Рабочая программа элективного курса «Удивительная оптика»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Барановская средняя общеобразовательная школа Буйского муниципального района Костромской области

Учебная рабочая программа

элективного курса для учащихся 9 класса

Составитель: Баранова Юлия Евгеньевна,

учитель физики

Буй, 2016

Элективный курс «Удивительная оптика» предназначен для изучения в 9 классе и рассчитан на 10 учебных часов. Данный курс входит в образовательную область «Естествознание» и сопровождает учебный предмет «Физика» основной школы. Программа курса соответствует государственному стандарту физического образования.

Разработка программы преследовала реализацию следующихцелей:

повышение качества подготовки учащихся к продолжению образования;

расширение политехнического кругозора и углубление знаний по разделу «Оптика»;

реализация межпредметных связей с курсами геофизики, биофизики, астрономии;

знакомство с экспериментальным методом исследования;

развитие практических компетенций и творческих способностей учащихся;

формирование научного мировоззрения как основы для развития творческого потенциала личности.

Выбор тематики курса обусловлен наглядностью и яркостью оптических явлений, их широким распространением в природе, быту и технике, развитием современных методов получения изображений и цифровых методов обработки информации, к которым школьники традиционно проявляют большой интерес, а некоторые имеют цифровые фотоаппараты.

Материал излагается на математическом уровне, доступном пониманию учащихся 9 класса, и на теоретической основе, включающей экспериментальный и теоретический (только на уровне понятий) базис геометрической оптики. Вопросы, относящиеся к ядру теории геометрической оптики, математической теории оптических изображений, изучаются в 11 классе. Основное внимание в 9 классе уделяется формированию у учащихся умений наблюдать, описывать, сравнивать и анализировать физические явления. Курс должен сформировать образный мир оптических явлений, а также основы знаний о традиционных методах получения изображений с помощью оптических приборов, чтобы на следующей ступени обучения в старшей школе перейти на более высокий уровень обобщения – уровень физической теории, в основе которого лежат и новые модельные представления.

Занятия проводятся факультативно для небольшой группы (5-10 человек) учащихся 9 класса, на которые могут приходить и учащиеся 7 и 8 классов.

Основной формой проведения занятий является урок:

урок – семинар в диалоговом режиме (урок № 1, частично № 2-9);

урок демонстрационного эксперимента (№ 1,2,4,7);

урок лабораторного эксперимента с моделированием оптических явлений (№2-5,7,8);

урок - экскурсия «Оптические явления в природе» (№6);

урок – практикум по решению экспериментальных задач (№9),

урок – конференция, защита проектных работ (№10).

К каждому уроку разработан список контрольных вопросов для повторения материала и для самостоятельной работы. Межпредметные связи с другими естественными науками реализуются при рассмотрении таких вопросов, как: источники света на земле и в космосе (астрономия), оптические явления в атмосфере (геофизика), глаз как оптический прибор и зрение у насекомых (биофизика).

Образовательная среда реализации курса включает: школьную библиотеку; личную библиотеку учителя физики; компьютерный класс с выходом в Интернет; кабинет физики с набором необходимых демонстраций; оборудование для проведения лабораторного эксперимента, выполнения индивидуальных экспериментальных задач и моделирования простейших приборов; плакаты (альбомы) с чертежами хода лучей в различных оптических деталях и схемах; дидактические материалы для организации самостоятельной работы учащихся, разработанные учителем.

По элективным курсам и курсам по выбору нет государственных стандартов, не предусмотрена и итоговая аттестация учащихся. Однако любая активная и особенно творческая деятельность школьников нуждается в оценке и поощрении. Заключительное занятие может быть посвящено подведению итогов изучения элективного курса в форме конференции, на которой проводится защита проектных и творческих работ, успешное выполнение которых и является критерием результативности. При подготовке к защите учащиеся делают чертежи, рисунки, плакаты, изготавливают модели.

