Методические рекомендации по организации самостоятельной работы при решении задач по разделу: «Геометрическая оптика»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«РЯЗАНСКИЙ КОЛЛЕДЖ ЭЛЕКТРОНИКИ»

РАССМОТРЕНО	УТВЕРЖДАЮ
на заседании цикловой комиссии	Зам. директора по УМР
"Общепрофессиональных дисциплин"	_________ М.Е.Ларина
Председатель ЦК	«    »___________20____г.
____________/Е.Н.Зверева/

Методические рекомендации

по организации самостоятельной работы

при решении задач по разделу: «Геометрическая оптика»

по дисциплине: ФИЗИКА

для специальностей:

10.02.03 Информационная безопасность автоматизированных систем

23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта

22.02.06 Сварочное производство

15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

09.02.02  Компьютерные сети

09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям) 

Рязань,  2016

            Методические рекомендации для студентов по выполнению самостоятельной внеаудиторной работы по учебному предмету «Физика» при решении задач по разделу: «Геометрическая оптика»

           Методические рекомендации предназначены для организации самостоятельной внеаудиторной работы по учебному предмету «Физика» при решении задач по разделу: «Геометрическая оптика».

Методическое пособие включает в себя теоретический материал по разделу: «Геометрическая оптика», примеры решения задач типовых заданий по указанной тематике, задания для выполнения внеаудиторных работ по указанной тематике.

Предназначены для студентов первого курса среднего специального профессионального образования, обучающихся по специальностям технического профиля.

           Предназначены для студентов первого курса среднего специального профессионального образования, обучающихся по специальностям технического профиля.

            Методические рекомендации обсуждены и одобрены на заседании цикловой комиссии общеобразовательных дисциплин

.                                         

Председатель ЦК _________________   / Зверева Е.Н./

Разработчик ____________________/Тукумбетова Е.И./

Содержание:

Пояснительная записка	4
Введение	5
Методические указания к решению задач	6-7
I. Свет. Распространение света в прозрачной среде	8-12
II. Отражение света	13-15
III. Плоское зеркало	16-19
IV. Преломление света	20-25
V. Линзы	26-28
VI. Изображения, даваемые линзой	29-33
Заключение	34
Библиографический список	35
Приложение	36-38

Пояснительная записка

Данное методические рекомендации предназначены для студентов специальности

10.02.03 Информационная безопасность автоматизированных систем

23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта

22.02.06 Сварочное производство

15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

09.02.02  Компьютерные сети

09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям) при решении задач по разделу «Геометрическая оптика» по учебному предмету «Физика».

На каждом занятие преподавателю наряду с планированием учебного материала необходимо продумывать и вопрос о том, какие навыки самостоятельной работы получат на занятие студент.

Если студент научится самостоятельно изучать новый материал, пользуясь учебником или какими-то специально подобранными заданиями, то будет успешно решена задача сознательного овладения знаниями. Знания, которые усвоил студент сам, значительно прочнее тех, которые он получил после объяснения преподавателя. И в дальнейшем студент сможет самостоятельно ликвидировать пробелы в знаниях, расширять знания, творчески применять их в решении задач.

Цель данной методической разработки – последовательное изложение теории и устранение неясностей и проблем, которые могут возникнуть  у студента в процессе решения задач по разделу: «Геометрическая оптика».

Введение

В соответствии с рабочими программами по дисциплине «Физика» мною составлены методические разработки на тему: «Организация самостоятельной работы при решении задач по разделу «Геометрическая оптика». Эти методические разработки явились своего рода опорными конспектами для студентов при организации самостоятельной работы. Программа изучения дисциплины «Физика» предусматривает, кроме обязательных часов аудиторной работы, также и определенный объем самостоятельной внеаудиторной работы. Эффективная самостоятельная работа способствует формированию и развитию общих и профессиональных компетенций студентов.

Самостоятельная внеаудиторная работа обучающегося – это вид деятельности, выступающий как специфическая форма учебного и научного познания, внутренним содержанием которого является самостоятельное построение обучающимся способа достижения поставленной цели. Содержание самостоятельной внеаудиторной работы студентов имеет двуединый характер. С одной стороны, это совокупность учебных и практических заданий, которые должен выполнить обучающийся в процессе обучения, объект его деятельности. С другой стороны, это способ деятельности студента по выполнению соответствующего учебного теоретического или практического задания.

В нормативных документах определены цели самостоятельной внеаудиторной работы студентов:

 - закрепление, углубление, расширение и систематизация знаний, полученных во время аудиторных занятий, самостоятельное овладение новым учебным материалом;

 -  формирование общетрудовых и общепрофессиональных умений;

 -  формирование умений и навыков самостоятельного умственного труда;

 -  развитие самостоятельности мышления;

 - формирование убежденности, волевых черт характера, способности к самоорганизации.

Активная самостоятельная работа студентов возможна только при наличии серьезной и устойчивой мотивации.

Основным мотивом в обучении является желание стать квалифицированным рабочим, для чего необходимо углублять знания по профессии; проявлять интерес к учебному и профессиональному поиску; стремиться к интеллектуальному росту и расширению кругозора.

Самостоятельная работа студентов проводится с целью:

- систематизации и закрепления полученных теоретических знаний и практических умений студентов;

- углубления и расширения теоретических знаний;

- формирования умений использовать справочную документацию и специальную литературу;

- развития познавательных способностей и активности студентов: творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности;

- формированию самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации;

- развития исследовательских умений.

Роль самостоятельной работы возрастает, т.к. перед учебным заведением стоит задача в т. ч. и по формированию у студента потребности к самообразованию и самостоятельной познавательной деятельности.

Методические указания к решению задач

Физика является одной из тех наук, знание которых необходимо для успешного изучения общенаучных и специальных дисциплин. При изучении дисциплины «Физика» большое значение имеет практическое применение теоретических знаний при решении задач. Хорошо известно, что единственный способ научиться решать задачи – пытаться решать их самостоятельно, поэтому освоение дисциплины «Физика» невозможно без развития навыков и культуры решения физических задач, умения применять физические законы к анализу реальных процессов и явлений. При этом решение физической задачи всегда предполагает создание модели физического процесса, которая учитывает лишь существенные стороны явления, содержит неизбежные приближения и допущения. Решение практически любой задачи допускает применение различных методов, основанных на одних и тех же физических законах. Результатом решения должно стать выражение требуемых физических величин через величины, известные из условия задачи.

При решении каждой задачи необходимо полностью переписать условие, записать условие в кратком виде, при необходимости сделать поясняющий рисунок или схему. Образцы решения и оформления задач приведены в данном сборнике.

Приступая к решению задачи, внимательно ознакомьтесь с условием, вникните в постановку вопроса. Определите основные физические законы, которые можно использовать при решении задачи. В ходе решения необходимо пояснить и обосновать использование тех или иных законов, соотношений, формул. Ознакомьтесь с таблицами физических констант, которые даны в приложении, используя их при решении, не вводите иных обозначений и числовых значений для этих констант,

Для решения большинства задач требуется выполнить подробный и аккуратный чертеж, рисунок или схему (см. примеры решения). На чертеже указать все рассматриваемые объекты, обозначения, векторы, систему координат. В комментариях к рисунку разъяснить роль идеализаций и допущений, сделанных в задаче. В ряде случаев это облегчает решение задачи, позволяет представить физический процесс наглядно, а в задачах по геометрической оптике решение без чертежа или рисунка, как правило, невозможно.

