Конспект урока физики "Дисперсия света"

Предмет: физика, компьютерные технологии.

Тема урока: Дисперсия света и ее проявление в природе и использовании человеком.

Тип урока — урок изучения новых знаний.

Цели урока:

Образовательные

• Познакомить с дисперсией, явлением, доказывающим волновую природу света. Рассмотреть сложные и простые электромагнитные световые волны;

• Установить зависимость между частотой колебания (длиной волны) и показателем преломления (скоростью распространения света):

• Познакомить с основами компьютерной графики: понятием цветовой модели и глубины цвета.

Развивающие

• Способствовать развитию творческих способностей на основе мыслительной деятельности, применяемой для объяснения необыкновенно красивых, ярких, насыщенных цветами и оттенками явлений природы;

• Способствовать развитию способности оптимального выбора цветовых моделей при работе с графическими программами.

Воспитательные

• Воспитывать уважительное отношение к труду через огромное трудолюбие ученых, через открытия сделанные ими;

• На примере дисперсии света показать широкие возможности человеческой мысли в практическом применении природных явлений;

• Воспитывать информационную культуру.

Методическая - формирование образовательных компетенций сравнивать и сопоставлять информацию, находить оптимальное решение.

Задачи урока:

1. Подготовить студентов к работе на уроке;

2. Организовать образовательную деятельность студентов;

3. Стимулировать студентов группы к овладению рациональными приемами образования и самообразования на основе межпредметных связей;

4. Добиться от студентов восприятия, осознания, осмысления явления дисперсии света, понятия цветовой модели и глубины цвета в компьютерной графике;

5. Систематизировать новые знания для повышения профессионализма студентов;

6. Способствовать приобретению умений и навыков, позволяющих самостоятельно находить закономерности в развитии окружающего мира и при обработке графической информации;

7. Закрепить знания и умения по изученной теме;

8. Проверить ключевые моменты изученного материала и устранить обнаруженные недостатки.

Время реализации урока: 90 минут.

Урок сопровождается наглядной презентацией «Дисперсия», содержащей разработанные самостоятельно модели явлений природы, позволяющие ответить на вопросы «Почему цвет неба голубой, а цвет зари красный?», цифровые фотографии из собственного архива и фотографии ресурсов сети Интернет, а так же фрагменты учебных фильмов ЦОР. Продукт создан в приложении MS Power Point.

Необходимое оборудование и материалы для урока:

Технические средства обучения:

• Комплект приборов для демонстрации дисперсии света;

• Компьютер (программное обеспечение - ОС Windows /Linux, MS Office/OpenOffice), проектор;

Наглядные материалы:

• Дидактический раздаточный материал Приложение по физике, Приложение по компьютерным технологиям;

• Учебники физики;

• Карты - оценки;

• Цветные карандаши (фломастеры), тетради, ручки.

Формы учебной работы:

• Фронтальная работа;

• Индивидуальная работа.

План урока:

1. Организационный момент

2. Актуализация. Повторение.

3. Физическое истолкование и объяснение явления дисперсии.

4. Сложные и простые световые волны.

5. Влияние атмосферы на восприятие окружающей среды в цвете.

6. Компьютер и цвет. Понятие цветовой модели и глубины цвета.

7. Закрепление.

8. Домашнее задание. Подведение итогов.

9. Природное явление гало. Рефлексия

Ход урока

1. Организационный момент.

Взаимное приветствие, определение отсутствующих, проверка подготовленности студентов к уроку.

1. Актуализация. Повторение

Проблемный вопрос: Какого цвета наше солнце? Демонстрация фотографий солнца различного цвета в зимний день, летний вечер (слайд 4 и 5).

Нам землянам очень повезло, что наша звезда излучает практически белый свет. В чем это везение мы сегодня с вами узнаем на уроке. Еще попытаемся узнать объективность или субъективность восприятия окружающего мира. А так же попытаемся остановить постоянно изменяющиеся яркие очень красивые картины «нарисованные» природой.

Повторение связи длины волны (частоты) и скорости распространения (Работа с конспектами и стендом «Шкала электромагнитных волн» по теме «Волны»).

1. Физическое истолкование и объяснение явления дисперсии.

3.1. Открытие дисперсии. Демонстрация портрета Ньютона (слайды 8-12)

1. опыт Ньютона

2. Недостатки теории Ньютона

3. Биография Ньютона. (Выступление учащегося)

4. Студенты выполняют рисунок дисперсии по Ньютону в тетрадях.

