Дисперсия - это явление зависимости показателя преломления или скорости света от частоты.

При изучении темы «Интерференция света. Лабораторная работа «Наблюдение интерференции света» ставятся цели:

1) образовательная – формирование понятия интерференции света,

2) развивающая - развитие умений практически подтверждать наблюдения при выполнении лабораторной работы,

3) воспитательная - развитие умений правильно оформлять отчет по лабораторной работе.

При изучении темы «Решение задач» ставятся цели:

1) образовательная – формирование навыка решения задач на применение законов прямолинейного распространения, отражения и преломления света,

2) развивающая - развитие умений практически подтверждать законы прямолинейного распространения, отражения и преломления света при решении задач,

3) воспитательная - развитие умений правильно оформлять решение задач.

Таким образом, выбор определенных приемов, использование элементов технологий позволит так сконструировать учебный процесс, чтобы урок отвечал современным требованиям и вызывал интерес у учащихся.

2.2 Методические рекомендации по изучению основных понятий и законов темы

Тему «Световые явления» начинают изучать с факта прямолинейного распространения света, с которым обучающиеся знакомы из курса природоведения и из жизненных наблюдений.

При рассмотрении световых явлений существуют две, основные проблемы: как распространяется свет от источника в однородной среде и как ведет себя на границе двух сред. При этом, здесь можно выделить три главные части: прямолинейность распространения света, законы отражения и явление преломления света. Оставшийся материал содержит в себе следствия этих положений.

В курсе восьмого класса изучаются лишь элементы геометрической оптики. Представление о природе света, понятие скорости света, явление разложения белого света в спектр и так далее в процессе изучения данной темы не затрагивается. Изучение материала носит в основном качественный характер. Изложение ведется с использованием модели «световой луч» и основывается на опыты.

При изучении световых явлений большое значение имеет графическая наглядность – использование доски, таблиц. Но до построения изображения на доске и в тетради, необходимо показать действительный вид световых пучков и получаемые изображения предметов, с помощью приборов стремиться создавать наглядное представление о световых явлениях.

При рассмотрении данной темы учащиеся изучают только две количественных зависимостей: закон отражения света и связь между фокусным расстоянием и оптической силой линзы. Следовательно, решение расчетных задач очень ограничено. Поэтому, при выборе качественных задач, должно быть обращено внимание, на формирование у школьников умение объяснять явления.

При изучении световых явлений часто приходится оперировать понятием «луч света». Строгое определение этому понятию, в данном разделе школьного курса, дать нельзя. Поэтому на первых же уроках следует демонстрировать эти пучки с помощью прибора по геометрической оптике (оптический диск), а на доске показать графическое изображение луча и различных пучков света.

Световой луч можно рассматривать как ось светового пучка.

При этом следует обратить внимание учащихся, что не следует представлять луч, как очень тонкий пучок света и считать, что, уменьшая отверстие прибора, получим геометрический луч. В то же время необходимо, чтобы с понятием «луч света» обучающиеся связывали представление о линии, указывающей направление распространения света.

П омимо понятия «луч света» в геометрической оптике существуют другие идеализированные понятия: световая точка или точечный источник света. Школьники уже знакомы с тем, что точка не имеет размеров. Но при изучении световых явлений используются источники света, имеющие конечные размеры (из-за этого даже на близких расстояниях тень предмета является размытой).

В связи с этим необходимо, чтобы учащиеся четко понимали, что если источник света сравнительно не велик и расположен достаточно далеко от прибора, преобразующий световой пучок, то такой источник можно считать точечным.

После ознакомления с начальными понятиями темы – луч света и источник света переходят к изучению двух важных закономерностей: закона отражения и закона преломления света. Здесь возникают дополнительные понятия такие как: углы падения, отражения, преломления, границы раздела двух сред и обратимость световых лучей.

Перед объяснением закона отражения отмечают тот факт, что человек видит окружающие предметы по двум причинам: во-первых, предметы сами могут излучать свет (ранее уже говорилось об источниках света), во-вторых, человек видит предметы, потому что они отражают свет, причем подобных предметов несравненно больше. Далее отмечают, что поверхности предметов по-разному отражают свет, это зависит от того поверхность зеркальная или шероховатая (в первом случае свет отражается зеркально, во втором – рассеивается). Чтобы показать эту разницу, апеллируют к жизненному опыту, но желательно показать демонстрационный эксперимент (отражение от гладкой поверхности – стекло, металлическая гладкая поверхность, отражение от листа бумаги). Затем приступают к экспериментальному выводу закона отражения (с помощью оптического диска), получению количественного соотношения между углом падения и углом отражения (a=b). Знание закона отражения, в дальнейшем позволит обучающимся перейти к построению изображения в плоском зеркале – зеркале, поверхность которого, представляет собой плоскость.