За редким исключением, каждая задача должна быть решена в общем виде, так чтобы искомая величина была выражена через заданные в условии величины. Решение в общем виде позволяет проанализировать результат, получить определенную закономерность, понять, как зависит искомая величина от заданных в условии параметров. Полученное в общем виде решение необходимо проверить с точки зрения размерности в обобщенном (буквенном) виде. Если размерность не соответствует искомой физической величине, нужно искать ошибки в решении. В отдельных случаях возможна подстановка числовых данных в промежуточные выражения, если это существенно облегчает решение, а выражение для искомой величины слишком громоздкое.

Приступая к вычислениям, выразите все числовые данные в одной системе единиц, желательно, в СИ. Если в выражение входят отношения однородных физических величин в одинаковой степени, то их можно выражать в любых, но одинаковых единицах. Получив числовой ответ, проанализируйте его на разумность. Так скорость движения человека не превышает нескольких километров в час, а давление идеального газа – нескольких атмосфер. Косвенной проверкой может служить сравнение полученного значения с данными для этой физической величины в таблице к задаче. Округлите полученный результат, сохранив в нем столько значащих цифр, сколько содержится в других значениях для этой физической величины в таблице. Обычно достаточно двух значащих цифр.

Физика – наука точная, широко использующая математический аппарат. Физические величины могут быть скалярными или векторными.

Скалярные величины могут быть положительными и отрицательными и складываются алгебраически. Векторные величины складываются геометрически. Следовательно, без знания основ математики решать задачи по физике невозможно.

Обобщая вышесказанное, сформулируем перечень основных методических рекомендаций по выполнению индивидуального домашнего задания:

1. Внимательно прочитать условие задачи.

2. Сделать краткую запись данных величин (выразив их значения в одной системе измерений) и искомых величин.

3. В зависимости от условия задачи (где это возможно) сделать чертеж, схему или рисунок с обозначением данных задачи.

4. Выяснив, какие физические законы или явления лежат в основе данной задачи, записать их математические выражения, прокомментировать применение именно данных законов и соотношений.

5. Решить задачу в общем виде, выразив искомую физическую величину через заданные в задаче величины и физические постоянные величины (в буквенных обозначениях без подставки числовых значений в промежуточные формулы).

6. Проверить правильность размерности искомой физической величины.

7. Произвести вычисления, подставив числа в окончательную формулу и указать единицу измерения искомой физической величины.

8. Записать ответ в кратком виде. Если при решении задачи возникают осложнения с пониманием условии задачи и, как следствие, с конкретным способом её решения, необходимо внимательно ознакомиться с рекомендованной литературой, а именно, с теми разделами курса, которые нашли отражение в условиях. В случае неудачи рекомендуется обратиться за помощью к преподавателю.

Задачи по разделу «Геометрическая оптика» можно разделит по следующей типологии:

1.                  На применение закона прямолинейного распространения света в однородной среде;

2.                  На применение закона отражения света; на построение изображения в плоском зеркале;

3.                  На явление прямолинейного света;

4.                  На расчет оптической силы линзы;

5.                  На построение изображения в тонких линзах .

I. Свет. Распространение света в однородной среде.

Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет распространяется по прямым линиям.
Прямолинейное распространение света — факт, установленный ещё в глубокой древности. Об этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей эры).
Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени. Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на земле в солнечный день.

Предметы, освещаемые точечными источниками света, например, солнцем, отбрасывают четко очерченные тени. Карманный фонарик даёт узкий пучек света. Фактически о положении окружающих нас предметов в пространстве мы судим, подразумевая, что свет от объекта попадает в наш глаз по прямолинейным траекториям. Наша ориентация во внешнем мире целиком основана на предположении о прямолинейном распространении света.

Именно это допущение привело к представлению о световых лучах.

Световой луч - это прямая, вдоль которой распространяется свет. Условно лучом называют узкий пучок света. Если мы видим предмет, то это означает, что нам в глаз попадает свет от каждой точки предмета. Хотя световые лучи выходят из каждой точки по всем направлениям, но лишь узкий пучек этих лучей попадает в глаз наблюдателя. Если наблюдатель сдвинет голову чуть в сторону, то в его глаз от каждой точки предмета будет попадать уже другой пучек лучей.                                                    

На рисунке показана тень, полученная на экране при освещении точечным источником света S непрозрачного шара М. Так как шар непрозрачен, то он не пропускает свет, падающий на него; в результате на экране образуется тень. Такую тень можно получить в тёмной комнате, освещая шар карманным фонарём.
Если шар осветить двумя фонарями, то можно получить две тени и менее тёмные, чем тень от одного фонаря, так как тень освещена одним фонарём, а другая тень— вторым фонарем . Частично освещенные  участки  экрана    и  называются полутенями.
Можно так расположить два источника света, что обе полутени будут частично перекрывать друг друга и часть поверхности экрана окажется совершенно неосвещённой. Это полная тень.                                                          

Закон прямолинейного распространения света : в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Доказательством этого закона является образование тени и полутени.

В домашних условиях можно выполнить несколько опытов - доказательств этого закона. Если мы хотим, чтобы свет от лампы не попадал в глаза, мы можем поместить между лампой и глазами лист бумаги, руку или надеть на лампу абажур. Если бы свет распространялся не по прямым линиям, то он мог бы обогнуть препятствие и попасть к нам в глаза. Например от звука нельзя "загородиться" рукой, он обогнёт это препятствие и мы будем его слышать.

Таким образом, описанный пример показывает, что свет не огибает препятствие, а распространяется прямолинейно.

Теперь возьмём маленький источник света, например карманный фонарик S. Расположим на некотором расстоянии от неё экран, то есть в каждую его точку попадает свет. Если между точечным источником света S и экраном разместить непрозрачное тело, например мячик, то на экране увидим темное изображение очертаний этого тела - тёмный круг, поскольку за ним образовалась тень - пространство, куда не попадается свет от источника S. Если бы свет распространялся не прямолинейно и луч не был бы прямой линией, то тень могла бы не образоваться или имела бы другую форму и размеры.

Но чётко ограниченную тень, которая получена в описанном опыте, мы видим в жизни не всегда. Такая тень образовалась, потому что в качестве источника света мы использовали лампочку, размеры спирали которой намного меньше, чем расстояние от неё до экрана.

Если в качестве источника света взять большую, сравнительно с препятствием, лампу, размеры спирали которой сравнимы с расстоянием от неё до экрана, то вокруг тени на экране образуется еще и частично освещенное пространство - полутень.

Образование полутени не противоречит закону прямолинейного распространения света, а, наоборот, подтверждает его. Ведь в данном случае источник света нельзя считать точечным. Он состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи. Поэтому на экране имеются области, в которые свет от одних точек источника попадает, а от других не попадает. Таким образом эти области экрана освещены лишь частично, там и образуется полутень. В центральную область экрана не попадает свет ни от одной точки лампы, там наблюдается полная тень. 

Очевидно, что если наш глаз находился бы в области тени, то мы не увидели бы источник света. Из области полутени мы видели бы часть лампы. Это мы и наблюдаем при солнечном или лунном затмении.

