Глава 1. Анализ психолого-педагогической литературы по изучению световых волн в основной школе

Содержание

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

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ СВЕТОВЫХ ВОЛН В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ

1.1 Деятельностный подход в обучении физики ……………………………….7

1.2 Особенности учебной деятельности в ходе изучения световых волн…14

1.3 Требования к результатам обучения учащихся световым волнам……………………………………………………………………………18

1.4 Анализ содержания учебного материала темы в современных учебно-методических комплектах……………………………………………………..23

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ «СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ» В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ

2.1 Содержательная схема темы……………………………………………….27

2.2 Методические рекомендации по изучению основных понятий и законов темы………………………………………………………………………………30

2.3 Физический эксперимент при изучении световых волн и требования к эксперименту ……………………………………………………………………33

2.4 Система заданий для обучающихся при изучении темы………………….37

ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

3.1 Этапы педагогического эксперимента……………………………………41

3.2 Контрольно-измерительные материалы для оценки сформированности основных видов деятельности обучающихся при изучении темы «Световые волны»……………………..…45

3.3 Оценка результатов освоения темы световые волны…………………………...…...49

Заключение……………………………………………………………………….52

Список используемой литературы…………………………………………..…54

 

Введение

 

В современной социально-культурной среде постоянно появляются новые взгляды и новые подходы к обучению детей и подростков. Изменяются как отдельные средства усвоения учебного материала, так и педагогические подходы к пониманию учебного процесса в целом.

В связи с этим каждый предмет, изучаемый школьниками должен быть оптимизирован в методологическом и организационном плане. Поскольку ребенку или подростку нужно будет усваивать материал в сложном и ускоренном режиме, наряду с усвоением ряда других слабо связанных между собой предметов.

Физика является обязательной дисциплиной в изучении основного учебного процесса в Российских общеобразовательных учреждениях. Несмотря на то, что физика как предмет является постоянной частью школьного процесса, многие методологические моменты, связанные с преподаванием, остаются недостаточно раскрытыми и изученными. Световые волны являются одной из основных и наиболее сложных в понимании тем, не только относящихся к теме световые явления, но относящиеся ко всему курсу физики вообще. Данный раздел курса включает в себя не только множество теоретических положений, которыми должен владеть обучающийся, но и качественно новую (в сравнении с другими разделами) систему категорий и понятий. Поэтому изложенный материал должен не только в оптимально краткой и понятной форме предоставлять ученикам информацию и способствовать усвоению знаний, которые дает учитель, но и отображать верное понимание световых волн как физических явлений в целом.

Актуальность настоящего исследования заключается в том, чтобы сконструировать методику изучения световых волн в основной школе в условиях реализации ФГОС.

Цель работы: разработать методику изучениясветовых волн в основной школе на основе деятельностного подхода к обучению.

Объект исследования: учебный процесс по физике в основной школе.

Предмет исследования: методика изучения световых волн в основной школе.

Задачи исследования:

1) Проанализировать психолого-педагогическую литературу по теме: «световые волны»;

2) Сконструировать методику изучения световых волн в основной школе;

3) Провести педагогический эксперимент для выяснения эффективности предлагаемой методики.

 

 

Глава 1. Анализ психолого-педагогической литературы по изучению световых волн в основной школе

Требования к результатам обучения учащихся световым волнам

На протяжении длительного периода отличительной особенностью российской школы было практически полное единообразие содержания образования: единые для всех школ страны учебные программы, единые учебники и методические пособия. Программы школьных предметов определяли объем учебного материала и нормативы учебного времени на его изучение. В настоящее время признана необходимость стандарта образования. Законом «Об образовании» в РФ устанавливаются государственные образовательные стандарты, включающие федеральный и национально-региональный компоненты, которые являются основой объективной оценки уровня образования и квалификации выпускников независимо от форм получения образования.

Введение в практику обучения образовательных стандартов во многом меняет и методику, средства проверки и оценки результатов обучения.

Важным результатом разработки новых стандартов явилась новая система оценивания достижений учащихся, основанную на критериальном подходе, а также изучение и обобщение требований семьи, общества и государства к результатам образования.

Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) представляют собой совокупность требований, обязательных при реализации основных образовательных программ начального общего, основного общего, среднего (полного) общего, начального профессионального, среднего профессионального и высшего профессионального образования образовательными учреждениями, имеющими государственную аккредитацию. Федеральные государственные образовательные стандарты должны обеспечивать:

1) единство образовательного пространства Российской Федерации;
2) преемственность основных образовательных программ начального общего, основного общего, среднего (полного) общего, начального профессионального, среднего профессионального и высшего профессионального образования.

Федеральным законом от 1 декабря 2007 года N 309-ФЗ была утверждена новая структура государственного образовательного стандарта. Теперь ФГОС должны включать 3 вида требований:

1) требования к структуре основных образовательных программ, в том числе требования к соотношению частей основной образовательной программы и их объёму, а также к соотношению обязательной части основной образовательной программы и части, формируемой участниками образовательного процесса;

2) требования к условиям реализации основных образовательных программ, в том числе кадровым, финансовым, материально-техническим и иным условиям;

3) требования к результатам освоения основных образовательных программ.
Отличительной особенностью нового стандарта является его деятельностный характер, ставящий главной целью развитие личности учащегося. Система образования отказывается от традиционного представления результатов обучения в виде знаний, умений и навыков, формулировки стандарта указывают реальные виды деятельности, которыми учащийся должен овладеть к концу обучения. Требования к результатам обучения сформулированы в виде личностных, метапредметных и предметных результатов.

Личностные результаты, включают готовность и способность обучающихся к саморазвитию и личностному самоопределению, сформированность их мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности, системы значимых социальных и межличностных отношений, ценностно-смысловых установок, отражающих личностные и гражданские позиции в деятельности, социальные компетенции, правосознание, способность ставить цели и строить жизненные планы, способность к осознанию российской идентичности в поликультурном социуме;

Метапредметные результаты, включают освоенные обучающимися межпредметные понятия и универсальные учебные действия (регулятивные, познавательные, коммуникативные), способность их использования в учебной, познавательной и социальной практике, самостоятельность планирования и осуществления учебной деятельности и организации учебного сотрудничества с педагогами и сверстниками, построение индивидуальной образовательной траектории;

Предметные результаты, включают освоенные обучающимися в ходе изучения учебного предмета умения специфические для данной предметной области, виды деятельности по получению нового знания в рамках учебного предмета, его преобразованию и применению в учебных, учебно-проектных

и социально-проектных ситуациях, формирование научного типа мышления, научных представлений о ключевых теориях, типах и видах отношений, владение научной терминологией, ключевыми понятиями, методами и приемами.

Образовательные стандарты средней общеобразовательной школы определяют требования к различным составляющим учебного процесса по предметам. Одним из компонентов нового стандарта является документ, в котором говориться о том, какие результаты ожидаются после изучения курса физики. Так называемые «Планируемые результаты обучения». Они представляют собой, комплекс способов деятельности, которые должны формироваться у учащихся в рамках изучения физики.

В новом стандарте содержится, кроме обобщенных планируемых результатов изучения физики, еще и их операционализация, т.е. представление каждого из планируемых результатов в виде перечня отдельных умений. Например: умение пользоваться экспериментальными методами исследования в процессе самостоятельного изучения зависимостей друг от друга физических величин; умения измерять и представлять результаты измерений с учетом их погрешностей и др.

В планируемые результаты внесены требования по формированию познавательных универсальных учебных действий, а также усилена роль планируемых результатов, связанных с формированием методологических умений.

В структуре документа «Планируемые результаты освоения основной образовательной программы» по учебным предметам выделено два блока: «Выпускник научится» и «Выпускник получит возможность научиться».

Итоговый контроль за курс основной школы выносится только та их часть, которая представлена в блоке «Выпускник научится». Таким образом, в первом блоке те результаты, которые в обязательном порядке должны быть у всех учеников, а во втором блоке — результаты наиболее способных и мотивированных.

В качестве примера здесь можно привести планируемые результаты по

решению физических задач. Вот как в блоках «Выпускник научится» и «Выпускник может научиться» представлены эти результаты:

• Выпускник научится: применять физические законы и формулы для решения задач; на основе анализа условия задачи выделять физические величины и формулы, необходимые для ее решения и проводить расчеты с использованием единиц измерения физических величин.