Закон преломления света изучается качественно, без точной зависимости между углами падения и преломления. Свойство обратимости световых лучей позволяет легко определить, в каких случаях увеличивается, а в каких – уменьшается угол между перпендикуляром и преломленным лучом.

При изучении построения изображения предмета в плоском зеркалеу ребят формируется понятие мнимое изображение, а при изучении линзы еще и действительное изображение. Поэтому следующим важным понятием необходимым для дальнейшего понимания темы является понятие линзы.

Линза является оптическим объектом способным изменять направление распространения светового луча. При этом следует отметить, что зеркало изменяет направление распространения светового луча на основании закона отражения, а линза – на основании закона преломления. Линзы подразделяются на два вида: собирающие и рассеивающие. Для собирающей линзы обязательно то, что ее толщина в центре больше, чем на краях; для рассеивающей – наоборот. В учебнике «Физика 8» А.В.Перышкина собирающая линза определена как выпуклая, что может привести к неверному представлению о том, что выпуклая линза обязательно собирает свет. В то время как выпукло-вогнутый мениск может его рассеивать (см. рис.).

Особенностью собирающей линзы является то, что она может собирать параллельный пучок света в одну точку, называемой фокусом линзы. Свойство обратимости световых лучей приводит к тому, что у каждой линзы есть два фокуса. Рассеивающая линза параллельный пучок света преобразует в расходящийся, а следовательно не может собрать лучи в точку. Здесь у школьников может сложиться впечатление, что у рассеивающей линзы отсутствует фокус. Однако, в дальнейшем, когда учащиеся приступят к построению изображений, даваемых линзами, вводятся понятия действительного изображения, созданного собирающей линзой, и мнимого изображения – рассеивающей линзой. Именно здесь указывается, что для рассеивающей линзы вводится понятие мнимого фокуса (точка, которая позволяет построить мнимое изображение по аналогии с построением действительного).

Далее необходимо учитывать, что на данный момент обучающиеся еще не знакомы со строением глаза и не знают роли глаза в образовании изображений. В связи с этим возникают трудности в понимании и представлении данных понятий. Всегда особо сложным для понимания, в разделе «Световые явления», является понятие «мнимое изображение», его трудно усвоить, не прослеживая ход лучей до сетчатки глаза. Физически существует только действительное изображение. Поэтому «мнимое изображение» следует рассматривать параллельно с понятием «действительное изображение» или после рассмотрения этого понятия, но показать принципиальное отличие. Необходимо пояснить, что на месте возникновения действительного изображения концентрируется энергия света, которую можно обнаружить фотоэлементом, термометром, фотобумагой и так далее. Мнимое изображение нельзя зафиксировать на экране или светочувствительной пленке. Оно называется мнимым, так как в данном месте пространства его не существует.

Другой количественной зависимостью, предлагаемой для рассмотрения, в данной теме является связь между фокусным расстоянием линзы (расстоянием от линзы до ее фокуса) и оптической силой линзы (вводимой через фокусное расстояние как величина обратная ему: D=1/F). В отдельный параграф вынесен вопрос практического определения фокусного расстояния собирающей линзы (оптической силы линзы), путем построения действительного изображения светового источника. В данном случае используется тот факт, что если объект находится на двойном фокусном расстоянии от линзы, то его действительное изображение так же находится на двойном фокусном расстоянии и его размеры равны линейным размерам объекта.

К вопросам политехнического характера относятся вопросы о дефектах зрения и путях их устранения с помощью собирающих или рассеивающих очковых линз, а также о принципе работы фотоаппарата и глаза.

Для развития практических навыков и дальнейшего закрепления полученных знаний в данной теме предусмотрена лабораторная работа по получению изображения при помощи линзы. По усмотрению учителя могут быть введены не большие фронтальные эксперименты, выполняемые при изучении нового материала, для закрепления знаний и подтверждения полученных законов.

2.3 Физический эксперимент при изучении световых волн и требования к эксперименту

Проведение демонстрационных и лабораторных экспериментов при изучении темы «Световые волны» позволяет сформировать у школьников навыки, которые пригодятся им в жизни. Например, пускание солнечного зайчика, воспламеняющего или нагревающего какой-либо объект позволяет осознать, что световые волны несут энергию. А рассматривание объектов через линзу или стекло, на которое нанесен слой вазелина приводит учащихся к пониманию прямолинейности распространения света в однородной среде.

