Конспект урока по физике "Формула тонкой линзы"

Формула тонкой линзы

Коноплева Н.И.

11 класс

Дидактическая и развивающая цели:

Вывести формулу тонкой линзы на основе построения изображения точки, лежащей на главной оптической оси, рассмотреть ее применение в простейшем оптическом приборе - очках.

Воспитательная цель:

Обратить внимание учащихся, что одним из способов познания объективной реальности является зрение человека. Рассмотреть некоторые рекомендации по профилактике зрения.

Последовательность урока:

1. Проблемный вопрос

2. Изложение нового материала

3. Решение проблемного вопроса

4. Рекомендации по зрению, упражнения на восстановление зрения

5. Экспериментальная работа «Исследование своего зрения»

6. Выводы

7. Домашние задание

8. Рефлексия

Оборудование:

Проектор, компьютер, модель «Глаз», линейка, учебник, буклет, раздаточный материал: «Таблица - опорный конспект», рекомендации для улучшения зрения, домашнее задание.

Ход урока

1. Знакомство и проблемный вопрос

Здравствуйте, ребята.

Я сегодня для вас буду не только учителем физики, но и «врачом» - окулистом. Не случайно у меня в руке модель глаза. Это наш живой фотоаппарат. Современная цивилизация облегчила значительную часть нашего каждодневного труда и освободила нас от многих жизненных забот, но во много раз увеличила нагрузку на глаза. А проблема, которая стоит сегодня перед нами - как узнать, какие очки нужно носить человеку, если у него проблемы со зрением?

- Может быть, кто-нибудь  сразу ответит на этот вопрос?

- Для того чтобы ответить на этот проблемный вопрос, нужны знания и расчеты для  определения недостатков зрения. Основным зрительным элементом глаза является хрусталик, а что он из себя представляет? (двояковыпуклую линзу - собирающую) Используя наши знания о геометрическом построении в тонких линзах, выведем формулу для расчета.

2. Тема урока ( Приложение 1 - презентация), изложение нового материала

Открываем рабочие тетради и записываем тему урока: «Формула тонкой линзы».

-Построим изображение светящейся точки S, расположенной на главной оптической оси собирающей тонкой линзы.

- Что называют линзой?

- Какую линзу называют тонкой?

- Какими лучами пользуются при построении изображения предмета в линзе?
(сама строю и объясняю, по ходу задаю вопросы)

- Для построения используем луч SO, падающий на линзу вдоль главной оптической оси и сохраняющий то же направление после прохождения сквозь линзу, и произвольный луч SA, который падает на линзу параллельно побочной оптической оси OB и после преломления в линзе пересекает фокальную плоскость MN в точке В и главную оптическую ось в точке S₁. Точка S₁ является изображением светящейся точки S. Введем обозначения: d – расстояние от светящейся точки S до оптического центра О линзы; f – расстояние от изображения S₁ до оптического центра О; F –фокусное расстояние линзы.

Из рисунка видно, что треугольники SAS₁  и ОВS₁ подобны, ввиду этого SS₁/ OS₁ = AS₁/BS₁ или (d + f)/f = AS₁/BS₁.

Из подобия треугольников OAS₁ и FBS₁ имеем OS₁/FS₁ = AS₁/BS₁ или f/(f – F) = AS₁/BS₁.

В этих пропорциях правые части равны, поэтому:

f • F +F • d = f • d

Разделив это уравнение на произведение f•d•F, находим формулу тонкой линзы:

f • F/ f•d•F + F • d / f•d•F = f • d/ f•d•F, следовательно

1/d + 1/ f = 1/F              (1)

Как называется величина, стоящая в правой части? (оптическая сила линзы)

Это позволяет переписать уравнение в виде:

D = 1/d + 1/ f                (2)

- При расчетах необходимо придерживаться следующего правила знаков величин, входящих в формулу линзы.

Если уравнения имеют вид 1 или 2, то применяются они для собирающей линзы, если знак минус ставится перед 1/d, 1/F или перед D, то применяются формулы для рассеивающей линзы. Следовательно, формула 1 и 2 даёт возможность не только вычислить искомую величину, но и оценить характер изображения предмета в линзе. И еще один факт для решения нашей проблемы: при близорукости человек может хорошо рассматривать только близко расположенные предметы, исправить этот недостаток зрения можно с помощью очков.  Как вы думаете, с какими линзами нужны очки? (рассеивающими, т.е. с линзами, имеющими отрицательную оптическую силу.) При дальнозоркости же человек, наоборот, хорошо видит удаленные предметы, но зато близко расположенные предметы - плохо.

3. Решение проблемной задачи

- Вернёмся к нашей проблемной задаче (записываю задачу на доске и объясняю: если бы зрение у мальчика было нормальным, он держал бы книгу на расстоянии наилучшего зрения - 25 см)

(презентация – вопрос проблемный)

Юноша читает книгу без очков, держа ее перед собой на расстоянии 10 см. Какие очки следует носить юноше?

