Сторінка
18

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

Зображення предмета в плоскому дзеркалі (Модель 2. Плоске дзеркало) формується за рахунок променів, відбитих від дзеркальної поверхні. Предмет і його уявне зображення розташовуються симетрично щодо дзеркала, розмір зображення дорівнює розмірові предмета.

Комп'ютерна модель ілюструє хід променів у плоскому дзеркалі. Зверніть увагу, що якщо предмет розташовується перпендикулярно до дзеркала, то його уявне зображення виявляється перевернутим. Якби предмет розташовувався паралельно дзеркальної поверхні, то його уявне зображення виявилося би прямим.

Модель дозволяє змінювати положення предмета щодо дзеркала або за допомогою миші.

Модель 2. Плоске дзеркало

Модель 3. Сферичне дзеркало

Комп'ютерна модель 3 (Сферичне дзеркало) ілюструє хід променів при відображенні від ввігнутого і опуклого сферичних дзеркал і утворення зображень (прямих і перевернених, дійсних і уявних). Можна змінювати оптичну силу дзеркала F–1 і відстань d від предмета до дзеркала. На екрані за допомогою стандартних променів будується зображення предмета, і висвічуються значення відстані f від дзеркала до зображення і лінійного збільшення Γ = – (f / d). Для прямих зображень Γ > 0, для перевернених Γ < 0.

Положення предмета щодо дзеркала, а також розташування на екрані всієї системи – предмета, його зображення і дзеркала – можна змінювати за допомогою миші.

Комп'ютерна модель 4 (Тонка лінза.) дозволяє створювати на екрані тонкі лінзи, що збирають і розсіюють з різною оптичною силою. Модель будує зображення за допомогою пари стандартних променів і визначає положення зображення і його характер, а також лінійне збільшення. Положення предмета щодо лінзи можна змінювати за допомогою миші. Установивши курсор на оптичний центр лінзи, і кликнувши мишею, можна переміщати по екрані всю систему в цілому: предмет, його зображення і саму лінзу.

Модель 4. Тонка лінза

Комп'ютерна модель 5 (Система двох лінз.) призначена для вивчення системи з двох лінз. Можна змінювати положення обох лінз щодо предмета за допомогою миші. У широких межах можна змінювати оптичні сили (F–1) обох лінз. Комп'ютер обчислює положення першого і другого зображень і визначає лінійні збільшення системи з двох лінз і кожної лінзи окремо. Точковий предмет розташовується на загальній оптичній осі лінз. На дисплеї висвічується хід двох довільних променів від предмета, що випробують заломлення в обох лінзах.

Модель 5. Система двох лінз

Комп'ютерна модель 6 (Око як оптичний інструмент.), призначена для вивчення роботи ока як оптичного приладу. Моделюється хід променів в очній оптиці і визначається положення зображення об'єкта щодо сітківки для трьох різних типів очей – нормального, короткозорого і далекозорого. Кожний з цих трьох типів очей володіє своєю далекою точкою акомодації (при розслабленому очному м'язі) і відстанню найкращого зору, при якому око може тривалий час розглядати дрібні деталі предмета без надмірної напруги. У нормального ока відстань найкращого зору приймається рівним 25 см. При сильній напрузі очного м'яза око може акомодуватися на свою ближню точку акомодації. Око здатне автоматично перебудовувати акомодацію на предмети, розташовані між ближньою і далекою точками акомодації. Комп'ютерна програма дозволяє змоделювати роботу ока в трьох режимах: око акомодоване на відстань найкращого зору (нормальна акомодація), око акомодоване на далеку точку акомодації і режим автоматичної акомодації ока.

Моделюється також дія окулярних лінз при акомодації ока на далеку точку або на відстань найкращого зору.

Зверніть увагу, що оптична сила окулярів, призначених для розглядання вилучених предметів, може не збігатися з оптичною силою окулярів, призначених для читання дрібного тексту.

Положення предмета щодо ока можна змінювати або за допомогою миші.

Модель 6. Око як оптичний інструмент

Модель 7. Мікроскоп

В комп’ютерній моделі мікроскопа можна змінювати фокусні відстані F1 і F2 об’єктива і окуляра. Відстань Δ між ними вибрана рівна 16 см (стандартна довжина тубуса мікроскопів). На екрані дисплея висвічується хід променів в мікроскопі і вказується лінійне збільшення. Зверніть увагу, що в комп’ютерній моделі умова F1, F2 << Δ не виконується.

Комп'ютерна програма 8, моделює роботу підзорної труби Кеплера, яка складається з двох збиральних лінз. Підзорна труба Кеплера призначена для астрономічних спостережень, так як вона дає перевернуте зображення, що незручно для земних спостережень. Програма, що око спостерігача акомодований на безмежність. То в трубі реалізується телескопічний хід променів – паралельний пучок променів від віддаленого предмета, що входить в об'єктив під кутом ψ, виходить з окуляра також паралельним пучком, але під іншим кутом φ по відношенню до оптичної вісі. Відношення кутів γ = φ / ψ називається кутовим збільшенням підзорної труби. Кутове збільшення труби можна виразити через фокусну відстань об'єктива F1 і окуляра F2:

Від'ємні значення γ показують на перевернутий характер зображення.

Можна виміряти фокусні відстані F1 і F2 об'єктива і окуляра, а також кут ψ нахилу що входить в об'єктив пучка променів. На екрані дисплея висвічуються значення кута φ і кутового збільшення γ.

Модель 8. Зорова труба Кеплера

Звичайно, такі демонстрації будуть мати успіх, якщо вчитель працює з невеликою групою учнів, яких можна розсадити поблизу монітора комп'ютера або, якщо в кабінеті мається проекційна техніка, що дозволяє відобразити екран комп'ютера на стінний екран великого розміру. У противному випадку вчитель може запропонувати учнем самостійно попрацювати з моделями в комп'ютерному класі або в домашніх умовах, що іноді буває більш реально. Слід зазначити, що при індивідуальній роботі учні з великим інтересом повозяться з запропонованими моделями, пробують усі регулювання, як правило, не особливо вникаючи у фізичний зміст демонстрації на екрані. Як показує практичний досвід, звичайному школяреві конкретна модель може бути цікава в плині 3 -5 хвилин, а потім неминуче виникає питання: А що робити далі? Опитування, що проводив автор після такої самостійної роботи, показали, що навчальний ефект незначний, тому що діти при такій роботі мало що розуміють.

Що ж потрібно зробити, щоб урок у комп'ютерному класі був не тільки цікавий за формою, але і дав максимальний навчальний ефект?