3.2. Научное объяснение дисперсии (слайды 14-17)

1. скорость распространения световых волн

2. зависимость показателя преломления от частоты (длины волны).
   Таблица связи λ (ν) и n.

4. Сложные и простые световые волны (слайды 18-20)

4.1. Белый свет (разложение и сложение - сложный свет). Демонстрация механизма сложения цветов на проекционном экране.

4.2. Простые цвета - монохроматические (демонстрация на экране)

5. Влияние атмосферы на восприятие человеком окружающей среды в цвете. Многообразие свойств света (слайды 21-26).

5.1. Проблемный вопрос: Почему цвет неба голубой? Почему солнечные лучи золотисто-желтые?

Солнце посылает на землю свои лучи, но им приходится пробиваться через толстый слой воздуха, который окутывает Землю. А солнечный лучик – сложная электромагнитная волна, состоящая из основных длин волн: красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего, фиолетового цвета. Многоцветный луч проходит через толстый слой атмосферы, который «разбрызгивает» все цвета солнечного спектра, но сильнее всего фиолетовую, синюю и голубую составляющие солнечного света в зависимости от скорости распространения (показателя преломления). Поэтому небо окрашивается голубоватым оттенком. Оставшаяся часть доходит до наблюдателя в виде золотисто - желтого оттенка.(демонстрация на экране слайд 23).

5.2. Проблемный вопрос: Почему цвет зари красный?

На заре солнечные лучи проходят в атмосфере большее расстояние, из-за этого успевают рассеяться все короткие волны, средние зеленые и даже наиболее длинные волны желтые, оранжевые и даже красные. Поэтому небо окрашивается в красный цвет. (Демонстрация на экране этих процессов слайды 24, 25, 26).

6. Компьютер и цвет. Понятие цветовой модели и глубины цвета. (слайды 27-45)

Теперь мы знаем, почему небо голубое. Что белый цвет представляет собой смесь цветов.

6.1. Проблемный вопрос: А почему трава зеленая, а яблоко красное?

Все объекты видимы для нас потому, что они сами являются источником света, либо светят отраженным светом.

В солнечном цвете мы видим траву зеленой, потому что она отражает зеленый цвет, и он попадает в наши глаза, а остальные цвета поглощает. Яблоко красное, потому что оно отражает красный цвет, а остальные поглощает (слайд 28).

6.2. Проблемный вопрос: А как получается цветное изображение на экране монитора компьютера? И почему цвета распечатанного на бумаге изображения не совпадают с экранными цветами?

Студенты предлагают свои варианты ответов.

Экран монитора является излучающим объектом; отражающим объектом является бумага, краска, которые сами не излучают света, а светят светом, который идет либо от солнца, либо от искусственного источника освещения.

Экран - изначально темный. Его исходным цветом является черный. Все остальные цвета на нем получаются путем использования комбинации таких трех цветов, которые в своей смеси должны образовать белый цвет.

Ньютон показал, что все многообразие спектральных цветов возможно свести к 7 цветам, которые он назвал первичными.

Впоследствии различными исследователями было показано, что число первичных цветов можно сократить до 3-х (слайды 31, 32).

Опытным путем была выведена комбинация "красный, зеленый, синий" - RGB - red/green/blue. Эти цвета называются основными. Смешением этих основных цветов можно получить наибольшую комбинацию других цветов.

Человеческий глаз воспринимает излучение цветным в зависимости от его длины волны:

400-500 нм - синий

500-600 нм - зеленый

600-700 нм — красный

В телевидении, на экране видео- и компьютерного монитора образование цветного изображения происходит по этой же схеме (слайд 33).

Сообщение студентки «Цвет в телевидении».

Для обозначения с помощью чисел цвета в компьютере требуется некоторая математическая модель цвета.

Способ разделения цвета на составляющие компоненты называется цветовой моделью.

6.3. Цветовые модели

Система кодирования цвета при помощи тех составляющих - красный, зеленый, синий — носит название RGB -модели.

Черный цвет в схеме отсутствует, так как мы его и так имеем - это цвет "черного" экрана.

Модель RGB- аддитивная модель основана на сложении цветов.

Большинство цветов видимого спектра могут быть получены путем смешивания в различных пропорциях трех основных цветовых компонентов.

Флэш демонстрация модели RGB.