Основными показателями успешности обучения учащихся являются их интерес к занятиям, активное участие в постановке, проведении и обсуждении опытов, докладов, решении экспериментальных задач; проявление любознательности, смекалки, интуиции, трудолюбия при выполнении индивидуальных заданий.

Темы и формы организации занятий позволяют учащимся осуществить пробу своих сил в специфических видах деятельности, присущих науке физике, и сделать осознанный выбор дальнейшего профиля обучения. Включение в содержание курса вопросов занимательного характера делает его полезным и привлекательным для школьников более младшего возраста и тех, кто не планирует изучать физику на профильном уровне в старшей школе.

Тематическое планирование

Чтобы получить изображение предмета при помощи малого отверстия, изготовьте прибор, называемый «камера-обскура» (темная комната). Для этого картонную или деревянную коробку обклейте черной бумагой, в середине одной из стенок проделайте маленькое отверстие (примерно 3-5 мм. в диаметре), а противоположную стенку замените матовым стеклом или плотной бумагой.

1. На каком свойстве света основано получение изображений с помощью малого отверстия?

2. Направьте камеру на какие-либо ярко освещенные предметы и получите изображение предметов на экране, вдвигая или выдвигая экран.

3. Увеличьте размер круглого отверстия в черной бумаге и наблюдайте, как изменяется изображение предметов.

4. Проследите, как изменяется отчетливость изображения с изменением расстояния до предметов.

5. Получите изображения движущихся предметов. Получаются ли изображения цветными? Дайте объяснение увиденному явлению.

6.Замените промасленную бумагу обыкновенной чистой и зарисуйте на ней контур изображения любого предмета.

7. Как получить фотоснимок с помощью камеры-обскуры? Сделайте несколько фотоснимков.

Опытная проверка законов отражения и преломления света.

Оборудование: источник лазерного излучения (две спаренные лазерные указки), кювета (задняя стенка которой заклеена черной бумагой), набор зеркал (плоское и с неровной поверхностью), набор прозрачных пленок, на которые нанесены вспомогательные линии (с изображением транспортирной сетки), набор по оптике.

Опыты желательно проводить в кабинете с затемнением (из-за недостаточной мощности лазерной указки).

Поскольку лазерная указка излучает свет в красном диапазоне, необходимо в кювету налить раствор перманганата калия – марганцовки.

Опыт 1: «Закон отражения света». На дно кюветы опускают плоское зеркало, а на переднюю стенку кюветы приклеивают пленку с изображением транспортирной сетки. Лазерный луч направляют под некоторым углом на зеркало. Учащиеся могут непосредственно убедиться в справедливости закона отражения.

Опыт 2: «Виды отражения света». Опустив на дно кюветы сначала плоское зеркало, а затем зеркало с неровной поверхностью, можно показать зеркальное и рассеянное (диффузное) отражение света. При этом нужно направлять два параллельных луча. Направив два параллельных луча на внутреннюю поверхность жидкости, легко убедиться в том, что она представляет собой зеркальную поверхность.

Опыт 3: «Преломление света». Если в кювету налить две разные жидкости, например, раствор марганцовки и растительное масло, можно продемонстрировать явление преломления света при переходе из масла в раствор. Направив луч из раствора марганцовки в масло, можно показать многократное преломление и отражение света.

Если в кювету опустить призму, а на нее направить луч лазера, можно продемонстрировать преломление света в призме.

Применение плоского зеркала.

Солнечные концентраторы – это система плоских зеркал, направляющих пучки солнечного света на устройство, которое надо нагреть. На рис. 1 показана схема простейшего концентратора, состоящего из двух плоских зеркал. Отраженные зеркалами пучки солнечного света направляются на бак с водой. Вода в баке нагревается. На рис.2 показан солнечный концентратор, состоящий из большого количества плоских зеркал. С помощью специального устройства зеркала поворачиваются так, чтобы отраженные от каждого зеркала пучки света были в течение всего дня направлены на тело, которое надо нагревать.

Зеркальный перископ.