• Выпускник получит возможность научиться: находить адекватную предложенной задаче физическую модель, разрешать проблему, как на основе имеющихся знаний с использованием математического аппарата, так и в ситуациях недостатка необходимого материала при помощи методов оценки.

Все планируемые результаты, например, по физике для основной школы

можно разделить на четыре основных группы:

1) описание физических явлений и процессов, принципов действий приборов и механизмов с использованием понятийного аппарата школьного курса физики (величины, законы, модели, понятия);

2) применение изученных физических величин и законов для объяснения физических явлений в окружающей жизни и решения задач;

3) владение экспериментальными умениями;

4) владение приемами работы с информацией физического содержания.

По новым требованиям на итоговую аттестацию предлагается выносить

лишь умения использовать изученный понятийный аппарат — либо для описания тех или иных ситуаций, либо для решения познавательных задач.

Физические понятия, величины и формулы — это язык науки, и его необходимо освоить. Но итогом обучения должно быть не знание отдельных слов из этого языка, а умение на нѐм объясняться, т.е. использовать этот язык для описания окружающей действительности.

В соответствии с общими положениями новых стандартов итоговая оценка достижения выпускниками планируемых результатов по предметам осуществляется на основании накопленной оценки и оценки за итоговую работу.

В качестве примера можно привести оценку достижений обучающихся по теме «Световые волны».

Проверка и оценка экспериментальных знаний и умений учащихся проводится на разных этапах изучения темы «Световые волны» и носит предварительный, текущий, периодический и итоговый характер.

Предварительная проверка имеет целью выяснить начальный уровень знаний и умений учащихся по теме; текущая - наблюдать за их формированием в процессе изучения темы «Световые волны»; периодическая - выяснить уровень знаний и умений учащихся по теме; итоговая – проверить уровень знаний и умений после завершения изучения всей темы.

Рассмотрим подробнее способы каждого вида проверки при выполнении лабораторных работ.

Предварительная проверка осуществляется обычно в форме беседы с классом и устного опроса отдельных учащихся. Например, при выполнении лабораторной работы по измерению фокусного расстояния линзы и определению оптической силы линзы важно опросить учащихся на знание правил построения хода светового луча через линзу, формулы по вычислению оптической силы линзы по известному фокусному расстоянию, умения переводить единицы измерения фокусного расстояния в систему СИ.

Текущая проверка проводится при выполнении фронтальных лабораторных работ. Например, учащиеся самостоятельно производят построение изображений хода луча через линзу в зависимости от положения предмета, правил перевода фокусного расстояния в систему СИ.

Тщательные наблюдения, которые должен вести учитель за учащимися во время проведения фронтальных лабораторных занятий, преследует две цели - обучение и контроль. С одной стороны, наблюдения необходимы для того, чтобы своевременно, как было указано выше, оказывать помощь

отстающим учащимся, а с другой - проверить, как справляется с работой весь класс в целом и каждый учащийся в отдельности. Такие наблюдения служат основным критерием для оценки знаний и умений учащихся, приобретенных при выполнении лабораторных работ.

Проверка, оценка и выставление отметки за выполнение лабораторных работ обычно вызывают у учителей некоторые трудности, они связаны с двумя причинами: необходимостью проверять и оценивать значительный объем разнообразных знаний и умений учащихся, изменяющихся в зависимости от вида работ и приемов их выполнения, и коллективным характером деятельности двух учащихся на одном комплекте оборудования.

Для реализации принципа индивидуализации проверки можно к наблюдению за работой учащихся привлечь лаборанта или заранее подготовленных учеников-ассистентов.

Результат деятельности учащихся при выполнении лабораторных работ оценивают на основе трех основных критериев:

1) степень подготовленности и самостоятельности при выполнении работ;

2) знание учебного материала, уровень экспериментальных знаний и умений, правильность полученных результатов наблюдений, измерений и выводов;

3) содержание и качество отчета.

Подробное содержание каждого критерия учитель должен предварительно объяснить учащимся. При этом особое внимание следует уделить раскрытию содержания уровня экспериментальных знаний и умений учащихся первой и второй ступеней, которыми они должны овладеть в процессе выполнения различных лабораторных работ и каждой из них в отдельности. Полезно содержание этих уровней вывесить в физическом кабинете на специальном стенде.