И последний опыт. Положите на стол кусок картона и воткните в него две булавки в нескольких сантиметрах друг от друга. Между этими булавками воткните ещё две-три булавки так, чтобы, глядя на одну из крайних, вы увидели только её, а остальные булавки были бы закрыты от нашего взгляда ею. Выньте булавки, приложите линейку к следам в картоне от двух крайних булавок и проведите прямую. Как расположены следы от других булавок по отношению к этой прямой?

Прямолинейностью распространения света пользуются при провешивании прямых линий на поверхности земли и под землей в метро, при определении расстояний на земле, на море и в воздухе. Когда контролируют прямолинейность изделий по лучу зрения, то опять-таки используют прямолинейность распространения света.
Весьма вероятно, что и само понятие о прямой линии возникло из представления о прямолинейном распространении света.

Примеры решения задач.

1. Диаметр источника света равен 10 см. Расстояние от него до экрана равно 2 м. На каком расстоянии следует расположить мяч от источника света диаметром 5 см, чтобы на экране:

(I вариант решает) размеры тени были равны половине размера мяча;

(II вариант решает) была только полутень мяча?

Дано:                                                                      Решение

I) D = 10 см = 0,1 м d = 5 см = 0,05 м r = 2,5 см = 0,025 м L = 2 м Найти l

Из подобия трапеций:   = ,

 rl = dL – dl ⇨ l(r + d) = dL⇨ l =  ; l =  =  = 1 м.

Ответ: l=1 м

Дано:                                                                      Решение

II) D = 10 см = 0,1 м d = 5 см = 0,05 м r = 0; L = 2 м Найти l

Из подобия треугольников:  =

dL = DL – Dl⇨ Dl = DL – dL⇨ L =  ; l =  = 1 м

Ответ: l=1 м.

2. Уличный фонарь висит на высоте 4 м. Какой длины тень отбросит палка высотой 1 м, если ее установить вертикально на расстоянии 3 м от основания фонарного столба?

Дано:                                                                      Решение

H = 4 м h = 1 м l = 3 м Найти x

Из подобия треугольников:  = ⇨Hx = hl + hx  ⇨   х =  ; x =  = 1 м

Ответ: х=1м.

3. На какой высоте находится уличный фонарь, если длина тени, отбрасываемой палкой длиной 1,5 м, которая установлена на расстоянии 3 м от основания столба, оказалось равной 3 м?

Дано:                                                                      Решение

h = 1,5 м l = 3 м Найти Н

Из подобия треугольников  =  => H =  ; H =  = 3м

Ответ: Н=3м.

4. Уличный фонарь висит на высоте 3 м. Палка длиной 12 м, установленная вертикально в некотором месте, отбрасывает тень, длина которой равна длине палки. На каком расстоянии от столба расположена палка?

Дано:                                                                      Решение

H = 3 м h = 1,2 м x = 1,2 м Найти l

Из подобия треугольников  =  => l =  ; l =  = 1,8 м

Ответ: 1,8 м.

5. Человек ростом h проходит в стороне от висящего на высоте H фонаря. С какой скоростью V будет двигаться тень от его головы, если человек идет равномерно и прямолинейно со скоростью v?

Решение.

На рис. изображены положения человека, разделенные промежутками времени ∆t.

Из подобия треугольников ADC и ABO:  =  (1)

Из подобия треугольников AFO и CEO:   =  (2), где v – скорость человека, V – скорость тени.

Сложим равенства (1) и (2),  +  = 1, тогда V = v  .

Задачи для самостоятельного решения.

1. Нагретый утюг и горящая электрическая лампа являются источником излучения. Чем отличаются друг от друга создаваемые этими источниками излучения? (Что такое свет?)

2. В романе Г. Уэллса «Человек-невидимка» герой романа изобрел особый состав и, выпив его, стал невидимым. Может ли такой человек-невидимка видеть сам? (Что значит видеть предмет?)

3. На крытых стадионах часто можно наблюдать, что у спортсменов, находящихся на поле, четыре тени. Чем это можно объяснить?

4. Как нужно держать карандаш над столом, чтобы получить резко очерченную тень, если источником света служит закрепленная у потолка лампа дневного света, имеющая форму длинной трубки? Проверьте свой ответ экспериментом.

5. Почему тень от ног на земле резко очерчена, а тень головы более расплывчата? При каких условиях тень всюду будет одинаково отчетлива?

II. Отражение света.

Известно, что в солнечный день при помощи зеркала можно получить световой «зайчик» на стене, на полу или потолке.

Объясняется это тем, что пучок света, падая на зеркало, отражается от него, то есть изменяет направление. Световой «зайчик» — это след отражённого пучка света на каком-либо экране. Опыт показывает, что свет всегда отражается от границы, разделяющей две среды разной оптической плотности.

Поверхностью зеркала разделяются две среды разной оптической плотности. Если поверхность зеркала представляет собой часть плоскости, то зеркало называется плоским.

На поверхность раздела двух сред MN из точки S падает луч света, направление которого задано лучом SO. Направление отражённого луча показано лучом OB. SO — падающий луч, ОВ — отражённый. Из точки падения луча О проведён перпендикуляр ОС к поверхности MN. Угол SOC, образованный падающим лучом SO и перпендикуляром ОС, называется углом падения. Угол СОВ, образованный тем же перпендикуляром ОС и отражённым лучом, называется углом отражения.

При изменении угла падения луча будет меняться и угол отражения. Это явление удобно наблюдать на специальном приборе. Прибор представляет собой диск на подставке. На диске нанесена круговая шкала с ценой деления 10° и проведены два перпендикулярных друг к другу диаметра: 0—0 и 90—90. По краю диска можно передвигать осветитель, дающий узкий пучок света.Установим плоское зеркало на диске так, как показано на рисунке. Если пучок света падает на зеркало под углом 40°, то под таким же углом он и отражается от зеркала. Передвигая осветитель по краю диска, будем менять угол падения луча и каждый раз отмечать соответствующий ему угол отражения. Мы обнаружим, что во всех случаях угол отражения равен углу падения луча. При этом лучи отражённый и падающий лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к зеркалу в точке падения луча.

Таким образом, отражение света происходит по следующим законам:

1. Луч падения, луч отражения и перпендикуляр к границе раздела двух сред, поставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости.

2. Угол падения равен углу отражения.

3. Если   луч   падает   на   зеркало   в   направлении   ВО (рис. первый на странице), то отражённый луч пойдёт в направлении OS. Следовательно,   падающий  и   отражённый  лучи   могут меняться местами, т.е. обратимы.

Примеры решения задач.

1. Если на лист бумаги попадает масло, то можно прочитать текст, написанный на обороте листа. Дайте объяснение этому явлению. (Как меняется отражение света при заполнении маслом пор бумаги?)

Решение:

Бумага имеет волокнистое строение и большое количество пор. Падающий на нее свет сильно рассеивается, и прочитать текст, написанный на обратной стороне, невозможно. Масло, заполняя поры, уменьшает рассеяние света, и он проходит через бумагу без значительных отклонений, поэтому текст легко прочитать.

2. Человек, находясь на берегу, плохо видит предметы на дне водоема даже при прозрачной воде. Почему, забравшись на стоящее у воды дерево, он увидит их значительно лучше? (От чего зависит степень отражения света от поверхности воды?)

Решение:

Световой поток, исходящий от предметов, находящихся на дне водоема, во втором случае испытывает меньшее отражение от поверхности воды, так как падает на нее под меньшим углом, поэтому видимость улучшается.

3. Угол отражения луча от зеркала 35º. Чему равен угол между зеркалом и падающим на него лучом? (Что такое угол отражения?)

