вперше довів, що в оптично густіших середовищах світло поширюється повільніше, ніж в оптично менш густих. Важливо також спинитися на сучасних методах визначення швидкості світла. При цьому треба підкреслити скінченність величини швидкості світла, її інваріантність, незалежність від руху джерела.

Вивчаючи інтерференцію світла, насамперед треба розглянути закон незалежності поширення світлових пучків, принцип суперпозиції, а потім - умови інтерференції: наявність когерентних хвиль і однакового напряму коливань електричного вектора. Варто відзначити, що когерентні хвилі можна дістати або за допомогою дзеркал, призм, коли схрещуються дві частини того самого пучка світла, або розщепленням пучка світла на дві частини тонкими прозорими плівками. В обох випадках пучки світла утворюються від одного й того самого джерела світла. До створення квантових генераторів було неможливо утворити стійку інтерференційну картину від двох незалежних джерел світла. Важливо спинитися також на питанні перерозподілу енергії в інтерференційному полі, і на тому, що при цьому виконується: закон збереження енергії.

Технічні застосування інтерференції свідчать, як часом в оптиці найпростішими засобами можна досягти дуже великої точності вимірювань (пробні скельця).

Важливий етап формування уявлення про світлову хвилю - визначення її довжини. Досліди з інтерференції світла, наприклад з біпризмою, дають таку можливість. Звідси легко перейти до визначення метра в довжинах світлових хвиль згідно з міжнародною системою одиниць СІ.

Для пояснення явища дифракції світла розглядають принцип Гюйгенса. Зазначають, що ним легко пояснюються закони відбивання й заломлення світла, а показник заломлення пов'язується з швидкостями поширення світла у відповідних середовищах. Принцип Гюйгенса дає змогу пояснити якісно картину дифракції, а доповнення до нього, зроблене Френелем, - описати її кількісно.

Важливим висновком з теорії дифракції є положення про роздільну здатність ока та оптичних приладів. Із застосувань дифракції заслуговує на увагу дифракційна решітка.

Вивчення явища поляризації світла дає змогу довести поперечність світлових коливань. Це положення має принципове значення для підтвердження електромагнітної природи світла, бо електромагнітні хвилі поперечні. Закінчується цей розділ розглядом прикладів застосування поляризації світла.

Наступний розділ оптики пов'язаний з взаємодією світла з речовиною, В ньому розглядаються види випромінювань, джерела світла та спектри випромінювання. Взаємодія світла з речовиною є суто квантовим явищем. Тому тут вводиться поняття про квант енергії світла, про елементарну частинку світла - фотон і прояв квантових властивостей світла у фотоефекті, фотохімії та люмінесценції. Розглядаються досліди П.М. Лебедєва з вимірювання тиску світла. Особлива увага приділяється вивченню процесів випускання та вбирання фотонів нагрітими газоподібними тілами.

Закінчується вивчення оптики розглядом фотометрії та світлотехнічних вимірювань.

Цікаве про педагогіку і навчання:

Групова робота при проведенні нетрадиційного уроку з хімії
Групова навчальна діяльність учнів на практичних заняттях може бути й однорідною, й диференційованою. Використання групової навчальної діяльності гомогенних груп на практичних заняттях спрямоване на ...

Особливості роботи соціального педагога в загальноосвітній школі
Соціальний педагог — це фахівець із виховної роботи з дітьми, підлітками, молоддю, дорослими, який покликаний створювати сприятливі соціальні, навчально-виховні умови для розвитку й соціалізації особ ...

Сімейне виховання

Сімейне виховання

Загальновідомо, що становлення повноцінної особистості дитини залежить насамперед від системи стосунків у сім’ї.
Музичне виховання

Музичне виховання

Найскладнішою проблемою сучасної загальноосвітньої школи є забезпечення художньо-творчого розвитку учнів.

Головні теми

Copyright © 2019 - All Rights Reserved - www.educationua.net