Слайд 1Методика преподавания оптики
6.05.2013
Слайд 2Единый подход к изучению колебаний и волн в различной физической
природы
Изучается большой раздел
«Колебания и волны»,
в котором объединены колебания
и волновые процессы различной физической природы.
Смысл объединения материала:
Показать единство подхода к анализу явлений , которые описываются одними и теми же понятиями- смещения, амплитуды, фазы, частоты колебаний.
Слайд 3Цели:
Уметь приходить ко все более широким обобщениям.
Осуществлять перенос знаний
из одной области явлений на другие, родственные области.
Развить физическое мышление.
Слайд 4Что учащиеся должны знать?
Что колеблется?
Как колеблется?
Почему происходят
колебания?
Слайд 5Два направления изучения темы «Колебания и волны».
Учение представляет собой
ряд глав, посвященных изучению колебаний и процессов одной волновой природы:
Механические колебания и волны (включая звук).
Переменный ток, как вынужденные колебания.
Электрические колебания и электромагнитные волны, к которым примыкает волновая оптика.
Слайд 62) Колебания различной природы изучаются совместно.
Основные понятия гармонического колебательного
движения и его применение к свободным механическим и электрическим колебаниям
(маятник, электрический колебательный контур).
Слайд 7
Вынужденные колебания и резонанс в механических и электрических колебательных
системах и их применение в технике(переменный ток, радиосвязь, вибрация машин).
Волны-
механические, электрические, оптические,- в которой они изучаются совместно (интерференция всех видов волн, дифракция и т.д.).
Слайд 8Переход к геометрической оптике.
Слайд 9Пределы применимости.
Переход к геометрической оптике возможен только тогда, когда длина
световой волны значительно меньше размеров отверстий и экранов и величины
неоднородностей среды.
Если среда оптически однородна, то в зависимости от соотношения размеров препятствий и длины световой волны обнаруживаются волновые свойства света или проявляются законы геометрической оптики.
Слайд 10Световой луч - направление вдоль которого распространяется фронт световой волны
(нормаль к световой волне), или линия, вдоль которой распространяется световая
волна.
Слайд 11Измерение излучений и фотометрия.
Фотометрические величины- сила света, световой поток и
освещенность.
«Излучение и спектры»
Под термином «свет», или «оптическое излучение» следует понимать
электромагнитные волны в диапазоне от длинноволнового инфракрасного до мягкого рентгеновского излучения.
Слайд 122. Усвоение объективного метода обнаружения невидимых излучений оптического диапазона позволит
естественным образом перейти к применению объективных методов измерения видимого света.
Слайд 13Обязательно отметить!
Для измерения видимого излучения используются различные приемники : глаз
и фотоэлемент (обладающие неодинаковой избирательной чувствительностью к различным длинам волн
видимого света), термоэлементы (одинаково чувствительны к различным участкам видимого спектра), фотографические эмульсии (фотографический способ).
Слайд 14Кривые распределения энергий в спектре излучения, полученные с помощью прибора
селективного действия (фотоэлемента) и интегрального действия (термоэлемента) различны.
Слайд 15Закон сохранения и превращения энергии в оптике.
Слайд 16Отражение, преломление и поглощение света.
Энергия пучка падающего, например, на стеклянную
пластинку, равна сумме энергий отраженного, преломленного и поглощенного света
Обратимость светового
луча имеет
место только в геометрической
оптике.
Слайд 17Управление световыми пучками.
Понятие об энергии светового пучка позволяет разъяснить почему
стремятся применять вогнутые зеркала и собирающие линзы большого диаметра в
качестве объективов оптических приборов.
Слайд 18Интерференция.
В области интерференции происходит перераспределение энергии света.
Темные полосы- «гашение
света»
Светлые полосы – увеличение
интенсивности света, т.о.
общая энергия света
двух
когерентных пучков до
интерференции и в
результате ее остается
неизменной.
Слайд 19Фотоэлектрический эффект.
Уравнение Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта выражает закон сохранения и
превращения энергий для каждого элементарного акта освобождения фотоэлектрона из металла
.
Слайд 20Химическое действие света.
Согласно эквивалентности Эйнштейна каждому поглощенному фотону соответствует превращение
одной молекулы, поглотившей фотон.
Для этого должно быть выполнено условие:
hν
˃ D
При выполнении этого условия атомы продуктов разложения возбуждаются и при переходе в нормальное состояние испускают свет, частота которого меньше частоты поглощенного фотона.
Слайд 21Люминесценция.
В этом явление происходит трансформация света. Свет одной волны преобразуется
в свет другой длины волны. Лишь разность энергий между поглощенными
и испущенными фотонами превращается во внутреннюю энергию вещества и оно нагревается.
Слайд 24Необходимые для изучения волновой оптики понятия.
Гармоническое колебательное движение.
Вынужденные колебания.
Сложение колебаний.
Волна
и луч.
Когерентность.
Интерференция и дифракция волн.
Отражение волн.
Преломление электромагнитных волн.