Решение: Угол падения равен 35º по закону отражения, значит угол между зеркалом и падающим на него лучом равен 90º - 35º = 55º

4. Под каким углом должен падать луч на зеркало, чтобы угол между отраженным и падающим лучами был равен 70º?

Решение:

φ =  = 55º (между зеркалом и падающим лучом);

5. Высота Солнца такова, что его лучи составляют с горизонтом 60º. Сделайте чертеж и покажите на нем, как нужно расположить зеркало, чтобы «зайчик» попал на дно колодца.

Решение:

OO’- линия горизонта, AOO’ =  = 60º 1)        OA’ OO’, т.к. OA’ – отраженный луч, который должен по условию осветить дно колодца. 2)        OK – биссектриса AOA’, т.к. α = α’ – по закону отражения света. 3) MN ⏊ OK, т.к. OK – перпендикуляр к поверхности зеркала в т. падения луча. MN – зеркало нужно расположить под ∠β к вертикали.

6.  Глупо улыбаясь, Том забавлялся, играя с куском зеркала, который он выменял у Роджерса на огрызок спелого яблока. Вдруг он заметил, что солнечный луч, отразившись от зеркала, пошел горизонтально. Под каким углом x к горизонту стояло в этот момент зеркало, если солнечные лучи падали на землю под углом φ = 60º к ее поверхности?

φ = 60º; x - ?

1)                 Находим построением зеркала. 2)                 ∠O’OA’ = φ + α + α’ = φ + 2α = 180º α =  = 60º x = φ – β = φ – (90º - α) = 60º - (90º - 60º) = 30º

                                                                                                         I. 

                                                                                                         II. 

Задачи для самостоятельного решения.

1. Справедливы ли законы отражения сета в случае падения света на лист белой бумаги? (Выполните построение для пучка параллельных лучей)

2. Угол падения луча на зеркало 0º. Чему равен угол между зеркалом и отраженным от него лучом? (Что такое угол падения?)

3. Найдите построением ход луча, падающего на зеркало, если известен ход луча, отраженного от зеркала.

4. Напрягая все свои силы, Абдула все-таки дополз до колодца. Ничего не увидев в черном отверстии, он вынул из кармана осколок плоского зеркала. Под каким углом x к горизонту ему следует расположить зеркало, чтобы лучами палящего солнца, падающими под углом φ = 60º к земной поверхности, осветить дно узкого вертикального колодца?

III. Плоское зеркало.

Изображение предмета в плоском зеркале образуется за зеркалом, то есть там, где предмета на самом деле нет. Как это получается?

Пусть из светящейся точки S падают на зеркало MN расходящиеся лучи SA и SB. Отражённые зеркалом, они останутся расходящимися. В глаз, расположенный как показано на рисунке, попадает расходящийся пучок света, исходящий как будто бы из точки S1. Эта точка является точкой пересечения отражённых лучей, продолженных за зеркало. Точка S1 называется мнимым изображением точки S потому, что из точки S1 свет не исходит.

Рассмотрим, как располагаются источник света и его мнимое изображение относительно зеркала.

Укрепим на подставке кусок плоского стекла в вертикальном положении. Поставив перед стеклом зажжённую свечу, мы увидим в стекле, как в зеркале, изображение свечи. Возьмём теперь вторую такую же, но незажжённую свечу и расположим её по другую сторону стекла.

Передвигая вторую свечу, найдём такое положение, при котором вторая свеча будет казаться тоже зажжённой. Это значит, что незажжённая свеча находится на том же месте, где наблюдается изображение зажжённой свечи. Измерив расстояния от свечи до стекла и от её изображения до стекла, убедимся, что эти расстояния одинаковы.

Таким образом, мнимое изображение предмета в плоском зеркале находится на таком же расстоянии от зеркала, на каком находится сам предмет.

Предмет и его изображение в зеркале представляют собой не тождественные, а симметричные фигуры. Например, зеркальное изображение правой перчатки представляет собой левую перчатку, которую можно совместить с правой, лишь вывернув её наизнанку. Изображение предмета, даваемое плоским зеркалом, формируется за счет лучей, отраженных от зеркальной поверхности.

На рисунке показано, как глаз воспринимает изображение точки S в зеркале. Лучи SО, SО1 и SО2 отражаются от зеркала в соответствии с законами отражения . Луч SО падает на зеркало перпендикулярно ( = 0°) и, отражаясь ( = 0°), не попадает в глаз. Лучи SО1 и SО2 после отражения попадают в глаз расходящимся пучком, глаз воспринимает светящуюся точку S1 за зеркалом. На самом деле в точке S1 сходятся продолжения отраженных лучей (пунктир), а не сами лучи (это только кажется, что попадающие в глаз расходящиеся лучи исходят из точек, расположенных в "зазеркалье"), поэтому такое изображение называют воображаемым (или мнимым), а точка из которой, как нам кажется, исходит каждый пучок, и есть точка изображения. Каждой точке объекта соответствует точка изображения.

Вследствие закона отражения света мнимое изображение предмета располагается симметрично относительно зеркальной поверхности. Размер изображения равен размеру самого предмета.

В действительности световые лучи не проходят сквозь зеркало. Нам только кажется, будто свет исходит от изображения, поскольку наш мозг воспринимает попадающий к нам в глаза свет как свет от источника, находящегося перед нами. Так как лучи в действительности не сходятся в изображении, поместив лист белой бумаги или фотоплёнку в то место, где находится изображение, мы не получим никакого изображения. Поэтому такое изображение называют мнимым. Его следует отличать от действительного изображения, через которое свет проходит и которое можно получить, поместив там, где оно находится, лист бумаги или фотоплёнку. Как мы увидим в дальнейшем, действительные изображения можно формировать с помощью линз и кривых зеркал (например, сферических).

Точки S и S' симметричны относительно зеркала: SО = ОS'. Их отображение в плоском зеркале воображаемое, прямое (не обратное), одинаковое по размерам с предметом и расположено на таком же расстоянии от зеркала, что и сам предмет.

Примеры решения задач.

1.  Постройте изображение треугольника ABC в плоском зеркале. Определите графически область видения изображения.

Решение:

2. В магазинах готовой одежды часто устанавливают большие, в рост человека, зеркала. Какой минимальный размер должно иметь плоское зеркало, чтобы человек мог видеть себя в полный рост, не меняя положения головы?

Решение:

Построим изображение предмета AB в плоском зеркале CD, параллельном предмету. Из законов отражения света A’B’ симметрично AB относительно зеркала, т.е. на таком же расстоянии от зеркала, что и предмет. Из чертежа видно, что достаточно иметь зеркало такого размера CD, чтобы из т. A было видно и т. A’ и т. B’. Но CD = ½ A’B’ = ½ AB, т.е. минимальный размер зеркала должен быть равен половине человеческого роста.

3. Постройте изображение точки в двух плоских зеркалах, если угол между ними равен: (1) - 120º; (2) - 60º;  (3) - 45º. Сколько изображений получается? Сколько изображений точки получится, если угол между ними равен 360º= n, где n – натуральное число?

Решение: 1- n =  = 3, 2- n =  = 6, 3- n =  = 8. Значит, если угол между зеркалами равен 360 ÷ n, где n – натуральное число, то получится n – 1 изображений.