Компьютеризация современной школы позволяет использовать компьютерные лабораторные и демонстративные эксперименты. Все это превращает выполнение многих заданий в микроисследования, стимулирует развитие творческого мышления учащихся, повышает их интерес к физике.

Например, компьютерные модели, разработанные компанией «ФИЗИКОН», найденные в просторах сети, на отдельных учебных сайтах или сайтах преподавателей легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся.

С использованием моделей, предложенных в этих программах можно провести урок-исследование. При изучении темы «Световые волны» можно представить иллюстрации с различными зрительными иллюзиями.

Рис. 15. Зрительные иллюзии

К экспериментальным задачам по теме «Световые волны» можно отнести такие физические задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами.

Большинство таких задач строится так, чтобы в ходе решения учащиеся сначала высказывают предложения, обосновывают умозрительные выводы, а потом проверяют их опытом. Такое построение вызывает у учащихся большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями.

Экспериментальные задачи в отличие от текстовых, как правило, требуют больше времени на подготовку и решение, а также наличия у учителя и учащихся навыков в постановке эксперимента. Однако решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики.

Например, при изучении явления дифракции можно предложить эксперимент по исследованию размера тени в зависимости от размера объекта и его удаленности.

Из числа основных достоинств экспериментальных задач можно отметить следующие:

1) они способствуют повышению активности учащихся на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления, заставляют ученика напряженно думать, привлекая все свои теоретические знания и практические навыки, полученные на уроках,

2) решение задач воспитывает у учащихся стремление активно, собственными силами добывать знания, стремиться к активному познанию мира,

3) экспериментальные задачи помогают в борьбе с формализмом в знаниях учащихся. Разбирая задачи, учащиеся убеждаются на конкретных примерах, что их школьные знания вполне применимы к решению практических вопросов, что с помощью этих знаний легко увидеть физическое явление, уточнить его закономерности и даже управлять этим явлением. Таким образом, теоретические, книжные положения приобретают реальный смысл,

4) использование экспериментальных задач способствует получению учащимися прочных, осмысленных знаний, умению пользоваться этими знаниями на практике, в жизни,

5) систематическое применение экспериментальных задач в процессе обучения убеждаются в достоверности знаний, в объективности физических законов, в том, что практика, опыт являются критерием теоретических знаний, что ценность для человека представляют только те знания, которые проверены практикой,

6) при решении почти каждой экспериментальной задачи учащиеся видят реальные, конкретные связи и зависимости между явлениями, между физическими величинами и убеждаются, что эксперимент имеет огромное значение в познании окружающих явлений, в решении трудных практических задач,

7) самостоятельное решение учащимися экспериментальных задач способствует активному приобретению умений и навыков исследовательского характера, развитию творческих способностей. Здесь им приходится не только составлять план решения задачи, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки, отбирать и даже «конструировать» нужные приборы для воспроизведения того или иного явления,

8) разбор экспериментальных задач воспитывает у учащихся критический подход к результатам измерений, привычку обращать внимание на условия, при которых производится эксперимент. На практике они убеждаются, что результаты измерений всегда приближенны, что на их точность влияют различные причины. И потому, производя эксперимент, необходимо устранять все побочные вредные влияния,

9) экспериментальные задачи помогают учащимся лучше решать расчетные задачи, решение которых часто сводится к подстановке чисел, данных в условии, в формулы без уяснения физического смысла задачи. Экспериментальные задачи обычно не имеют всех данных, необходимых для решения. Поэтому учащимся приходится сначала осмыслить физическое явление или закономерность, о которой говорится в задаче, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти и только на заключительном этапе подставить в формулу, что учащиеся делают уже вполне осмысленно.

Экспериментальные задачи делятся на качественные и количественные. В решении качественных задач отсутствуют числовые данные и математические расчеты. В этих задачах от учащихся требуется или предвидеть явление, которое должно совершиться в результате опыта, или самому воспроизвести физическое явление с помощью данных приборов. К такого типам задач относится такого типа задача: на рисунке 1 изображены источник света S, непрозрачное тело В и экран. Какая точка экрана лежит на границе области света и тени?

При решении количественных задач сначала производят необходимые измерения, а затем, используя полученные данные, вычисляют с помощью математических формул ответ задачи. Например, задача по определению оптической силы собирающей линзы, фокусное расстояние которой измеряется или задается.

Рис. 16. Иллюстрация для задач качественного характера.