Говоря о правильности результата следует обратить внимание учащихся на то, что в силу различных причин он может быть значительно отличным от

табличных данных. Более ценно при выполнении лабораторной работы будет то, что ученик обосновал полученный результат и раскрыл причины, не позволяющие получить более точные измерения.

По первым двум критериям учащиеся оцениваются непосредственно в ходе лабораторной работы, а по оформлению отчетов - после урока.

При текущей проверке знаний и умений у учащихся целесообразно применять также устный опрос и индивидуальный эксперимент. В этом случае к классной доске вызывают для контроля сразу двух учащихся. Один из них дает устные ответы на вопросы учителя или решает задачу на доске, а другой в это время, получив подготовленное заранее задание и соответствующие приборы, выполняет на столе эксперимент.

Задания по эксперименту могут быть разнообразными, например: получить мнимое изображение предмета, т.е. учащийся должен знать, что предмет в этом случае следует расположить между фокусом и оптическим центром, или начертить изображение, если предмет расположить так как указал преподаватель, или на том расстоянии, которое задал учитель, или произвести измерение фокусного расстояния линзы, а затем вычислить оптическую силу. Заданиям можно придать форму экспериментальных задач.

Надо иметь ввиду, что при таком методе опроса - сразу двух учащихся - внимание учителя по необходимости раздваивается и возникает опасность не получить должного эффекта. Однако опытный учитель, как показывает практика, всегда может заметить, на сколько правильно выполняется эксперимент, применяются измерительные и другие приборы, и по достоинству оценить знания и умения опрашиваемого.

Периодическую и итоговую проверку обычно проводят с помощью фронтальных контрольных работ, которые могут быть как кратковременными, так и длительными, рассчитанными на целый урок. Удобнее всего использовать для этих целей например, тест. Один из фрагментов такого теста предложен ранее в этой работе.

Проверка экспериментальных знаний и умений учащихся должна быть

индивидуальной. Поэтому каждое экспериментальное задание выполняется одним учеником. Для этого ученик получает текст задания и необходимое лабораторное оборудование. Все записи и вычисления он выполняет на отдельном листе, предварительно написав свою фамилию и номер варианта.

Во время выполнения заданий учитель следит за работой каждого ученика и делает в своей тетради соответствующие записи. Например, как быстро и правильно тот или иной ученик строит изображение предмета в собирающей или рассеивающей линзе. Эти записи учитываются при оценке работы ученика. Ценную информацию об уровне сформированности измерительных умений несет сам факт принадлежности результата измерений интервалу достоверных значений, определенному в соответствии с теорией погрешностей. Можно утверждать, что если полностью самостоятельно ученик за время контрольной лабораторной работы получил результат, принадлежащий этому интервалу, то измерительные умения сформированы на достаточном уровне. Оценка должна выставляться за выполнение каждого задания и за весь вариант.

Таким образом, оценивание и проверка знаний и умений учащихся имеет важное значение. Необходимо предусмотреть различные формы контроля и разработать систему оценивания знаний и навыков учащихся.

 

 

Содержательная схема темы

Каждый учитель выстраивает свою технологию обучения, т.е. свою модель освоения учащимися конкретного учебного материала, способы добывания знаний. Однако существуют определенные инвариантные этапы деятельности учителя, которыми он должен владеть, чтобы организовать учебный процесс, отвечающий современным требованиям.

Тема «Световые волны» является первой темой раздела «Оптика» в основной школе. Примерное планирование этой темы курса физики представлено в таблице с перечнем демонстрационного эксперимента. На изучение темы «Световые волны» отводится семь уроков. Содержание учебного материала темы спланировано в соответствии с составляющими первой волновой теории света – теории Гюйгенса: экспериментальные факты – модель распространения световой волны, принцип Гюйгенса – выводы – их экспериментальная проверка.

 

Таблица 1. Примерное планирование темы «Световые волны»

№ пп	Тема урока	Часы
	Развитие взглядов на природу света. Скорость света. Принцип Гюйгенса.
	Отражение света. Закон отражения света.
	Преломление света. Закон преломления света
	Решение задач
	Дисперсия света. Лабораторная работа №2 «Наблюдение дисперсии света»
	Интерференция света. Лабораторная работа «Наблюдение интерференции света»
	Решение задач

При изучении темы «Развитие взглядов на природу света. Скорость света. Принцип Гюйгенса» ставятся цели:

1. образовательная - формирование знания о принципе Гюйгенса, понятия о волновой поверхности, световом луче, плоской волне,

2. развивающая - развитие знания учащихся о прямолинейном распространении света, границ применения теории Гюйгенса,

3. воспитательная - знакомство с моделью распространения электромагнитной волны, предложенной Гюйгенсом.