4. Перед плоским зеркалом, составляющим с вертикалью угол 30º, расположен карандаш так, что его изображение лежит в горизонтальной плоскости. Под каким углом расположены друг к другу карандаш и его изображение в зеркале, если один из концов карандаша касается плоскости зеркала?

Дано φ = 30º BAB’ - ?

Решение: B’C ⏊ AC AB’⏊ AD ∠AB’C = ∠CAD = φ BC = CB’; AC – общая; ABC = △AB’C; ∠BAC = ∠CAB’ = 180º - 90º - φ = 60º ∠BAB’ = 2∠BAC = 120º

Задачи для самостоятельного решения.

1. Человек приближается к зеркалу со скоростью 1 м/с. С какой скоростью приближается: а) изображение человека к зеркалу; б) изображение человека к самому человеку. С какой скоростью нужно удалять зеркало от человека, чтобы расстояние между человеком и изображением не менялось?

2. Девочка стоит в полутора метрах от плоского зеркала. На каком расстоянии от себя она видит в нем свое изображение? Как изменится это расстояние, если она отойдет от зеркала еще на полметра?

3. Для наблюдения за поверхностью моря с подводной лодки, идущей на небольшой глубине, или для наблюдения за местностью из бункера используют прибор перископ (от греч. слова «перескопо» – смотрю вокруг, осматриваю).

IV. Преломление света.

Если световой пучок падает на поверхность, разделяющую две прозрачные среды разной оптической плотности, например воздух и воду, то часть света отражается от этой поверхности, а другая часть — проникает во вторую среду. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе этих сред. Это явление называется преломле­нием света.
Рассмотрим преломление света подробнее. На рисунке показаны: падающий луч АО, преломлённый луч ОВ и перпендикуляр CD, восстановленный из точки падения О к поверхности, разделяющей две разные среды. Угол АОС— угол падения, угол DOB— угол преломле­ния. Угол преломления DOB меньше угла падения АОС.

Луч света при переходе из воздуха в воду меняет своё направление, приближаясь к перпендикуляру CD. Вода — среда оптически более плотная, чем воздух. Если воду заменить какой-либо иной прозрачней средой, оптически более плотной, чем воздух, то преломлённый луч также будет приближаться к перпендикуляру. Поэтому можно сказать:  если  свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения.

Опыты показывают, что при одном и том же угле падения угол преломления тем меньше, чем плотнее в оптическом отношении среда, в которую проникает луч.
Если на пути преломлённого луча расположить перпендикулярно лучу зеркало,  то свет   отразится от зеркала и выйдет из воды в воздух по направлению падающего луча. Следовательно, лучи падающий и преломлённый обратимы так же, как обратимы падающий и отражённый лучи.

Если свет идёт из среды более оптически плотной в среду менее плотную, то угол преломления луча больше угла падения.

Давайте проведем дома маленький эксперимент дома маленький эксперимент. Нам надо опустить в стакан с водой карандаш, и он покажется поломанным. Это можно объяснить только тем, что лучи света, идущие от карандаша, имеют в воде другое направление, чем в воздухе, т. е. происходит преломление света на границе воздуха с водой. Когда свет переходит из одной среды в другую, на границе раздела происходит отражение части падающего на неё света. Остальная часть света проникает в новую среду. Если свет падает под углом к поверхности раздела, отличным от прямого, от на границе световой луч изменяет своё направление. Это и называется явлением преломлением света. Явление преломления света наблюдается на границе двух прозрачных сред и объясняется разной скоростью распространения света в различных средах. В вакууме скорость света составляет приблизительно 300000 км/с, во всех других средах она меньше.

На рисунке ниже показан луч, переходящий из воздуха в воду. Угол α называется углом падения луча, а  β - углом преломления. Обратите внимание на то, что в воде луч приближается к нормали. Так происходит всякий раз, когда луч попадает в среду, где скорость света меньше. Если же свет распространяется из одной среды в другую, где скорость света больше, то он отклоняется от нормали.

Преломлением обусловлен целый ряд широко известных оптических иллюзий. Например, наблюдателю на берегу, кажется, что у человека, зашедшего в воду по пояс, ноги стали короче.

Законы преломления света.

Из всего сказанного заключаем:
1 . На границе раздела двух сред различной оптической плотности луч света при переходе из одной среды в другую меняет своё направление.
2. При переходе луча света в среду с большей оптической плотностью угол преломления меньше угла падения; при переходе луча света из оптически более плотной среды в среду менее плотную угол преломления больше угла падения.
Преломление света сопровождается отражением, причём с увеличением угла падения яркость отражённого пучка возрастает, а преломлённого ослабевает. Это можно увидеть проводя опыт, изображённом на рисунке. Следовательно, отражённый пучок уносит с собой тем больше   световой   энергии,   чем   больше   угол   падения.

Пусть MN -граница раздела двух прозрачных сред, например, воздуха и воды, АО -падающий луч, ОВ - преломленный луч, α -угол падения, β -угол преломления, v₁ -скорость распространения света в первой среде, v₂ - скорость распространения света во второй среде .

Первый закон преломления звучит так: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной для данных двух сред:

, где n_2,1- относительный показатель преломления (показатель преломления второй среды относительно первой).

Второй закон преломления света очень напоминает второй закон отражения света:

падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный в точку падения луча, лежит в одной плоскости.

Абсолютный показатель преломления.

Скорость распространения света в воздухе почти не отличается от скорости света в вакууме:  с =3∙10⁸м/с.

Если свет попадает из вакуума в какую-нибудь среду, то n_2,1=n₂/n₁, где n - абсолютный показатель преломления данной среды. Относительный показатель преломления двух сред связанный с абсолютными показателями преломления этих сред, где n₂ и n₁ соответственно абсолютные показатели преломления первой и второй сред.

Абсолютные показатели преломления света:

Вещество 

Алмаз 2,42. Кварц 1,54. Воздух (при нормальных условиях) 1,00029. Этиловый спирт 1,36. Вода 1,33. Лёд 1,31. Скипидар 1,47. Плавленый кварц 1,46. Крон 1,52. Лёгкий флинт 1,58. Хлорид натрия (соль) 1,53.

(Как мы увидим в дальнейшем, показатель преломления n несколько меняется в зависимости от длины волны света – постоянное значение он сохраняет только в вакууме. Поэтому приведённые в таблице данные соответствуют желтому свету с длинной волны ᴫ=589 н.)

Оптическая плотность среды.

Если абсолютный показатель преломления первой среды меньше абсолютного показателя преломления второй среды, то первая среда имеет меньшую оптическую плотность, нежели вторая и α>β. Оптическую плотность среды не следует путать с плотностью вещества.

Прохождение света сквозь плоско-параллельную пластинку и призму.

Большое практическое значение имеет прохождение света через прозрачные тела различной формы. Рассмотрим наиболее простые случаи.
Направим луч света сквозь толстую плоскопараллельную пластинку (пластинку, ограниченную параллельными гранями). Проходя через пластинку, луч света преломляется дважды: один раз при входе в пластинку, второй раз при выходе из пластинки в воздух.

Прошедший через пластинку луч света остаётся параллельным своему первоначальному направлению и только немного смещается. Это смещение тем больше, чем толще пластинка и чем больше угол падения. Величина смещения зависит и от того, из какого вещества изготовлена пластинка.

Примером плоскопараллельной пластинки служит оконное стекло. Но рассматривая предметы через стекло, мы не замечаем изменений в их расположении и форме потому, что стекло тонкое; лучи света, проходя оконное стекло, смещаются незначительно.