По месту эксперимента, по степени его участия в решении экспериментальные задачи можно разделить на несколько групп:

1) задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять необходимые физические величины, либо экспериментально проверять данные,

2) задачи, в которых самостоятельно устанавливают зависимость и взаимосвязь между конкретными физическими величинами,

3) задачи, в условии которых дано описание опыта и нужно предсказать его результат. Такие задачи способствуют воспитанию у учащихся критического подхода к своим умозрительным выводам, например, исследование поведения светового луча, проходящего через воду или линзу,

4) задачи, в которых с помощью данных приборов и принадлежностей необходимо показать конкретное физическое явление без указаний на то, как это сделать, в соответствии с условиями задачи Решение таких задач требует от учащихся творческого мышления, смекалки, например, исследование прохождения световых волн через фильтры разного цвета и рассматривание слов, написанных разным цветом через фильтры разного цвета,

5) задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности ответа. Такие задачи помогают предварительно оценивать результаты измерений и тем самым правильно выбирать нужные для опыта приборы и инструменты,

6) задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные практичёские вопросы. Такие задачи можно разбирать во время экскурсий, работы в учебных мастерских, а также на уроках, используя для этого различные инструменты, приборы и технические модели, например, соорудить прибор для наблюдения из окопа.

Приведенная здесь классификация условна, так как резких границ между отдельными группами нет. Тем не менее, она поможет учителю более целенаправленно подбирать задачи для урока.

Такие задачи могут быть использованы в любой части урока. Но при этом цели применения, методика, а соответственно и содержание задач будут несколько различны.

1. Если содержание экспериментальной задачи является темой урока, то в ходе ее решения происходит усвоение новых понятий, закономерностей и зависимостей. Например, размер изображения, полученного от линзы можно объяснить, решая задачу: Проверить, зависит ли (и если да, то как) размер изображения от расстояние от линзы до экрана?».

В этом случае необходимо, чтобы постановка вопроса вызвала у учащихся желание познать новые закономерности. Одним из средств создания стимула к восприятию нового материала является постановка проблемы, в качестве которой может быть подобрана подходящая экспериментальная задача. Условие задачи должно удовлетворять таким требованиям:

а. все устройства, приборы, применяемые в задаче, знакомы ученикам, все сопутствующие явления им понятны. Они затрудняются решить задачу только из-за незнания какого-то одного понятия или явления, которое и является целью или темой данного урока;

б. содержание задачи не должно подсказывать решение проблемы, которую ученики разрешат в ходе урока;

в. постановка вопроса должна вызывать у учащихся некоторое удивление, возбудить желание решить его. Например, перед введением понятия «спектр» можно поставить такую задачу: «Рассмотрите предметы через треугольную призму. Что вы наблюдаете?» После обсуждения преподаватель делает акцент на цветных полосках, получаемых в результате исследования. А объяснить, почему они наблюдают это явление, которое они могут назвать «радугой», ученики пока не могут, хотя и очень стараются – ведь явление протекало у них на глазах. Тогда учитель и вводит новое понятие, которое объясняет опыт.

2. Применение задач для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Решение задач в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала. Например, наблюдение образования тени и полутени от собственной руки в результате освещения несколькими источниками света в классе позволит повторить понятие дифракции света.

3. Использование экспериментальных задач при опросе дает возможность выяснить, насколько правильно, глубоко и сознательно ученик усвоил ранее пройденный материал. Вызванному ученику дается карточка с текстом задачи и все необходимые приборы. Иногда полезно (если позволяет время) выдавать ученику не все приборы, нужные для решения задачи, или давать их больше, чем требует решение или предоставлять право выбора всех приборов, необходимых для проведения эксперимента.

4. Весьма полезны 15—20 минутные классные упражнения учащихся по решению экспериментальных задач с последующим разбором и выяснением причин допущенных ошибок. Их можно давать как перед изучением новых понятий, так и при закреплении материала. Например, предоставив набор красок подвести учащихся к пониманию образования разных цветов в результате смешивания красок. Далее можно повторить значения частот световых волн.

5. Один-два раза в учебном году можно проводить контрольные работы по решению экспериментальных задач. Их содержание, количество, число вариантов однотипных задач подбирает учитель в зависимости от наличия лабораторного оборудования в физическом кабинете.

В отличие от упражнений контрольные работы по решению экспериментальных задач проводятся при полной самостоятельности учащихся.

6. Особый интерес у учеников вызывает решение экспериментальных задач в качестве домашнего задания, которые могут быть как общими, одинаковыми для всех, так и индивидуальными. В любом случае учитель должен быть уверен, что для домашних опытов ученики найдут нужные приборы и предметы. Например, в каждом доме есть простейшие оптические приборы – очки. Необходимо установить как световые волны проходят через этот прибор. Или другой тип задач.

7. Наиболее сложные экспериментальные задачи можно широко использовать в работе физического кружка и на факультативных занятиях.