Данный урок является вводным. На этом уроке рассматривается сущность волновой теории, т.е. ее ядро: принцип и модель распространения световой волны от точечного источника света.

Содержание учебного материала можно разделить на три части: историческая справка, прямолинейное распространения света, принцип Гюйгенса. В таблице 2 представлен план урока.

 

Таблица 2. План урока

Содержание урока	Методы и приемы обучения
Историческая справка: электромагнитная природа света; скорость света, основные свойства световых волн, законы распространения света; Х.Гюйгенс создатель первой волновой теории света. Прямолинейное распространения света: экспериментальное доказательство, образование тени и полутени, лунные и солнечные затмения. Волновая поверхность. Принцип Гюйгенса. Закрепление.   Задание на дом.	Рассказ. Демонстрация шкалы (спектра) электромагнитных волн, портрета ученого Х.Гюйгенс, создателя первой волновой теории света.   Беседа. Демонстрация тени и полутени. Демонстрация камеры-обскура, фрагментов интерактивного курса.   Решение качественных задач и ответы на вопросы. Запись на доске и в дневниках

 

Историческая справка (фрагмент урока). Эту тему мы изучаем после темы - электромагнитные волны. Поэтому вспомним спектр электромагнитных волн (спектр электромагнитных волн, рис. 1).

Весь спектр электромагнитных волн мы приблизительно делим на три части – радиоволны с длиной волны от нескольких километров до сантиметров; свет, включая не только видимый свет, но и миллиметровые волны, инфракрасное, ультрафиолетовое и мягкое рентгеновское излучение; гамма-излучение, включая жесткое рентгеновское излучение с длиной волны менее 0,1 нм.

 

Рис. 1. Спектр электромагнитных волн

 

Свет - видимое излучение - представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны от 400 до 760 нм. Скорость света определена экспериментально. Приближенно можно принять, что в вакууме скорость света равна 3×10⁸м/с. По современным данным, скорость света в вакууме равна (299 792 458 1,2) м/с. В мире ни один предмет не может двигаться со скоростью большей, чем скорость света в вакууме.

К главным свойствам электромагнитных волн, а следовательно, и световых волн относятся: распространение в однородной среде, отражение и преломление света на границе двух сред,

Законы отражения и преломления света были открыты экспериментально задолго до создания электромагнитной теории. Так, закон отражения был сформулирован еще древнегреческим ученым Эвклидом в Ш в. до н.э. Закон преломления света был установлен в 1620 г. голландским математиком В. Снеллиусом (1580-1628).

В 1690 г. Х.Гюйгенс создал первую волновую теорию света и сформулировал принцип, описывающий распространение волн. Исходя из волновой теории, он объяснил явление отражения и преломления света на границе двух сред. Принцип Гюйгенса успешно применяется в теории электромагнитных волн, которая изучается в курсе физики старшей средней школы.

Звезды являются точечными источниками электромагнитных волн. Такой источник излучает в вакууме электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью.

 

Рис 2. Сферические поверхности, через которые с течением времени проходит волна.

 

На рисунке 2 показаны сферические поверхности, через которые с течением времени проходит волна.

Амплитуда возмущения во всех точках сферического фронта волны, распространяющейся от точечного источника, одинакова. Такой подход к описанию сферической волны не противоречит принципу Гюйгенса. Этот принцип удобен для описания распространения как электромагнитных, так и механических волн.

Прямолинейное распространение света. Теоретическое подтверждение прямолинейного распространения света (например, на основе принципа Ферма) в школьном курсе физики не изучается. Закон прямолинейного распространения света рассмотрим на основе эксперимента. Для этого, например, можно провести опыт (рис. 3) со стержнем высотой АD и получить тень от него.

Рис.3. Установка для демонстрации прямолинейного распространения света.