Зеркальный перископ – оптический прибор для наблюдения местности из укрытий.

Зеркальный фотоаппарат.

На рисунке показана схема устройства зеркального аппарата. Объектив 1 дает изображение снимаемого объекта на фотопленке 2. Для того чтобы выбрать нужный кадр и навести на резкость (т.е. получить четкое изображение), в аппарате установлено плоское зеркало 3 , которое (при наводке на резкость, т.е. на подготовительной стадии съемки) изменяет ход светового пучка на 90 . В результате изображение получается на матовом стекле (экране) 4. При съемке зеркало убирается, и изображение получается на пленке.

Калейдоскоп.

Устройство схематически показано на рисунке. Внутри трубки 1 под углом 60 установлены зеркальные пластины З1,З2 и З3, а у прозрачного конца 2 трубки расположены на некотором расстоянии друг от друга две стеклянные пластины, между которыми находятся кусочки цветного стекла , изображение которых многократно отражается в зеркальных пластинах.

Распространение света в неоднородной среде. Миражи.

Рис. 3а. Искривление в среде Рис. 3б. Искривление в среде с показателем преломления, с показателем преломления,уменьшающимся с высотой. увеличивающимся с высотой.

Этим объясняется возникновение интересных явлений – атмосферных миражей. К первому классу относят наиболее распространенные и простые по своему происхождению, так называемые озерные (или нижние) миражи, вызывающие столько надежд и разочарований у путников пустынь.

При озерном мираже нижние слои воздуха, разогретые от почвы, не успели еще подняться вверх; их показатель преломления света меньше, чем верхних. Поэтому лучи света, исходящие от предметов (например, от точки В на пальме, (рис.4а.), изгибаясь в воздухе, попадают в глаз снизу. Глаз проецирует луч в точку В₁. То же происходит с лучами, идущими от других точек предмета. Предмет кажется наблюдателю опрокинутым.

Рис. 4а. Схема искривления световых лучей при «озёрном» мираже.

Ко второму классу относят миражи дальнего видения или верхние миражи. Миражи дальнего видения появляются в том случае, если верхние слои атмосферы окажутся по каким-либо причинам, например при попадании туда нагретого воздуха, особенно разреженным. Тогда лучи, исходящие от земных предметов, искривляются сильнее и достигают земной поверхности, идя под большим углом к горизонту. Глаз же наблюдателя проецирует их в том направлении, по которому они входят в него (рис. 4б).

Рис. 4б. Схема искривления световых лучей при верхнем мираже.

Получение радуги при помощи колбы с водой.

Некоторые подобия радуги можно получить на следующем опыте. Возьмите колбу с водой, осветите ее солнечным светом или лампой через отверстие в белой доске. Тогда на доске отчетливо станет, видна радуга (рис.5а), причем угол расхождения лучей по сравнению с начальным направлением состоит около 41˚- 42˚(рис.5б).

В естественных условиях экрана нет, изображение возникает на сетчатке глаза, и глаз проецирует это изображение на облака.

Рис.5. Моделирование радуги при помощи колбы с водой.

Получение радуги при помощи зеркала

исосуда с водой.

В солнечный день радужную полоску можно получить при помощи зеркала и сосуда с водой. Для этого нужно поставить сосуд с водой на солнечное место, например, на подоконник. Затем установить зеркало так, чтобы солнечные лучи падали на его поверхность сквозь воду, и осторожно наклонять зеркало до тех пор, пока не появится радужная полоска.

Наблюдение явления полного отражения.

Оборудование: закопченный черный шарик на нити, пластинка черного цвета с нанесенным на нее сажей цветком, широкий прозрачный сосуд с водой.

Опыт 1: опускаем шарик в воду. Почему в воде он кажется серебристым?

