Введение основных понятий в оптику

Основные понятия оптики в школьном курсе физики

Содержание

Введение

1. Методика изучения темы «Отражение и преломление света»

Отражение света

Зеркала

Преломление света

Линзы

2. Методика изучения темы «Волновые свойства света»

Интерференция света

Дифракция света

Заключение

Список литературы

Введение

Учение о свете является одним из основных в современной физике. Основывается оно на волновых и квантовых представлениях о происхождении света. Законы оптики находят самое широкое применение в технике. В качестве примера можно привести измерения размеров тел, спектральный и люминесцентный анализы, исследования упругих свойств материалов и т. п. Свойства света используются в оптотехнике, связанной с получением изображений в оптических инструментах, светотехнике, занимающейся освещением и источниками света, и в фототехнике, в которой используются квантовые свойства света.

Принято разделять оптику на геометрическую и физическую. Геометрическая оптика базируется на четырех законах: законе прямолинейного распространения света в однородной среде, законе независимости световых пучков друг от друга, законе отражения и законе преломления света.

Геометрическая оптика основывается на геометрических представлениях и не объясняет природы оптических явлений. Перечисленные выше 4 закона относятся лишь к направлению распространения света, следовательно, имеют скорее геометрический смысл, чем физический.

Несмотря на большое значение оптики и её широкое применение в технике, содержание этого раздела в курсе физики средней школы не отражает в должной мере её успехов. Зачастую, традиционные вопросы курса геометрической (или лучевой) оптики в практике преподавания физики не получают правильного истолкования. Речь идет не столько о дополнении курса физики не имеющими принципиального характера подробностями, а о физическом истолковании принципиальных понятий и законов оптики. Чаще всего, у учеников в памяти после прохождения курса остаются лишь представления о свете как о лучах. Вместе с тем, известно, эти понятия являются такими же абстракциями, как и абсолютно твердое тело, точечный электрический заряд и т. п. Учащиеся пытаются применить абстрактное понятие о световых лучах как геометрических линиях к тем областям оптических явлений, где эти понятия утрачивают свое значение.

Программа по физике для средней школы содержит достаточный объем знаний по оптике. В программу включены также некоторые вопросы физической оптики — интерференция и дифракция света, фотоэффект, химическое действие света и их различные применения в автоматике и фотографии, излучение и поглощение света атомами и др. Однако методика изучения оптики, и в особенности геометрической (лучевой) оптики нуждается в значительном усовершенствовании. Необходимо сформировать правильное понимание у учащихся соотношения между волновой и геометрической оптикой, разъяснить пределы применимости последней. Пренебрежение волновыми свойствами света приводит к тому, что остаётся невыясненным, к примеру, почему существует предел увеличения оптических инструментов.

При изложении геометрической оптики в курсе физики средней школы не изучается закон сохранения и превращения энергии, не вводится понятие о световых пучках, не вводится понятие об управлении световым потоком посредством зеркал и линз, не рассматривается роль диафрагмы в получении изображений и глаза в формировании изображений, глаз не рассматривается совместно с оптической системой, например микроскопом и телескопом. Мнимое изображение не разъясняется достаточно полно. Не уделяется внимание области видения изображений, полю зрения.

1. Методика изучения темы «Отражение и преломление света»

Отражения света

Нужно сказать во введении к данной теме, что отражение и преломление света происходит на границе раздела двух сред. При разделении светового потока соблюдается закон сохранения энергии.

Особое внимание учащихся необходимо обратить на то, что при зеркальном отражении неровности отражающей поверхности должны быть значительно меньше 1 мкм. Такого же порядка неоднородности могут быть в незамутненной преломляющей среде.

С помощью следующих опытов можно показать разделение светового потока на отраженный и преломленный:

1. Для демонстрации необходим аквариум с флюоресцирующей жидкостью. Параллельный пучок световых лучей от проекционного фонаря направляется на экран. В качестве экрана можно использовать металлическое или стеклянное зеркало, поставленное под углом к световому потоку. Отраженный световой пучок направляется на поверхность воды в аквариуме под углом. Преломленный пучок света отчетливо виден во флюоресцирующей жидкости. Отраженный пучок можно принять на белый экран или увидеть в задымленном воздухе.

2. На оптической шайбе необходимо установить стеклянный полуцилиндр. Узкий пучок света от проектора направляется на плоскую поверхность цилиндра. В цилиндре виден пучок преломленного света, а на белом диске шайбы — отраженный световой пучок. При изменении угла падения пучка можно наблюдать изменение яркости преломленного и отраженного пучка. Яркость одного пучка увеличивается, а другого уменьшается.

Одновременно ставятся два опыта — опыт с волнами на поверхности жидкости (желательно со стробоскопом) и опыт с оптической шайбой, чтобы подтвердить закон отражения света.