Организация учебного процесса при изучении темы "Световые волны" в основной школе на различных этапах урока физики (стр. 7 из 14)
Отверстие ВGограничено 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. Приведенное доказательство неубедительно.
Впоследствии метод Гюйгенса был усовершенствован, что позволило объяснить прямолинейное распространение света на основе волновой теории. Тем самым подчеркивается ограниченность модели (теории) Гюйгенса.
Принцип Гюйгенса позволяет с помощью простых геометрических построений находить волновую поверхность в любой момент времени 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
Данное явление будет более 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 А1. 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 иN 
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).
Рис.11. Оптический диск.
В нем источником света является лампа, находящаяся внутри подвижного осветителя 1. Пучок света распространяется от осветителя по поверхности диска и падает на зеркало 2, расположенное в центре прибора. Свет отразится от зеркала, и на поверхности диска появится отраженный пучок света. Его появление свидетельствует о том, что он лежит в той же плоскости, что и луч падающий с перпендикуляром, восставленным в точку падения луча. Измерив угол падения и угол отражения, мы увидим, что они равны. Можно менять угол падения, передвигая источник света. При этом будет меняться и угол отражения, но так, что эти два угла по-прежнему будут равны.
При изучении темы «Преломление света. Закон преломления света» ставятся цели:
1) образовательная – формирование понятия о законе преломления света, об относительном и абсолютном показателях преломления
2) развивающая - развитие умений экспериментально подтверждать закон преломления из принципа Гюйгенса,
3) воспитательная - развитие умений формулировать выводы по своим наблюдениям. На уроке, посвященному преломлению света, применяется принцип Гюйгенса для теоретического вывода закона преломления света. Рассмотрим фрагмент урока, посвященный теоретическому выводу закона.
На границе раздела двух сред может происходить не только отражение волн, но и частичное их проникновение в другую среду. Изменение направления распространения света при его переходе через границу раздела двух прозрачных сред называется преломлением. Преломление света обусловлено тем, что скорости распространения света в разных средах различны.
Рис 12. Принцип Гюйгенса
Пусть на плоскую границу раздела двух сред, например воздух и вода, падает плоская световая волна (рис. 12). Скорость волны в первой среде υ1, а во второй υ2. Волновая поверхность АD перпендикулярна лучам МА и NB. Поверхность раздела двух сред сначала достигает луч MA. Луч NB достигает этой поверхности спустя время
.В момент, когда в точке В только начинается возбуждение вторичной волны, вторичная волна от точки А уже имеет вид полусферы радиусом АС:
АС =u2Dt.
Плоскость СВ огибает вторичные волны во второй среде и является волновой поверхностью преломленной волны.
Угол падения a луча равен углу DAB в треугольнике ADB (стороны одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,
DB = u1Dt=АВ sina(1)
Преломленный луч – это продолжение выделенного луча от точки излома на поверхности раздела сред.
Угол между преломленным лучом и нормалью KL к поверхности называется углом преломления β («бета» - буква греческого алфавита).
Угол преломления β равен углу AВCтреугольника АСВ. Поэтому
АС = u2Dt =АВ sinβ (2)
Разделив почленно равенства (1) и (2) получим:
, (3)
где
- постоянная величина, не зависящая от угла падения луча.Соотношение (3) выражает закон преломления света:
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред; падающий и преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный к поверхности в точке падения, лежит в одной плоскости.
Экспериментальное подтверждение закона преломления. Закрепим на оптическом диске стеклянный полуцилиндр так, чтобы его центр совпадал с центром диска (рис. 13).
Рис. 13. Экспериментальное подтверждение закона преломления