Если рассматривать какой-либо предмет через призму, то предмет кажется смещённым. Идущий от предмета луч света падает на призму в точке А, преломляется и идёт внутри призмы по направлению  АВ Дойдя до второй грани призмы. луч света ещё раз преломляется, отклоняясь к основанию призмы. Поэтому кажется, что луч идет из точки. расположенной на продолжении луча ВС, то есть предмет кажется смещённым к вершине угла, образованного преломляющими гранями призмы.

Полное отражение света.

Красивое зрелище представляет собой фонтан, у которого выбрасываемые струи освещаются изнутри. Объясним это явление чуть ниже.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную наблюдается явление полного отражения света. Угол преломления в этом случае больший по сравнению с углом падения α. При увеличении угла падения световых лучей от источника S на поверхность раздела двух сред МN наступит такой момент, когда преломленный луч пойдет вдоль границы раздела двух сред, то есть β= 90°.

Угол падения α₀, которому отвечает угол преломления β= 90°, называют граничным углом полного отражения.

Если превысить этот угол, то лучи не выйдут из первой среды вообще, будет наблюдаться только явление отражения света от границы раздела двух сред.

Из первого закона преломления: . Так как , то . Если вторая среда - воздух (вакуум), то  где n - абсолютный показатель преломления среды, из которой идут лучи.

Объяснение явления наблюдаемого вами в опыте довольно простое. Луч света проходит вдоль струи воды и попадает на изогнутую поверхность под углом, большим предельного, испытывает полное внутреннее отражение, а затем опять попадает на противоположную сторону струи под углом опять больше предельного. Так луч проходит вдоль струи, изгибаясь вместе с ней.

Но если бы свет полностью отражался внутри струи, то она не была бы видна извне. Часть света рассеивается водой, пузырьками воздуха и различными примесями, имеющимися в ней, а также вследствие неровностей поверхности струи, поэтому она видна снаружи.

Примеры решения задач.

1. Луч света падает на границу раздела сред воздух – жидкость под углом 45º и преломляется под углом 30º. Каков показатель преломления жидкости? Каким будет угол преломления, если луч падает на границу сред жидкость – воздух под углом 30º?

Дано:  α = 45º γ = 30º n - ?

Решение n = ;  =  = ;  = = n =  =  = 1,4 Если угол падения луча на границу сред жидкость – воздух равен 30º, то по свойству обратимости светового луча угол преломления будет 45º.

2. Начертите ход лучей, изображенных на рисунке (а – I вариант; б – II вариант), если показатель преломления жидкости равен 1,4.

Решение: Воспользовавшись данными и решением предыдущей задачи, получим, что в первом случае угол преломления луча будет равен 30º, а во втором - 45º.

3. На дне ручья лежит камешек. Мальчик, желая толкнуть его палкой, держит ее под углом 45º. На каком расстоянии от камешка воткнется палка в дно ручья, если его глубина 50 см? Считайте, что n воды равен 1,4.

Дано: α = 45º n = 1, γ = 30º (см. задачу IV.5) h = 50 см = 0,5 м BC - ?

Решение IV.8.       Воспользуемся чертежом к предыдущей задаче. BC = AC – AB AC найдем из △AOC, в котором ∠OAC – прямой, а ∠AOC = α = 45º => AC = AO = h = 0,5 м AB найдем из △AOB:   =  => AB = AO ; AB = h = 0,5 м  0,3 м BC = 0,5 м – 0,3 м = 0,2 м

4.  Между светящейся точкой и глазом помещена плоскопараллельная пластинка. Постройте изображение точки.

Решение: S’ – изображение точки S

Задачи для самостоятельного решения.

1. Если посмотреть на окружающие тела через теплый воздух, поднимающийся от костра, то они кажутся «дрожащими». Почему? Каковы особенности явления преломления?

2. Камешки, лежащие на дне водоема, кажутся колеблющимися, если поверхность воды в водоеме не совсем спокойная. Почему?

3. На рисунке изображено преломление луча на границе раздела двух сред. Какая среда оптически более плотная? В какой среде свет распространяется быстрее?

4. Луч света падает: а) из воздуха в стекло; б) из стекла в воздух. Изобразите дальнейший ход луча.

5. Как нужно целиться в предмет, находящийся под водой, чтобы попасть в него – выше или ниже предмета? (Выполните построение хода луча).

I. 

II. 

III. 

IV. 

6. Параллельные лучи 1 и 2 идут из воды в воздух, но луч 2, прежде чем выйти в воздух, проходит через стеклянную плоскопараллельную пластину. Покажите дальнейший ход лучей 1 и 2. Сделайте вывод относительно хода этих лучей в воздухе.

V. Линзы.

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными (чаще всего сферическими) или криволинейной и плоской поверхностями. Линзы делятся на выпуклые и вогнутые.

Линзы, у которых середина толще, чем края, называются выпуклыми. Линзы, у которых середина тоньше, чем края, называются вогнутыми.

Если показатель преломления линзы больше, чем показатель преломления окружающей среды, то в выпуклой линзе параллельный пучок лучей после преломления преобразуется в сходящий пучок. Такие линзы называются собирающими (рис. 89, а). Если в линзе параллельный пучок преобразуется в расходящийся пучок, то эти линзы называются рассеивающими (рис. 89, б). Вогнутые линзы, у которых внешней средой служит воздух, являются рассеивающими.

O₁, О₂ - геометрические центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Прямая О₁О₂, соединяющая центры этих сферических поверхностей, называется главной оптической осью. Обычно рассматриваем тонкие линзы, у которых толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, поэтому точки C₁ и С₂ (вершины сегментов) лежат близко друг к другу, их можно заменить одной точкой О, называемой оптическим центром линзы (см. рис. 89а). Всякая прямая, проведенная через оптический центр линзы под углом к главной оптической оси, называется побочной оптической осью (А₁A₂ B₁B₂).

Если на собирающую линзу падает пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после преломления в линзе они собираются в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы (рис. 90, а).

В фокусе рассеивающей линзы пересекаются продолжения лучей, которые до преломления были параллельны ее главной оптической оси (рис. 90, б). Фокус рассеивающей линзы мнимый. Главных фокусов - два; они расположены на главной оптической оси на одинаковом расстоянии от оптического центра линзы по разные стороны.

Величина, обратная фокусному расстоянию линзы, называется ее оптической силой. Оптическая сила линзы - D.

За единицу оптической силы линзы в СИ принимают диоптрию. Диоптрия - оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Оптическая сила собирающей линзы положительная, рассеивающей - отрицательная.

Плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно к главной оптической оси, называется фокальной (рис. 91). Пучок лучей, падающих на линзу параллельно какой-либо побочной оптической оси, собирается в точке пересечения этой оси с фокальной плоскостью.

Примеры решение задач.

1. Оптическая сила линзы 0,2 дптр. Чему равно фокусное расстояние этой линзы?

Дано: D = 0,2 дптр. F - ?

Решение: F =  (D = ); F =  = 5 м Ответ: F= 3 м

2. Чему равна оптическая сила системы двух линз, одна из которых имеет фокусное расстояние F₁ = -20 см, а другая – оптическую силу D₂ = 2 дптр.?

Дано: F1 = - 20 см = - 0,2 м D2 = 2 дптр. D - ?