/Ответ: вода плохо взаимодействует с сажей, покрывающей шарик, поэтому вокруг шарика, погруженного в воду, остается тонкий слой воздуха; лучи света испытывают полное отражение от границы раздела «вода – слой воздуха» около шарика, поэтому он кажется серебристым./

Опыт 2: погружаем в воду черную пластинку – на пластинке появляется изображение серебристого цветка. Как объяснить наблюдаемое явление?

/Ответ: в воздухе рисунок не виден; когда пластинку поместили в воду, то на границе раздела «вода – тонкий слой воздуха» возле сажи лучи света испытывают полное отражение – рисунок становится видимым как серебристый цветок.

Экскурсия «Оптические явления в природе».

Оборудование:

устройство для выдувания мыльных пузырей, пульверизатор, бинокль.

Экскурсия начинается с того, что учащимся предлагается указать наблюдаемые источники света. Затем наблюдают и объясняют образование тени и полутени, отсутствие тени от тонких веток или проводов. У реки наблюдают зеркальное отражение предметов, вспоминают свойства зеркального изображения. Объясняют, почему при порыве ветра образуется светлая дорожка (диффузное отражение). Предлагается учащимся сравнить, что выглядит ярче – сам предмет или его изображение, почему это происходит.

Наблюдают явление преломления света в воде и в воздухе при изменении его плотности (над дорогой).

При разбрызгивании воды из пульверизатора образуются мелкие капли, которые дают возможность наблюдать радугу. Затем наблюдают радужную окраску мыльных пузырей. Так как школьники еще не знают об интерференции, то отмечают, что это происходит благодаря сложному строению белого света.

Во время экскурсии ученики наблюдают зависимость угла зрения от размеров предмета и расстояния до предмета, по очереди наблюдают удаленные предметы в бинокль и учатся пользоваться им.

Учитель проводит заключительную беседу, чтобы подвести итог экскурсии. После экскурсии учащимся предлагается написать отчет, в котором отражаются впечатления об экскурсии, какие явления наблюдали, как их можно объяснить.

Хорошим дополнением к материалам экскурсии «Оптические явления в природе» является выполнение такого творческого задания, как изготовление фотоальбома по материалам научно-популярных журналов и книг или стенда с иллюстрациями, рисунками, схемами различных оптических явлений в природе (быту, технике), которые пополнят кабинет физики дидактическими материалами для следующих поколений учеников.

В качестве иллюстраций используются репродукции картин русских художников. Защиту своего творческого проекта ученик проводит в форме коллективного обсуждения оптических явлений, которое можно построить на основе следующих вопросов, составленных учеником при помощи учителя:

Перечислите оптические явления, которые изобразили художники на своих полотнах.

Приведите примеры различных видов отражения света от разных поверхностей.

Какого цвета небо (вода, облака) у разных художников и почему?

Где находится источник света на картине «Радуга»? Почему мы видим радугу?

Какие еще источники света изобразили художники?

Почему мокрый снег (или песок) кажется более темным, чем сухой?

Какими красками художники изобразили снег?

Почему искрится снег в яркий солнечный день?

Найдите на картинах примеры распространения света через неоднородную среду.

Почему весной образуются темные провалы снега около стволов деревьев? и др.

Не на все вопросы ученики смогут ответить сейчас. Важно, что эти вопросы поставлены, над ними можно думать, искать ответы, внимательно вглядываясь в окружающий мир и читая научно-популярную литературу. Параллельно решается и задача эстетического воспитания, знакомства с миром прекрасного.

Устройство и принцип действия таких оптических приборов, как лупа, микроскоп, фотоаппарат подробно изложены в «Элементарном учебнике физики» под ред. Г.С. Ландсберга (том III, глава XI «Оптические приборы»).

Практическое задание: найдите на небе созвездие Плеяд. Если ваш глаз едва различает в этом созвездии отдельные звезды, то у вас уже развита близорукость если вы ясно видите 6 звезд, то у вас нормальное зрение, а если глаз видит 8-9 звезд, то это говорит об остроте вашего зрения.

Практические задания:

Не сводите несколько секунд взгляда с промежутка между пятнышками (рис.). Оба черных пятна сольются в одно. Почему?

