Методика изучения темы "Поперечность световых волн. Поляризация света» в школьном курсе физики"

Содержание

Введение………………………………………………………………………...3

1. Методические особенности изучения темы «Поляризация света» в школьном курсе физики …………...…………………………………….....5

2. План - конспект урока…………………………………………...………......7

3.  Задачи для самостоятельного решения ………………………..………....17

4. Демонстрационные опыты

          4.1. Поляризации света……………………………………….………….....18

     4.2 Вращение плоскости поляризации при распространении света в растворе сахара………………………...……………………………...20

Заключение……………………..…...………………………………………...23

Список литературы……………………………………………………..……24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Место курса физики в школьном образовании определяется значением физической науки в жизни современного общества, в решающем ее влиянии на темпы развития научно-технического прогресса. Обучение физике в школе служит целям образования и воспитания личности: вооружать учащихся знаниями и умениями, необходимыми для их развития, подготовки к работе и продолжения образования.

В данной курсовой работе мною была рассмотрена методика изучения темы «Поперечность световых волн. Поляризация света» в школьном курсе физики; является одним из тем раздела «Световые волны», изучаемой в XI классе. Она в основном посвящена изучению свойств света. Свет - это электромагнитная волна, которая является поперечной. В этой работе рассматривается поперечность световых волн, явление поляризация света, двойное лучепреломление.

  После изучения темы «Поляризация света», в классах с углубленным изучением физики, можно рекомендовать, чтоб учащиеся ознакомились с явлениями естественной оптической активности - вращения плоскости поляризации при распространении света в растворе сахара, на опытах убедились в изменении освещенности экрана при вращении верхнего поляроида и умели объяснять ряд явлений, связанных со световыми волнами. Развивая и углубляя изученное ранее, сообщая новые сведения, необходимо побуждать учащихся вспоминать изученное и опираться на эти знания в дальнейшем.

Образование и развитие школьников, подготовка их к труду возможна лишь при условии усвоении ими основ физической науки. На это направлена реализация принципа генерализации учебного материала, такого его отбора и такой методики преподавания, при которых главное внимание уделено изучению основных фактов, понятий, законов, теорий и методов физической науки, обобщению широкого круга физических явлений на основе теории. Отсюда вытекает повышение требований к умению учащихся применять основные положения науки для самостоятельного объяснения физических явлений, результатов эксперимента, действия приборов и установок.

           Целью данной курсовой работы является: разработать методику изучения темы «Поперечность световых волн. Поляризация света» в школьном курсе физики;

   Для достижения цели мною решены следующие задачи:

1. изучить научную и методическую литературу по поляризации света;
2. изучить литературу по методике преподавания темы «Поперечность световых волн. Поляризация света» в школьном курсе физики;
3. разработать план урока;
4. разработать демонстрационные опыты по поляризации света;
5. собрать методический материал по данной теме.
 

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ  ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

            «ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА» В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ.

  Данная тема в школьном курсе изучается в разделе «Световые волны». На изучение этой темы в 11 классе отводится 1-2 часа, для классов с углубленным изучением физики до 3-4 часов.

В методике изучения поляризации света можно выделить несколько этапов:

• на основе опытов убедиться, что свет - это электромагнитная волна, которая является поперечной;
• знакомство учащихся с самим явлением поляризации света;
• рассказ о поиске закономерностей этого явления;
• рассмотрение явления двойного лучепреломления;

В начале XIX века, когда Т. Юнг и О. Френель развивали волновую теорию света, природа световых волн была неизвестна. На первом этапе предполагалось, что свет представляет собой продольные волны, распространяющиеся в некоторой гипотетической среде – эфире. В то время казалось невероятным, что свет – это поперечные волны, так как по аналогии с механическими волнами пришлось бы предполагать, что эфир – это твердое тело (поперечные механические волны не могут распространяться в газообразной или жидкой среде).

  Постепенно накапливались экспериментальные факты, свидетельствующие в пользу поперечности световых волн. Было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO ) раздваивает проходящие через него лучи. Это явление получило название двойного лучепреломления.

В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватой окраски). Пластинки можно было поворачивать друг относительно друга на угол (рис.2.).

 

Ни двойное лучепреломление, ни закон Малюса не могут найти объяснение в рамках теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча является осью симметрии. Таким образом, асимметрия относительно направления распространения (луча) является решающим признаком, который отличает поперечную волну от продольной. В продольной волне все направления в плоскости, перпендикулярной лучу, равноправны. В поперечной волне (например, в волне, бегущей по резиновому жгуту) направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис.3).

 

В середине 60-х годов XIX века на основании совпадения известного значения скорости света со скоростью распространения электромагнитных волн. Максвелл сделал вывод о том, что свет – это электромагнитные волны. Электромагнитная теория света приобрела должную стройность, поскольку исчезла необходимость введения особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. К группе явлений, доказывающих справедливость предсказания Максвелла, относится поляризация света. Поляризация света – совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных световых волн.

В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, испускаемый обычными источниками (например, солнечный свет, излучение ламп накаливания и т. п.), неполяризован. Естественный свет (неполяризованный свет) - оптическое излучение с быстро и беспорядочно изменяющимися направлениями напряжённости электромагнитного поля, причём все направления колебаний, перпендикулярные к световым лучам, равновероятны.