Сегодня RGB модель широко используется в системах освещения, в видеосистемах, устройствах записи на фотопленку, мониторах, мультимедиа устройствах.

Цвета голубой, пурпурный и желтый называются дополнительными, т. к. они дополняют до белого основные цвета.

Эта цветовая модель используется в том случае, если изображение или рисунок будут выводиться на принтере. Основа модели - три вторичных цвета (дополнительных) - голубой, пурпурный, желтый.

В полиграфии, фотографии, текстильной и лакокрасочной промышленности технологически не представляется возможным складывать световые потоки.

Световой поток отражается от поверхности. Бумага изначально белая. Это означает, что она обладает способностью отражать весь спектр цветов, который на нее попадает. Путем нанесения на белую бумагу различных красителей, мы уменьшаем количество цветов, которые она отражает (световой поток белого частично поглощается).

Эта система цветов называется субтрактивной, что в переводе означает "вычитающая/исключающая". Иными словами мы берем белый цвет (присутствие всех цветов) и, нанося и смешивая краски, удаляем из белого определенные цвета.

Белый — красный = синий +зеленый = голубой

белый — зеленый = красный + синий = пурпурный

белый — синий = красный + зеленый = желтый

Цвета голубой, пурпурный и желтый называются дополнительными, т. к. они дополняют до белого основные цвета.

Поскольку реальные чернила CMY не создают чисто черного цвета он получается темно коричневым, а также при создании черного цвета с помощью модели CMY тратится в три раза больше красок, то к этим трем цветам добавляется отдельно черный цвет (BlacК) и модель называется CMYK.

Флэш демонстрация модели CMYK

Диаметрально противоположные способы генерации цвета мониторов и принтеров являются основной причиной искажения экранных цветов при печати.

Диапазон представления цветов CMYK хуже, чем в RGB, поэтому при преобразовании данных из RGB в CMYK цвета получаются более темными и приглушенными.

6.4. Глубина цвета (слайды 36-38)

Компьютерам ничего неизвестно о цвете, кроме того, что им сообщил о нем человек. Это всего лишь вычислительная машина, работающая с единицами и нулями. В компьютерных системах цвет кодируется в виде чисел по достаточно простому принципу: цвет состоит из каналов, каждый из которых разделяется на уровни тонов.

Проблемный вопрос: Какое количество цветовых оттенков можно синтезировать на компьютере?

Число возможных цветов на экране монитора зависит от физических характеристик самого монитора, от количества памяти, расположенной на видео карте.

Монитор можно настроить на разные режимы работы.

Цвет каждого пикселя кодируется определенным числом бит, то есть элементарных единиц информации, с которыми может иметь дело компьютер. Это количество называют глубиной цвета. Чем больше глубина цвета - тем больше общее количество цветов в изображении.

Монохроматическое изображение имеет 2 различимых цвета: цвет фона и цвет красителя. Цвет точки регистрируется 1 битом:

0 — черный цвет

1 — белый цвет

Чем большее количество двоичных разрядов выделено для записи каждого цвета, тем большее количество различимых цветов можно записать.

При глубине цвета 24 бита на каждый канал цвета приходится 8 бит, т.е. один байт, например:

255, 255, 0 -желтый цвет

192, 64, 0 -коричневый.

6.5. Графическое представление моделей (слайд 39, 40)

Цветовой круг

На цветовом круге первичные цвета (красный, синий, зеленый) расположены на равном расстоянии друг от друга. Вторичные цвета находятся между первичными. Каждый цвет расположен напротив дополняющего его, причем он находится между цветами, с помощью которых он получен.

У цветового круга есть два свойства:

1. Каждый цвет можно получить сложением его соседних цветов.

2. Каждый цвет можно получить вычитанием противолежащего цвета из белого.

Например:

R=М+Y или R=белый-С.

Аналогично дополнительный цвет пурпурный:

М=R+В или М=белый-G.

6.6. Цветоделение (слайд 41)

Экран монитора покрыт люминофором трех цветов: красного, зеленого и синего. Микропятна люминофора испускают цветные лучи, наша система зрения суммирует их интенсивность и восстанавливает закодированный цвет. При взаимодействии лучей их суммарная яркость усиливается.

Субтрактивный механизм имеет место, когда изображение формируется вычитанием цвета из нейтрально белого светового потока. Белый световой поток падает на страницу бумаги, после чего отражается от нее как окрашенный, потому что часть светового потока захватывается веществом красителя.