 

Из рисунка следует, на некоторой высоте над стержнем АД в точке О расположен точечный источник света – маленькая лампочка. Мы увидим резко очерченную тень стержня DB. Проведем через точки O и В прямую линию. На ней также будет лежать и точка А. ОВ – это луч света, касающийся стержня в точке А. Если бы луч не был прямой линией, то тень DB была бы других размеров.

 

Рис.4. Установка для демонстрации прямолинейного распространения света – получения тени и полутени.

 

Разместим две маленькие лампочки на небольшом расстоянии от непрозрачного предмета, например цилиндра, то увидим, что за ним образуется тень и полутень. Образование полутени не противоречит свойству света распространяться прямолинейно, а, наоборот, подтверждает его. В область тени не попадает свет ни от одной из двух лампочек. В область полутени попадает свет от какой-нибудь одной лампочки.

Лунные и солнечные затмения объясняются формированием тени и полутени. Земля и Луна, освещенные Солнцем, образуют конусы тени и полутени. Когда Луна попадает в тень Земли полностью, происходит полное затмение Луны. Солнечные затмения как полные видны в тех областях, где на Землю падает пятно лунной тени. В тех же районах, на которые падает полутень Луны, наблюдается частичное затмение Солнца, Земли, на которые падает полутень.

Волновая поверхность. Принцип Гюйгенса. Изучение этих вопросов формирует такие понятия как волнового фронта и луч. Эти определения требуют пояснения и уточнения с помощью схем и рисунков.

Когда ученики читают «Окружающий мир» и «Природоведение» они видят что там используется понятия луча: «Луч – это линия, вдоль которой распространяется свет». Физики формулировку этого понятия считают неточной. Необходимо так построить содержание учебного материала, чтобы учащиеся сами пришли к выводу: «Луч в отличие от светового пучка, не материален. Он обозначает направление, вдоль которого волна переносит энергию».

Пусть в точке О (рис. 5) расположен точечный источник света. От источника света волны расходятся сферами в однородной и изотропной среде. Совокупность точек, образующих сферу, до которой дошел процесс распространения волны, называют волновой поверхностью или волновым фронтом.

 

Рис. 5. Распространение световых волн от точечного источника света.

 

Экран с круглым отверстием расположим на определенном расстоянии от источника света. Проходя через отверстие свет будет распространяться по прямой линии в виде пучка. Эта линия будет перпендикулярна волновому фронту и пройдет по оси симметрии пучка. Она и будет называется лучом. Луч не материален он обозначает направление, вдоль которого волна переносит энергию. Допустим - источник света расположен далеко, лучи параллельны друг другу, тогда волна называется плоской.

Принцип Гюйгенса. Принцип Гюйгенса формулируется так:

Каждая точка среды, до которой дошло электромагнитное возмущение, сама становится источником вторичных волн.

Положение поверхности, которою достигает волна через какой-то промежуток времени, дает касательная поверхность ко всем вторичным волнам. Допустим,что источник света находится в точке О, волновой поверхностью в момент времени t является поверхность АВ (рис. 6). На рисунке 6,а показана часть сферической волны.

 

Рис.6,а. Часть сферической волны.

 

Рис 6,б. Волновая поверхность плоской волны.

 

Согласно принципу Гюйгенса каждая точка волновой поверхности АВ сама становится источником вторичных волн. За время Dt вторичные волны распространятся на расстояние r=uDt. Если провести касательную к вторичным волнам, то получим новую волновую поверхность СD.

На рисунке 6,б изображена волновая поверхность плоской волны.

Движение волнового фронта- это распространение волны

Рис. 7. Распространение вторичной волны.

 

В тех классах где углубленно изучают физику целесообразно отметить, что теория Гюйгенса позволила теоретически вывести законы отражения и преломления света, но не смогла объяснить закон прямолинейного распространения света. На самом деле, обратимся к работе Гюйгенса «Трактат о свете». В своей работе он приводит рисунок, подобный рисунку 7. Светящаяся точка А излучает волну, проходящую через отверстие BG. Точки B, b, b, b,b, G принадлежат волновой поверхности ВG. Эти точки становятся источниками вторичных волн. Так, точка В является точечным источником вторичной волны КL. Новой волновой поверхностью является поверхность DF, касающаяся точек С и Е.