Слайд 25Интерференция света.
Цель изучения - ответ на вопрос об определении длины
световой волны на основе интерференции.
Опыты по интерференции :
с зеркалами
и бипризмой Френеля(интерференция типа Френеля)
с тонкими пленками (интерференция типа Ньютона)
Слайд 26Явление интерференции света указывает на границы применимости одного из законов
геометрической оптики - закона независимости световых пучков.
Явление дифракции- на границы
применимости другого закона геометрической оптики-закона прямолинейного распространения света.
Слайд 27Поляризация света
Задача изучения - доказать, что световые волны поперечны.
Линейно поляризованным
(или плоскополяризованным) светом называются "световые волны, у которых направления колебаний
электрического и магнитного векторов в любой точке пространства остаются неизменными с течением времени"(Физическая оптика. Терминология).
Слайд 29Преломление и дисперсия.
Необходимо отличать явление разложения света в пространстве на
составные цвета (преломление немонохроматического света) от термина "дисперсия света" как
зависимости показателя преломления вещества от длины волны.
Причину и следствие необходимо различать, т.е. разложение света на составные цвета является следствием зависимости показателя от длины световой волны.
Слайд 30Предел разрешения оптических приборов.
Объяснение предела разрешения оптической системы при помощи
дифракции.
К объяснению прилагают:
а) ход пучков света через линзу;
б)
изображение дифракционных колец с центральными максимами;
в)частичное перекрывание дифракционных картин.
Слайд 31Наименьшее расстояние, между точками предмета (выраженное в угловой мере и
мерах длины), при котором эти точки еще изображаются оптической системой
раздельно, называется пределом разрешения.
Слайд 32Мнимое изображение.
Три методических вопроса.
1) Изучать отражение и преломление как опытные
факты, рассмотреть собирающее действие двояковыпуклой линзы и свойства глаза и
затем строить изображения в оптической системе "плоское зеркало-глаз",либо сохранить традиционный порядок изложения геометрической оптики и, когда будет изучен глаз, разъяснить ,что получение изображений в плоском зеркале требует участие глаза.
Слайд 332) Поскольку мнимые изображения получить на экране не возможно, то
при построении изображений необходимо прослеживать ход реальных пучков света до
последнего элемента оптической системы-сетчатки глаза.
Слайд 343) Целесообразно изучить понятие об угловом увеличении. Оно применимо для
любого изображения-действительного и мнимого. Линейное же увеличение для мнимого изображения
смысла не имеет.
Слайд 35Обращение изображений.
Фигуру будем называть симметричной ,если она идентична своему зеркальному
(в плоском зеркале) изображению и потому может быть наложена на
это изображение.
Слайд 36В сферических зеркалах и линзах действительные действительные изображения получаются обращенными.
Мнимые
изображения получаются прямыми.
Слайд 37Оптические приборы.
Изучаются приборы двух типов: проекционные приборы и приборы, служащие
для вооружения глаз.
Проекционные приборы - дают действительное изображение на экране,
глаз не участвует в образовании этого изображения. Проекционные приборы -проекционный фонарь, фотоувеличитель, фильмоскоп, кинопроектор. Для изучения выбирается один из них, т.к. принцип действия одинаков. Самое главное -выяснить роль конденсатора и объектива.
Слайд 38Оптические инструменты предназначены для вооружения глаза, работают совместно с глазом
и обеспечивают получение увеличенного действительного изображения на сетчатке глаза.
Оптические инструменты
глаза - лупа, микроскоп.
Слайд 39Действие света. Кванты света
Задача - разъяснить, что природа света -
электромагнитная, а свойства света - волновые и корпускулярные.
Сформировать понятие
о дискретности энергетических состояний атома и о фотоне.
Слайд 40Последовательность изучения материала.
1) Доказательство о существовании дискретных энергетических состояний атома.
2)
Квантовые постулаты Бора.
3) Введение понятия фотон.
Слайд 41Дискретность энергетических состояний атома.
Слайд 42Диаграмма уровней энергии атома.
Слайд 43Понятие о фотоне.
1) Вопрос о скорости света и его опытном
определении. Требуется объяснить, что скорость света в вакууме, хоть и
велика, но конечна. Она является предельной величиной. Лишь фотоны и нейтрино движутся со скоростью света. В различных инерциальных отсчета скорость света постоянна.
Слайд 442) Масса покоя фотона при любой скорости ,меньше скорости света,
равна нулю. Фотон движется только со скоростью света и существует
только при этой скорости.
3) Учебная программа предусматривает изложение вопроса о развитии взглядов на природу света, которое завершается сообщением первоначальных сведений о корпускулярно-волновом дуализме.
Слайд 45При изучении вопроса о природе и свойствах света необходимо подчеркнуть
следующее:
Свет, как и любое электромагнитное поле, материален.
Фотон не локализован в
точке.
Корпускулярность света заключается в том ,что фотон не делим.
Энергия фотона зависит от частоты, и увеличивается с ростом частоты.
