Imię i nazwisko autora:

Krzysztof Lorek

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Jak wyznaczyć wartość współczynnika załamania światła z pomiaru kąta granicznego?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
2) posługuje się materiałami pomocniczymi, w tym tablicami fizycznymi i chemicznymi oraz kartą wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych;
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.

X. Fale i optyka. Uczeń:
20) doświadczalnie: e) wyznacza wartość współczynnika załamania światła z pomiaru kąta granicznego.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyprowadzi związek między współczynnikiem załamania ośrodka, a kątem granicznym.

2. wykona doświadczenie w wirtualnym laboratorium, w którym zmierzy współczynnik załamania wody.

3. rozwiąże zadania dotyczące zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna

Metody nauczania:

- wykład,
- doświadczenie w wirtualnym laboratorium,
- doświadczenie.

Formy zajęć:

- praca w parach,
- praca indywidualna.

Środki dydaktyczne:

WL_I, szklana kuweta z wodą, wskaźnik laserowy, mazak, linijka lub centymetr

Materiały pomocnicze:

„Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki” T. Dryński

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel na poprzedniej lekcji zadaje do domu pobawienie się w wirtualnym laboratorium dołączonym do tego e‑materiału i pomyślenie nad metodą najbardziej precyzyjnego pomiaru współczynnika załamania wody. Zadaniem dodatkowym dla chętnych może być wykonanie zrzutu ekranu takiego ustawienia lasera w wirtualnym laboratorium oraz wyprowadzenie wzorów potrzebnych do wyznaczenia współczynnika załamania. Osoby chętne powinny przysłać swoje wyniki nauczycielowi e‑mailem przed lekcją i mogą zostać nagrodzone ocenami celującymi.

Faza realizacyjna:

- Nauczyciel przedstawia uczniom eksperyment, który zostanie wykonany. Będzie on przeprowadzony identycznie, jak w multimedium bazowym tego e‑materiału. Do kuwety należy wcześniej wlać wody. Aby uzyskać lepszy efekt Tyndalla w wodzie, można wlać odrobinę mleka, ale nie za dużo, żeby nie stała się mętna. Najlepiej jest również zasłonić okna w sali i podczas eksperymentu zgasić światło, by lepiej było widać promienie. Nauczyciel, dyskutując z uczniami i korzystając z sugestii osób, które wykonały zadanie domowe dla chętnych, ustala najlepszy sposób pomiaru współczynnika załamania. Jest to sposób pokazany na rysunku do zadań 6‑8. Nauczyciel podaje uzasadnienie takie, jak w rozwiązaniu zadania 7.

- Nauczyciel rysuje na tablicy bieg promienia i wyprowadza wzór na współczynnik załamania w oparciu o odległości x i y. Wspomina przy tym, że odległości x i y zostaną zmierzone linijką bądź centymetrem. Wyprowadzenie jest podane w zadaniu 6.

- Ochotnik z sali mierzy odległość y między lustrem wody a spodem kuwety. Następnie przy zgaszonym świetle ochotnik świeci laserem, w sposób pokazany na rysunku do zadań 6‑8. Pozostali uczniowie obserwują plamkę lasera na ścianie, która odpowiada promieniowi załamanemu. Kiedy plamka zniknie i zostanie znaleziony kąt graniczny, drugi ochotnik oznacza mazakiem na spodzie kuwety miejsce, w którym znajdowała się plamka lasera i nastąpiło całkowite wewnętrzne odbicie. Po włączeniu światła ochotnik mierzy odległość x, między końcem kuwety, a oznaczonym miejscem.

- Po zakończonym eksperymencie, wyniki pomiarów x i y są zapisane na tablicy. Nauczyciel prosi uczniów o obliczenie współczynnika załamania wody. W razie potrzeby, nauczyciel chodzi po klasie i pomaga uczniom, a na koniec omawia wynik. W przypadku bardzo zdolnej grupy można również przeprowadzić rachunek błędów podobnie, jak w zadaniu 8.

Uwaga! Nauczyciel musi uważać, żeby uczniowie nie zaświecili sobie laserem w oczy. Pamiętajmy, że wiązka lasera może odbić się i załamać zarówno na granicy powietrze‑woda, jak i na granicy powietrze‑szkło. Wskaźnik laserowy daje światło o wystarczająco dużym natężeniu, żeby mogło dojść do uszkodzenia wzroku.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel przypomina sposób wyznaczania współczynnika załamania wody z pomiaru kąta granicznego.

Praca domowa:

Zadania: 4 i 5 z zestawu ćwiczeń.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Doświadczenie w wirtualnym laboratorium uczniowie powinni wykonać samodzielnie. Wykonanie go przez nauczyciela nie da takiego samego efektu. Uczniowie mogą wykonać doświadczenie w wirtualnym laboratorium w domu po lekcji w celu zweryfikowania zdobytej wiedzy lub na lekcji. Wirtualne laboratorium może również pełnić funkcję instruktażu dla nauczyciela, gdyby nie potrafił wykonać eksperymentu.