Отверстие ВG ограничено непрозрачными телами ВН и GI. Волна света из точки А ограничивается лучами АС и АЕ. Части отдельных волн за пределами пространства АСЕ, как отмечает Гюйгенс, «слишком слабы, чтобы производить там свет». Лучи света можно принимать за прямые линии. Доказательство приведенное неубедительно.

Метод Гюйгенса был усовершенствован, что и позволило объяснить прямолинейное распространение света на основе волновой теории. Этим самым подчеркивается ограниченность модели (теории) Гюйгенса.

Принцип Гюйгенса позволяет с помощью простых геометрических построений находить волновую поверхность в любое необходимое время по известной волновой поверхности в предшествующий момент.

Закрепление учебного материала проводится путем выполнения заданий или решения задач.

Солнечный свет, проникая через крону лиственного дерева, создает на земле солнечные блики в виде кругов и овалов (рис. 8). Круги образуются тогда, когда Солнце находится высоко над горизонтом. Если высота Солнца над горизонтом уменьшается, блики принимают форму овалов. Столь правильная форма световых бликов удивительна. Листья в кроне дерева расположены неупорядоченно, и форма щелей, образующихся в кроне между листьями, разнообразна. Положение щелей от порывов ветра случайным образом изменяется, создавая солнечные блики. Известно, что Аристотель использовал получающиеся солнечные блики на земле для наблюдения солнечного затмения. Изображение какого тела представляют собой световые блики?

 

Рис. 8. Солнечные блики в виде кругов и овалов

 

Это явление будет очень понятно, если учащиеся сами дома (или на кружке) изготовят камеру-обскура (от латинского слова obscura - тёмная). Камера-обскура (рис. 9) представляет собой темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок, перед которым помещают рассматриваемый предмет.

Свет от точки А пламени свечи проходит через отверстие и попадает в точку А_1. Отдельные световые лучи распространяются независимо друг от друга. Встречаясь или пересекаясь, лучи не оказывают никакого взаимного влияния. На экране камеры-обскура создается изображение каждой точки в виде пятнышка. Отдельные изображения точек создает вместе на экране достаточно четкое изображение.

 

Рис. 9. Камера-обскура

 

При изучении темы «Отражение света. Закон отражения света» ставятся цели:

1) образовательная – формирование понятия отражения света и знания о законе отражения света,

2) развивающая - развитие умений экспериментально подтверждать закон отражения света,

3) воспитательная - развитие умений формулировать выводы по своим наблюдениям.

На уроке 2, посвященному отражению света, применяется принцип Гюйгенса для теоретического вывода закона отражения света. Рассмотрим фрагмент урока, посвященный теоретическому выводу закона.

Плоская волна падает на границу АВ раздела двух однородных
изотропных сред. Прямые МА и N Б — два параллельных луча па дающей плоской волны (рис.10).Плоскость АD—волновая поверхность этой волны. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.

Падающая волна достигает точки поверхности раздела двух сред АВ вразличные моменты времени. Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке В, на время , где - скорость волны.

 

Рис. 10. Принцип Гюйгенса для теоретического вывода закона отражения света.

 

В момент, когда первичная волна достигла точки В, вторичная волна с центром в точке А будет представлять собой полусферу радиусом
r = АС = = ВD. Радиусы вторичных волн от источников, расположенных между точки А и В, в данный момент различны. Огибающей вторичных волн, т. е. волновой поверхностью отраженной волны, является плоскость СВ, касательная к сферическим поверхностям.

Отраженные лучи перпендикулярны волновой поверхности СВ. Угол («гамма» — буква греческого алфавита) между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Из равенства катетов АС и DВ прямоугольных треугольников АСВ и АDВ с общей гипотенузой АВ следует, что эти прямоугольные треугольники равны. Равны также и углы: <DAB = <CBA. Но α = <DAB, а = <CBA, как углы с перпендикулярными сторонами. Следовательно, α и γ равны между собой: α = γ.

Мы получили закон отражения света:

При падении луча на границу раздела двух сред угол отражения равен углу падения; падающий и отраженный лучи и перпендикуляр, восстановленный к поверхности в точке падения, лежат в одной плоскости.

Экспериментальное подтверждение закона отражения. Закон отражения волн выведен из принципа Гюйгенса. Этот закон подтверждается экспериментом с помощью прибора, называемого оптическим диском (рис. 11).