Решение: D = D1 + D2 =  + D2 D =  + 2 дптр= - 5 дптр + 2 дптр = - 3 дптр Ответ: D= -3 дптр

3. Как можно получить действительное изображение в воздухе при помощи рассеивающей линзы?

Решение: 

Для того чтобы с помощью рассеивающей линзы получить в воздухе действительное изображение, необходимо направить на нее светящийся пучок лучей, поместив перед ней, т.е. ближе к источнику света, собирающую линзу, имеющую соответствующее фокусное расстояние.

4. На рассеивающую линзу падает цилиндрический пучок света параллельно главной оптической оси. Диаметр пучка d = 5 см. За линзой на расстоянии L = 20 см установлен экран. Диаметр пучка D на экране 15 см. Определите фокусное расстояние линзы. (Выполните чертеж и ищите подобные геометрические фигуры).

Решение:

 Чтобы фокусное расстояние глаза сохранялось одинаковым и в воздухе и под водой, необходимо, чтобы лучи, идущие от удаленных предметов, не преломлялись на передней поверхности роговицы. Значит, эта поверхность должна быть плоской.

Дано: d = 5 см L = 20 см D = 15 см F - ?

Решение

Треугольники FAB и FCB подобны.

; FD = dL +dF

F = ; F =  = 10 см.

Ответ: F=10 cм.

Задачи для самостоятельного решения.

1. На рисунке изображены линза, ее главная оптическая ось и ход луча, падающего на линзу. Постройте дальнейший ход луча.

I. 

II. 

III. 

IV. 

V. 

V.1. 

2. Предложите способ определения фокусного расстояния собирающей линзы, если в вашем распоряжении есть только линза и линейка.

3. Имеются 2 линзы: собирающая с фокусным расстоянием F₁ = 40 см и рассеивающая с оптической силой D₂  = 7,5 дптр. Чему равна оптическая сила этой системы линз?

4. Какую форму должна была бы иметь передняя поверхность роговицы глаза воображаемого животного, которое одинаково хорошо видело бы удаленные предметы в воздухе и в воде без дополнительной аккомодации?

                                                                                                               VI.         Изображения, даваемые линзой.

Для построения изображения в линзе достаточно взять по два луча от каждой точки предмета и найти их точку пересечения после преломления в линзе. Удобно пользоваться лучами, ход которых после преломления в линзе известен. Так, луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через главный фокус; луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется; луч, проходящий через главный фокус линзы, после преломления идет параллельно главной оптической оси; луч, падающий на линзу параллельно побочной оптической оси, после преломления в линзе проходит через точку пересечения оси с фокальной плоскостью.

Пусть светящаяся точка S лежит на главной оптической оси.

Выбираем произвольно луч и параллельно ему проводим побочную оптическую ось (рис. 92). Через точку пересечения побочной оптической оси с фокальной плоскостью пройдет выбранный луч после преломления в линзе. Точка пересечения данного луча с главной оптической осью (второй луч) даст действительное изображение точки S - S`.

Рассмотрим построение изображения предмета в выпуклой линзе.

Пусть точка лежит вне главной оптической оси, тогда изображение S` можно построить с помощью любых двух лучей, приведенных на рис. 93.

Если предмет расположен в бесконечности, то лучи пересекутся в фокусе (рис. 94).

Если предмет расположен за точкой двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, уменьшенным (фотоаппарат, глаз) (рис. 95).

Если предмет расположен в точке двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, равным предмету (рис. 96).

Если предмет расположен между фокусом и точкой двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, увеличенным (фотоувеличитель, киноаппарат, фильмоскоп) (рис. 97).

Если предмет расположен в фокусе, то изображение будет в бесконечности (изображения не будет) (рис. 98).

Если предмет расположен между фокусом и оптическим центром линзы, то изображение будет мнимым, прямым, увеличенным (лупа) (рис. 99).

При любом расстоянии от предмета до рассеивающей линзы она дает мнимое, прямое, уменьшенное изображение (рис. 100).

Чтобы научиться правильно, строить изображение предмета, даваемое линзой и более сложными оптическими приборами, чертеж нужно выполнять в такой последовательности:

1.                  Изобразить линзу и начертить ее оптическую ось.

2.                  По обе стороны от линзы отложить ее фокусные расстояния и двойные фокусные расстояния (на чертеже они имеют произвольное значение, если нет специальных указаний, но по обе стороны от линзы одинаковое).

3.                  Изобразить предмет там, где это указано в задании.

4.                  Начертить ход двух лучей, исходящих от крайней точки предмета (пользуйтесь лучами, ход которых вам известен).

5.                  Точка пересечения лучей, прошедших сквозь линзу (действительная или мнимая), является изображением крайней точки предмета.

6.                  Повторить п. 4 и п. 5 для остальных точек, которыми ограничен предмет.

7.                  Сделать вывод: какое изображение получено (действительное или мнимое; прямое или перевернутое; уменьшенное или увеличенное) и где оно расположено.

Примеры решение задач.

1. На рис. даны ход произвольного луча в линзе и положение ее главной оптической оси и оптического центра. Найдите построением положение фокусов линзы.

Решение

1) Строим побочную оптическую ось, параллельную падающему лучу, до пересечения с преломленным лучом в случае а) и продолжением преломленного луча в случае б).

2) Из т. Пересечения опускаем перпендикуляр на главную оптическую ось. Точка пересечения этого перпендикуляра с г.о.о. будет являться главным фокусом линзы.

3) На таком же расстоянии от оптического центра по другую сторону от линзы будет второй главный фокус.

2. Постройте изображение точечного источника света, лежащего на главной оптической оси между фокусом и двойным фокусом:

(I вариант) – в собирающей линзе;

(II вариант) – в рассеивающей линзе.

Решение.

 

1)             Проведем фокальную плоскость линзы – ф.п. (⏊ г.о.о.)

2)             Строим побочную оптическую ось – п.о.о.

3)           Из источника строим падающий на линзу луч, параллельный п.о.о.

4)             Преломленный луч в случае а) и продолжение преломленного луча в случае б) должен пройти через т. пересечения ф.п. и п.о.о., а точка пересечения его с г.о.о. будет являться изображением точечного источника S – S’.

3.  Как нужно расположить две собирающие линзы, чтобы пучок параллельных лучей, пройдя через обе линзы, стал снова параллельным?

Решение

Линзы надо расположить таким образом, чтобы совпали их главные фокусы. Ход лучей представлен на рис.:

4. В фокальной плоскости собирающей линзы расположено плоское зеркало. Предмет находится перед линзой, между фокусом и двойным фокусом. Постройте его изображение и охарактеризуйте полученное изображение.

Решение:

Изображение:

·                    действительное;

·                    обратное;

·                    такого же размера, что и предмет.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Постройте изображение предмета, ограниченного двумя точками (отрезка) а) в собирающей; б) в рассеивающей линзе, если он расположен:

(1 колонка) – между линзой и фокусом;

(2 колонка) – между фокусом и двойным фокусом;

(3 колонка) – за двойным фокусом.

Какие изображения дает собирающая линза? В чем особенность изображений, даваемых рассеивающей линзой?

I. 

II. 

III. 

IV. 

V. 

VI. 

VI.1. 

2. С помощью линзы (какой?) на экране получено изображение пламени свечи. Изменится ли и как это изображение, если половину линзы закрыть непрозрачным экраном?