При взаимодействии нескольких цветных красителей итоговая яркость отраженного луча уменьшается. Цветопередача печатных изображений зависит от условий освещения.

1. Закрепление. Вопросы по КТ (слайды 42-48)

1. Какие цвета называются основными?
   Ответ: красный, зеленый, синий

2. Какие цвета называются дополнительными?
   Ответ: голубой, пурпурный, желтый.

3. Приведите 2 способа получения желтого цвета, опираясь на цветовой круг. Какой способ является аддитивным? Какой способ является субтрактивным?
   Ответ:1) зеленый+красный -аддитивный;
   2) белый-синий -субтрактивный.

4. Приведите примеры устройств, формирующих цвет согласно аддитивному механизму
   Ответ:компьютер, телевизор, электронные часы.

5. Где используется субтрактивный механизм образования цвета?
   Ответ: При печати на бумаге

6. Почему основные цвета всегда обозначаются сокращением RGB, а не GRB или BRG? Аналогично, субтрактивные основные цвета всегда обозначаются сокращением CMYK, а не YMCK
   Ответ: Зависит от длины волны. Красный длиннее, затем зеленый, затем синий.

7. Черный или белый является цветом? Ответ-белый.

8. Черный или белый является цветом? Ответ-черный.

Вопросы по физике (слайды 49,50,56)

1. Кто впервые проделал данный опыт? Ответ -Исаак Ньютон

2. Чьи слова вы видите на слайде?Ответ -Ньютона.

3. Какое явление мы наблюдаем? Ответ-дисперсия

4. Почему преломляется свет в призме? Ответ - Показатель преломления зависит от длины волны

5. Почему белый световой луч разлагается? Ответ-белый луч-сложный цвет

6. Назовите сложные и простые цвета на картинке.

7. Почему после второй призмы получается белый световой луч?

8. Какого цвета наше солнце? Ответ-белого

Образование радуги

Природное явление - радуга. Объяснение с точки зрения опыта Ньютона по дисперсии света. Условия для образования радуги.

Просмотр фотографий радуги (слайды 51-55)

1. Какие явления можно объяснить дисперсией света?

1. Дождевую радугу, «игру» бриллиантов. Верно

2. «Игру» бриллиантов, окраску мыльных пузырей.

3. Расцветку бабочек, окраску мыльных пузырей.

4. Цвета тонких пленок, дождевую радугу.

5. Миражи в пустыне, дождевую радугу.

8.Домашнее задание. Конспект лекции

Подведение итогов. Выставление оценок.

1. Природное явление гало (слайды 61-67).

Рефлексия.

Список использованной литературы и Интернет-ресурсов:

1. Глушаков С.В., Кнабе Г.А. Компьютерная графика. Учебный курс – Харьков: Фолио. 2002.-500с.

2. Мякишев Г.Я., Буковцев Б.Б., Чаругин В.М Физика 11кл. Учебник для общеобразовательных учреждений Базовый и профильный уровни под ред проф. В. И. Николаева, проф. Н.А. Парфентьевой, - М.: Просвещение, 2008, - 399 с.: ил.

3. Симонович С.В. Общая информатика. Новое издание. - СПб: Питер, 2007.-428 с.: ил.

4. Шахмаев Н.М. Элементарный курс физики Экспериментальный учебник для 10 класса средней школы Часть 3 - М.: Просвещение, 1980, -318 с.

5. Элементарный курс физики под ред. Лансберг Г.С. III том Колебания, волны. Оптика. Строение атома - М.: Наука, 1995,- 640 с.: ил.

6. Хорст Кухлинг Справочник по физике, Перевод с немецкого под ред. Е.М. Лейкина - М.: Мир, 1982,- 520 с.

7. http://news.gismeteo.ru/photoitem.n2

8. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/20f4b063-cefa-4847-92c1-3803f19b774d/p2aa1.html

9. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/2899799f-7e7d-49bc-b9b5-a8a988cdb3c0/rgb.swf

10. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/98ebde54-2c87-4988-a3b0-0e0a5ec96cf9/cmyk.swf

11. http://images.yandex.ru/yandsearch?p=14&text=%D1%81%D0%BC%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D1%8B&stype=image&ed=1

12. http://www.colormatters.com/

13. http://www.i2r.ru

14. http://www.colormatters.com

15. http://www.Ukr-print.net