Сторінка
11

Психолого-педагогічні аспекти комп’ютерного моделювання при вивченні розділу "Геометричної оптики"

Викладають це питання на основі енергетичних уявлень. На місці виникнення дійсного зображення відбувається насправді концентрація енергії світла, що може бути виявлено фотоелементом, термометром, фотопапііром і ін. Уявне зображення не можна одержати на екрані або фоточутливій плівці. Його називають уявним, видуманим тому, що реально в даному місці простору воно не існує (його немає). У тім місці де «перебуває» це уявне зображення, енергія світла не концентрується. Це добре ілюструє відомий досвід зі скляною пластиною, поставленої вертикально, і двома вертикальними свічами, одна з яких запалена. Розташувавши останню перед дзеркалом, ставлять за ним другу свічку, незасвічену, у такім місці, щоб при спостереженні крізь скло вона здавалася палаючою. Вимірюванням доводять, що свічки виявляються розташованими на рівних відстанях від дзеркала.

Вивчення теми починають із нагадування факту прямолінійного поширення світла, котрий уже відомий учням з курсу природознавства й життєвих спостережень, пов'язаних із цим явищем (форма світлового пучка в повітрі від прожектора, кишенькового ліхтаря, пучки сонячного світла, що поширюються через щілини в пиловому повітрі затемненої кімнати і т. п.). Незважаючи на такий достаток життєвих спостережень, на уроці обов'язково потрібно використати експеримент.

На приладі по геометричній оптиці, звертають увагу школярів на те, що подібні досвіди й спостереження переконують у прямолінійному поширенні світла в однорідному середовищі.

Корисно повідомити, що про прямолінійне поширення світла писав ще засновник геометрії Евклід за 300 років до нашої ери й, імовірно, поняття про пряму лінію виникло з подання про прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі.

Необхідно розповісти й про практичне застосування цього явища для визначення відстаней до недоступних предметів (у геодезії, військовому справі, астрономії).

З метою закріплення матеріалу й придбання практичних умінь на цьому уроці школярам пропонують короткочасну лабораторну роботу – фронтальний експеримент зі шпильками по «провешиванию прямій лінії» (мал. 2.1.3.). Окремим учням можна рекомендувати виготовити вдома камеру-обскуру (мал. 2.1.4.), а на уроці розповісти про роботу з нею.

Мал. 2.1.4.

Один з наслідків прямолінійного поширення світла в однорідному середовищі – утворення тіні й півтіні й зокрема, сонячне й місячне затьмарення. Причини затьмарень уже з'ясовували в курсах природознавства й географії, тому, опираючись на попередні знання учнів, можна різноманітити методи роботи. На уроках, де розглядається даний матеріал, можна заслухати доповіді й повідомлення учнів, супроводжувані демонстрацією досвідів з таблицями, діапозитивами. Звертають увагу учнів на те, що із затьмареннями в минулі часи, було зв'язано багато марновірств, але сучасна наука дозволяє з великою точністю пророчити час їхнього настання. Корисно запропонувати учнем домашні експериментальні завдання по дослідженню розміру тіні (у порівнянні із предметом) і по визначенню розміру предмета, по його тіні.

Мал. 2.1.5.

Приступаючи до вивчення законів відбивання світла, доцільно насамперед показати явища відбивання й заломлення світла на границі двох прозорих середовищ саме так, як вони відбуваються в дійсності (тобто одночасно). При демонстрації відповідних досвідів з оптичною шайбою (мал. 2.1.5.) або із прямокутною посудиною з водяним розчином флюоресцина (Мал. 2.1.6, а) звертають увагу учнів на те, що при падінні пучка світла на границю двох середовищ (повітря – скло або повітря – вода) пучок роздвоюється: одна його частина повертається в перше середовище (це явище називають відбиванням світла), а інша проникає в друге середовище, змінивши свій напрямок (заломлення світла). Пояснення супроводжують малюнком, на якому вказують назви променів і кутів і їхні літерні позначення, підкреслюють, що на малюнку кожний пучок світла представлений його центральним променем (мал. 2.1.6, б).

Мал. 2.1.6.

При вивченні законів відбивання світла зі школярами розбирають наступні питання: «У якій площині лежить відбитий промінь?», «У якому напрямку треба шукати відбитий промінь у цій площині?», «Як співвідносяться між собою кути падіння й відбивання?» – і на основі аналізу результатів експерименту із оптичною шайбою роблять висновок.

Урок по вивченню закону відбивання можна побудувати й таким чином, що основний висновок (рівність кутів падіння й відбивання) учні одержують повністю самостійно, у процесі виконання лабораторного експерименту.

Після встановлення закону відбивання з'ясовують відмінність дзеркального й розсіяного відбивання світла. Зробити це можна в процесі самостійної роботи з підручником. На початку уроку показують наступні демонстрації: направивши кілька паралельних пучків світла на плоске дзеркало, укріплене на оптичній шайбі, з'ясовують, що вони залишаються паралельними й після відбивання. Далі в добре затемненому класі перед проекційним апаратом встановлюють плоске дзеркало так, щоб світло після відбивання потрапить на стелю або на стіну класу. На стелі одержують різко обкреслену світлу пляму. Інша частина стелі залишається темною, у класі світліше не стає. Звернувши на цю увагу учнів, задають питання: «Чи відбивається світло від вати?» Замінивши дзеркало ватою, спостерігають, що значна частина стелі освітлена й у класі стало світліше. Після цього учням пропонують розглянути малюнки на екрані ЕОМ, де показаний що паралельний світловий пучок відбивається від дзеркальної поверхні у вигляді паралельного ж пучка, так само строго спрямованого (мал. 2.1.7, а), а шорсткувата поверхня відбиває падаючий на неї світло в усіх напрямках (мал. 2.1.7, б). У процесі колективного обговорення з'ясовують різницю між дзеркальним і розсіяним відбиттям і яке значення має розсіяне відбиття в нашому житті. Навколишні нас предмети видні тому, що вони розсіюють світло, що йде від Сонця й штучних джерел світла.

При вивченні дзеркального відбивання показують, що плоске дзеркало тільки змінює напрямок ходу променів світла, але не може перетворювати пучки світла. У даному місці курсу фіксують увага школярів саме на цьому, а плоскі дзеркала розглядають як пристосування, що служать для зміни напрямку світлового пучка світла. Цей матеріал закріплюють системою вправ по конкретній зміні напрямку променя дзеркалом (паралельний пучок світла піднімають або опускають на яку-небудь задану висоту, змінюють горизонтальний напрямок пучка світла на вертикальне й т. п.). Показують, що зображення в плоскому дзеркалі перебуває за дзеркалом і на тій же відстані (мал. 2.1.2.).

Вивчення явища переломлення світла починають за допомогою ЕОМ із повторення досвідів по одночасному відбиттю й заломленню світла на границі двох прозорих середовищ. Нагадують, який промінь називається падаючим, а який – заломленим, показують і позначають відповідні кути, повторюють закони відбивання. Потім експериментально з оптичною шайбою (заломлення світла при проходженні через скляний напівциліндр) показують, що заломлений промінь лежить у тій же площині, що й падаючий промінь. Звертають увагу на те, що кут заломлення світла в склі змінюється при зміні кута падіння, зв'язок між цими кутами більш складний, чим при відбиванні світла.