3. На рис. Даны положение главной оптической силы линзы, источник S и его изображение S’ в линзе. Найдите построением положение оптического центра линзы и ее фокусов. Определите тип линзы. (Воспользуйтесь выводами, полученными в задаче VI.1).

4. Найдите построением положение рассеивающей линзы и ее фокусов, если размеры предмета AB = 10 см, его изображения A’B’ = 5 см,  точки B и B’ лежат на главной оптической оси линзы и расстояние между ними 4 см. (Выполните построение, выдерживая масштаб, найдите подобные фигуры).

Заключение

Самостоятельная работа всегда завершается какими-либо результатами. Это выполненные задания, упражнения, решенные задачи, построенные графики, подготовленные ответы на вопросы.

Таким образом, широкое использование методов самостоятельной работы, побуждающих к  мыслительной и практической деятельности, развивает столь важные интеллектуальные качества человека, обеспечивающие в дальнейшем его стремление к постоянному овладению знаниями и применению их на практике.

В процессе изучения физики наряду с некоторыми теоретическими сведениями студенты овладевают определенными приемами решения задач. Обычно с такими приемами знакомит сам преподаватель, показывая решение задач нового образца. Наиболее эффективным при этом является такой подход, при котором преподаватель раскрывает перед студентами технологию решения задачи, показывает, чем мотивировано применение некоторого метода решения, чем обусловлен выбор того или иного пути.

Работа над задачей тоже может быть полностью самостоятельной работой студентов. Она преследует несколько целей:

·  продолжить формирование умений самостоятельно изучать текст, который в данном случае представляет собой задачу;

·                     обучить рассуждениям;

·  обучить оформлению решения задач. К тому же студенты будут знать, что у них имеется образец рассуждений и оформления задачи, к которому они могут обратиться при решении другой задачи или при проверке правильности своего решения.

Непременным условием усвоения новых теоретических сведений и овладения новыми приемами решения задач является выполнение студентами тренировочных упражнений, в ходе которого приобретенные знания становятся полным достоянием студентов. Как известно, существуют две формы организации такой тренировочной работы — фронтальная работа и самостоятельная работа.

Большие возможности для подготовки студентов к творческому труду и пополнению знаний имеет самостоятельное выполнение заданий. В этом случае студент без какой-либо помощи должен наметить пути решения, правильно выполнить все построения, преобразования, вычисления и т. п. В таком случае мысль студента работает наиболее интенсивно. Он приобретает практический навык работы в ситуации, с которой ему неоднократно придется сталкиваться в последующей трудовой деятельности. Вместе с тем самостоятельная работа студентов на уроках физики имеет и свои недостатки. Усилия студента могут оказаться напрасными и не привести к результату, если он недостаточно подготовлен к решению поставленной задачи. Студент не слышит комментариев к решению, а рассуждения, которые он проводит мысленно, могут быть не всегда правильными и достаточно полными, причем возможности обнаружить это студент не имеет. Вообще при самостоятельном выполнении заданий мыслительные процессы не могут быть проконтролированы преподавателем. Поэтому даже верный ответ может оказаться случайным. Исправление ошибок, допущенных при самостоятельной работе, происходит в ходе ее проверки по окончании всей работы. Поэтому, выполняя упражнение самостоятельно, студент, не усвоивший материал, может повторять одну и ту же ошибку от примера к примеру и невольно закрепить неправильный алгоритм.

Библиографический список.

1. Дмитриева В.Ф. Физика// Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. М.,2003
2. Енохович А.С. Краткий справочник по физике. М.,2003
3. Сборник задач по физике. Учебное пособие для средних специальных учебных заведений.\ Под ред. Р.А.Гладковой.- М.:Наука,2006
4. Сборник задач, упражнений и лабораторных работ по физике \ Под ред. Н.Д.Глухова . М.,2009
5. Савченко Н.Е. Задачи по физике с анализом решения.- М.: Просвещение, 2006
6. Рябоволов Г.И., Дадалова Н.Р., Самойленко П.И., Сборник дидактических заданий по физике. М.,2000
7. ФГОС среднего (полного) образования [электронный ресурс]//http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=6408
8. Типовое положение об образовательном учреждении СПО от 18.07.2008г № 543[электронный ресурс]//http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=78463
9. Рекомендации по планированию и организации самостоятельной работы студентов образовательных учреждений СПО в условиях действия ГОС СПО. Письмо Минобразования России от 29.12 2000 г. №16-52 [электронный ресурс]//http://news-city.info/akty/prawila-44/tekst-fz-pravitelstvo-russia.htm
10. Нормативные требования к организации самостоятельной работы при реализации ФГОС НПО/СПО нового поколения [электронный ресурс]// http://ogk.edu.ru/sites/all/files/materialy_vystupleniya.pdf
11. Организация внеаудиторной самостоятельной работы студентов (общие положения) [электронный ресурс]//reaviz.ru›content_files/file_uploads/ovsrs.doc
12. Самостоятельная внеаудиторная работа как один из компонентов речевого развития студентов техникума (из опыта работы) [электронный ресурс]// http://do.gendocs.ru/docs/index-245296.html
13. Хомина, О.Н. Организация внеаудиторной самостоятельной обучающихся при переходе на ФГОС [электронный ресурс] //http://nsportal.ru/shkola/obshchepedagogicheskie-tekhnologii/library/organizaciya-vneauditornoy-samostoyatelnoy-raboty

Приложение 1

Контрольная работа по разделу «Геометрическая оптика»

I вариант. 1.                  Дерево, освещенное солнцем, отбрасывает тень длиной 9 м, а человек ростом 175 см – тень длиной 3 м. Чему равна высота дерева? 2.                  Угол между падающим и отраженным лучами 30º. Каким будет угол отражения, если угол падения увеличится на 10º? Ответ поясните чертежом. 3.                  Луч падает на плоскую стеклянную пластинку с параллельными гранями. Сколько преломлений испытает луч? Покажите дальнейший ход луча. 4.                  Оптическая сила линзы + 4 дптр. Найдите ее фокусное расстояние. Какая это линза – собирающая или рассеивающая? 5.                  Постройте изображение стрелки в линзе. Какое это изображение?

II вариант. 1.                Длина тени от вертикально поставленной метровой линейки 50 см. Какова длина тени от стоящего рядом дома высотой 16 м? 2.                Предмет находится от плоского зеркала на расстоянии 20 см. На каком расстоянии от предмета окажется его изображение, если предмет отодвинуть на 10 см от зеркала? Сделайте чертеж. 3.                На плоское зеркало, лежащее на дне пустого аквариума, падает луч света. Покажите дальнейший ход луча, если в аквариум налить воды до уровня AB. 4.                Фокусное расстояние линзы 40 см. В середине линза ме, чем по краям. Какая это линза? Найдите ее оптическую силу. 5.                 Постройте изображение стрелки в линзе. Какое это изображение?

Приложение 2. Показатели преломления веществ

Приложение 3. Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц

Множитель	Приставка	Приставка	Наименование множителя	Пример
1012	тера	Т	триолион	ТПа
109	гига	г	миллиард	ГПа
106	мега	М	миллион	МПа
103	кило	к	тысяча	кПа
10-3	милли	м	одна тысячная	мПа
10-6	микро	мк	одна милионная	мкПа
10-9	нано	н	одна миллиардная	нПа
10-12	пико	п	одна триллионная	пПа

Приложение 4. Таблица синусов, косинусов, тангенсов и котангенсов

Приложение 5. Постоянные величины