 

2. ПЛАН - КОНСПЕКТ УРОКА

Тема: § 73. Поперечность световых волн. Поляризация света.

Тип урока: изучение нового материала.

Цели урока:

Образовательная:

1. сформировать у школьников понятие «естественный и поляризованный свет»;
2. познакомить с экспериментальным доказательством поперечности световых волн;
3. изучить свойства поляризованного света.

Развивающая:

1. развивать у учащихся логическое мышление, наблюдательность;
2. развитие практических навыков работы с физическими приборами;
4. сообщить о примерах использования поляроидов в технике.

Воспитательная:

1. воспитание исследовательских навыков и качеств личности;
2. развитие самостоятельности, взаимопомощи.

План урока:

1. Организационный момент -1 мин.
2. Актуализация знаний учащихся – 10 мин.
3. Изложения нового материала -17 мин.
4. Закрепления изученного материала – 10 мин.
5. Домашнее задание -2 мин.

Ход урока:

1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний учащихся.

- Давайте вспомним, что мы изучали  на прошлом уроке? (Дифракция света. Дифракционная решетка).

- Для закрепления пройденного материала сделаем тестирование.

Тест. 
Вариант I 
1. Определите длину волны для линии в дифракционном спектре второго порядка, совпадающей с изображением линии спектра третьего порядка, у которого длина волны равна 400 нм. 
А. 600 н.                       Б. 800 нм.                         В. 200 нм. 

2. Определите оптическую разность хода волн длиной 540 нм, прошедших через дифракционную решетку и образовавших максимум второго порядка. 
А. 2,7 * 107м.                Б. 10,8 * 107м                 В. 5,4 * 107м. 

3. При каком условии более четко происходит выраженное огибание предмета волнами? 
А. Длина волны гораздо меньше размеров препятствий. 
Б. Длина волны равна размерам предмета. 
В. Длина волны соизмерима с линейными размерами предмета или больше их. 

4. Три дифракционные решетки имеют 150, 2100, 3150 штрихов на 1мм. Какая из них дает на экране более широкий спектр при прочих равных условиях? 
А1.                                 Б. 2.                            В.3 

5. Условие максимума в дифракционной картине, полученной с помощью решетки, . В этой формуле (k) должно быть: 
А. Целым числом.        Б. Четным числом.    В. Нечетным числом. 

6. Как изменится интерференционная картина, если уменьшить расстояние между щелями? 
А. Не изменится. Б. Станет менее четкой.  В. Станет более четкой. 
 
7. Как изменится расстояние между максимумами дифракционной картины при удалении экрана от решетки? 
А. Увеличится.        Б. Уменьшится.              В. Не изменится. 
 
Вариант II 
1. Как изменится интерференционная картина, если увеличить расстояние между щелями? 
А. Станет более четкой. Б. Станет менее четкой. В. Не изменится.

2. Условие максимума в дифракционной картине, полученной с помощью решетки  , В этой формуле выражение   
А. Разность хода волн до экрана. Б. Период решетки. В. Ширина максимума на экране. 
 
3. Какова оптическая разность хода двух когерентных монохроматических волн в проходящем свете, падающих перпендикулярно на прозрачную пластинку, у которой абсолютный показатель равен 1,6, а геометрическая разность хода лучей равна 2 см? 
А. 0,8 см.                 Б. 3,2 см.                 В. 2 см. 
 
4. Определите длину световой волны, если в дифракционном спектре максимум третьего порядка возникает при оптической разности хода волн 1,5мкм 
А. 4,5* 10-6м.         Б.3*10-6.                  В. 0,5 *10-6м. 
 
5. При помощи дифракционной решетки получили интерференционные полосы, пользуясь красным светом. Как изменится картина интерференционных полос, если воспользоваться фиолетовым светом? 
А. Расположение полос не изменится. 
Б. Полосы будут расположены ближе друг к другу. 
В. Полосы будут расположены дальше друг от друга. 

6. Почему частицы размером 0,3 мкм в микроскопе неразличимы? 
А. так как увеличение микроскопа недостаточно. 
Б. Так как вся энергия света поглощается частицами. 
В. Так как свет огибает такие частицы. 

7. Спектр, у которого ширина цветных полос примерно одинакова, называют: 
А. Дифракционным.         Б. Призматическим.         В. Сплошным.

Ответы:           

I	А	Б	В	В	А	В	В
II	Б	А	Б	В	Б	В	А

 

3. Изложение нового материала.

Сегодня на уроке мы познакомимся с явлением поляризации света. Изучим свойства поляризованного света. Познакомимся с экспериментальным доказательством поперечности световых волн.

Явления интерференции и дифракции не оставляют сомнений в том, что распространяющийся свет обладает свойствами волн. Но каких волн – продольных или поперечных?

Длительное время основатели волновой оптики Юнг и Френель считали световые волны продольными, т. е. подобными звуковым волнам. В то время световые волны рассматривались как упругие волны в эфире, заполняющем пространство и проникающем внутрь всех тел. Такие волны, казалось, не могли быть поперечными, так как поперечные волны могут существовать только в твердом теле. Но как могут тела двигаться в твердом эфире, не встречая сопротивления? Ведь эфир не должен препятствовать движению тел. В противном случае не выполнялся бы закон инерции.