Дано:              СИ                    Решение

d = 10 см        0,1 м                Ребята,  оптическая сила составной линзы – это     

d₀ = 25 см       0,25 м              хрусталик + линза очков, поэтому распишем

Dо - ?                                       формулу тонкой линзы в виде:

1) мальчик читает книгу без очков:

D_ч = 1/d + 1/f, где D_ч – оптическая сила хрусталика при наилучшем зрении

2) мальчик читает книгу в очках:

1/d + 1/f = Dч + Dо. (вызываю к доске учащегося решить математическое уравнение)

Подставим значение Dч  из (1) в (2), получим: 1/d₀+ 1/f = (1/d + 1/f) + Dо.

Отсюда:           Dо =1/d₀ - 1/d

Подставим численные значения   Dо= 1/0,25м – 1/0,1м = - 6 дптр                                                                 

Ответ: у мальчика близорукость, и ему следует носить очки с рассеивающими линзами с оптической силой – 6 диоптрий.

Ребята, поскольку многие недостатки глаза создаются нагрузкой на

них и условиями, при которых глаза выполняют работу, положение может быть значительно улучшено, если соблюдать все меры предосторожности.

4. Рекомендации

Во - первых, систематически глаза нужно поддерживать в чистоте, оберегать от повреждений, не допускать ослепления мощным световыми потоками, не перенапрягать глаза при слабой освещенности, не читать лежа, не стесняться пользоваться очками, если есть в этом необходимость.

Во - вторых, работающим на видеотерминале необходимо знать, что расстояние глаз до экрана должно быть 0,6 – 0,7 м, уровень глаз  должен приходиться на центр экрана или на 2/3 его высоты.  Тетрадь для записей располагать на подставке с наклоном 12 – 15⁰  на расстоянии 55 – 65 см. от глаз,   которая должна быть хорошо освещена. Длительность работы с видеотерминалами не должно превышать для учащихся 10-11 классов при двух уроках подряд на первом - 20 мин., на втором  - 20 мин., после чего сделать перерыв не менее 10 мин. для выполнения специальных упражнений, снимающих зрительное утомление.

Упражнения для глаз:

1. Расслабление глаз. Закрыть глаза и расслабить веки.    

2. Направленность взгляда.  Направить взгляд на горизонт, на предмет
   Можно установить взор на любом удаленном объекте (соседний дом, дерево)     

3. Моргание. Сжимать и разжимать веки, моргать.  

4. Фиксация взгляда. Зафиксировать взгляд  на кончике носа.  Глаза и мышцы век не напрягать  

5. Вращение глаз.  Медленно переводить взгляд по часовой стрелке, описывая взглядом круг. Движение глаз-плавные.       

6. Повороты глаз. Медленно смотреть вверх, вниз, вправо, влево, а также в правый нижний угол, в левый верхний угол, в левый нижний угол.  

7. Фиксация взгляда на линию горизонта.  Переводить взгляд с кончика носа на  горизонт.        

5. Экспериментальная задача

А теперь, ребята, давайте проведем исследование своего зрения. Вам необходимо взять учебник физики, открыть и, держа учебник в руке, приближая или удаляя его от глаз  без напряжения, прочесть предложение из учебника, попеременно закрывая один, потом другой глаз. Если мы смотрим на удалённый предмет, то нормально на одинаковых частях сетчатых оболочек глаза будут получаться одинаковые изображения; два изображения сливаются в одно благодаря вмешательству мозга. Это называется бинокулярным зрением. Поэтому проверим зрение одного глаза: измерьте расстояние от учебника до глаза и проверьте, нужно ли вам носить очки и какие? (спрашиваю двух учеников)

6. Вывод урока

Сегодня на уроке мы применили теоретический материал – вывод формулы тонкой линзы - для практических умений исследования зрения.

Предлагаю дома проверить, нужны ли очки и какие вашим родным?

Итак, домашнее задание

8. Домашнее задание

1. Параграф №17, познакомиться с выводом формулы тонкой линзы через построение изображения предмета.

2. Проверить и сделать расчеты  - нужны ли очки и какие вашим родным?

3. Решить проблемные задачи:

1) (Из произведения Д.Коуп. Золотая иволга) «Том застал хозяйку О,Нейл  в комнате при пекарне. На носу у неё сидели очки в стальной оправе. Старуха сурово глянула на него поверх очков и улыбнулась» Какой дефект зрения у хозяйки О,Нейл?

2) (Из произведения Ж.Верна. Путешествие капитана Гаттераса)

Можно ли добыть огонь с помощью льда? Перед этой проблемой оказались путники, потеряв огниво и очутившись без огня при 48-градусном морозе. «Доктор велел отрубить кусок льда, имеющий фут в диаметре, и начал обравнивать его топором. Потом отделал его ножом, наконец постепенно отшлифовал рукою. Получилась прозрачная чечевица, словно из лучшего хрусталя. Солнце было довольно яркое. Доктор подставил чечевицу его лучам и сосредоточил их на труте. Через несколько секунд трут загорелся»

9. Рефлексия «Знание - полная чаша» (на магнитной доске нарисованы две чаши)

- Перед вами две чаши, наполните их линзами.

Первую чащу заполняют те учащиеся, которым урок понравился и они получили практические навыки

Вторую чащу заполняют те учащиеся, которым урок не понравился и у них очень много вопросов.

Спасибо всем за урок