Возьмите в руки по одинаковому карандашу (или по одной спичке) и, закрыв один глаз, расположите карандаши вертикально и параллельно друг другу на вытянутых руках так, чтобы один из них был ближе другого, а концы их казались бы на одной горизонтали. Можно ли утверждать, что вы отчетливо видите один карандаш дальше другого? Теперь смотрите обоими глазами. В чем вы убеждаетесь?

Возьмите газетный лист, сложите его пополам, сверните в трубку диаметром около 4 см (длина 40 см) и скрепите концы листа. Приставьте трубку к глазу и смотрите в нее, а другим глазом смотрите на свою ладонь, касаясь ею трубки. Вы увидите отверстие в ладони. Ладонь можно заменить книгой. Попробуйте отодвинуть ладонь или книгу на конец трубки. Объясните этот опыт, не забывая, что вы смотрели двумя глазами.

Смотрите на красный квадрат, положенный на лист белой бумаги, не отводя своего взгляда от средней части квадрата. Вы сможете заметить зеленую полоску около каждой стороны квадрата, а теперь быстро переведите свой взгляд на лист бумаги. Что вы видите? Точно такое же наблюдение сделайте, глядя на зеленый квадрат. Объясните эти цветовые зрительные явления.

Нарисуйте на глаз два – три квадрата, а затем измерьте горизонтальную и вертикальную сторону квадратов. Сделайте заключение.

Экспериментальная задача:

«Определение показателя преломления жидкости по ходу луча лазера»

Цель эксперимента: определить показатель преломления жидкости, используя ход луча лазера.

Приборы и материалы: источник лазерного излучения (лазерная указка), сосуд прямоугольной формы с подкрашенной жидкостью, линейка, штатив.

Описание эксперимента:

Укрепим лазерную указку в штативе.

Луч лазера:

падает на стенку АС сосуда под некоторым углом в т. А,

испытывает преломление и попадает в т. В на стенке сосуда ВД,

снова преломляется и даёт пятно в т. М на столе.

Литература для учителя:

Булат В.Л. Оптические явления в природе.- М.: Просвещение, 1974.

Горев Л.А. Занимательные опыты по физике.- М.: Просвещение, 1985.

Ланина И.Я. Не уроком единым.- М.: Просвещение, 1991.

Тульчинский М.Е. Сборник качественных задач по физике. – М.: Просвещение, 1965.

Элементарный учебник физики: учебное пособие. В 3-х т./Под ред. Г.С. Ландсберга. Т.3.Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – М.: Наука, 1986.

http://ru.wikipedia.org/wiki

http://elkin52.narod.ru

http://experiment.edu.ru

http://fizkaf.narod.ru

Литература для учащихся:

Блудов М.И. Беседы по физике. Кн.2. – М. Просвещение, 1985.

Брюханов А.В., Пустовалов Г.Е., Рыдник В.И. Толковый физический словарь. – М.: Русский язык, 1988.

Перельман Я.И. Занимательная физика: в 2 кн. – М.: Наука, 1986.

Перельман Я.И. Занимательные задачи и опыты. – Минск: Беларусь, 1994.

Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ш. Физика 7 кл.: Учебник для 7 класса средней школы. – М.: Просвещение,1993.

Приложение.

Фотоальбом «Оптические явления в природе»

Анкета (проводится по окончании элективного курса)

Что нового ты узнал в процессе изучения элективного курса «Удивительная оптика»?

Какое занятие тебе запомнилось больше всего?

Опиши яркий момент, который остался в памяти.

Помогли ли тебе полученные знания лучше понимать оптические явления, происходящие в природе?

Каким способам работы ты отдаёшь предпочтение:

- экспериментальная работа;

- решение задач;

- творческая работа по изготовлению приборов;

6. Хочешь ли ты в дальнейшем заниматься физикой углублённо?

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/203640-rabochaja-programma-jelektivnogo-kursa-udivit