Temat

Zadania problemowe bazujące na eksperymentach

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

IX. Optyka. Uczeń:

1) ilustruje prostoliniowe rozchodzenie się światła w ośrodku jednorodnym; wyjaśnia powstawanie cienia i półcienia;

2) opisuje zjawisko odbicia od powierzchni płaskiej i od powierzchni sferycznej;

4) analizuje bieg promieni wychodzących z punktu w różnych kierunkach, a następnie odbitych od zwierciadła płaskiego i od zwierciadeł sferycznych; opisuje skupianie promieni w zwierciadle wklęsłym oraz bieg promieni odbitych od zwierciadła wypukłego; posługuje się pojęciami ogniska i ogniskowej;

5) konstruuje bieg promieni ilustrujący powstawanie obrazów pozornych wytwarzanych przez zwierciadło płaskie oraz powstawanie obrazów rzeczywistych i pozornych wytwarzanych przez zwierciadła sferyczne znając położenie ogniska;

6) opisuje jakościowo zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków różniących się prędkością rozchodzenia się światła; wskazuje kierunek załamania.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyjaśnia powstawanie cienia w zjawisku przyrodniczym.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Stosuje prawo odbicia w rozwiązywaniu problemów z życia codziennego.

2. Konstruuje bieg promieni w zwierciadle sferycznym.

3. Wyjaśnia zjawisko przyrodnicze stosując prawo załamania światła.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- wyjaśnia zjawiska przyrodnicze stosując prawa odbicia i załamania światła,

- konstruuje bieg promieni ilustrując powstawanie obrazów w zwierciadle płaskim i sferycznym.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

1. Przypomnij sobie, jakie warunki muszą być spełnione, aby powstał cień.
2. Przypomnij sobie prawo odbicia i załamania światła.
3. Przypomnij sobie, w jaki sposób działają zwierciadła sferyczne.
4. Z pewnością wiesz, czym jest i do czego służy mikroskop. A czy słyszałeś o miraskopie? Jeśli nie, to poszukaj w Internecie wyjaśnienia, co to jest i do czego służy.
5. Przypomnij, w jakich warunkach zachodzi i czym jest zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia.

Realizacja lekcji

Wiele problemów i zjawisk napotykanych w codziennym życiu można wyjaśnić za pomocą optyki geometrycznej. Zakłada ona, iż światło rozchodzi się po linii prostej. Podstawowe prawa towarzyszące rozchodzeniu się światła to prawo odbicia i załamania.

Każdy z nas ma swój cień i nie jesteśmy w stanie się go pozbyć. Raz jest dłuższy, raz krótszy i nie robi na nas żadnego wrażenia. Czasami jednak potrafi być nadnaturalnie wielki i przerażający. Warto wiedzieć, że wciąż należy do nas i nie należy się go absolutnie bać.

Widmo Brockenu, czyli nasz własny wielki cień, często otoczony tęczową obwódką - glorią, obserwowane jest najczęściej podczas wędrówki w górach, ale może wystąpić również w innych miejscach. Związane z nim są różne legendy i zabobony.

Aby zaobserwować widmo Brockenu potrzebne są chmury lub gęsta mgła i Słońce.

[Ilustracja 1]

Polecenie 1

Przypatrz się zdjęciu widma Brockenu i wyjaśnij, jakie musi być wzajemne ułożenie Słońca, chmury lub mgły oraz obserwatora, aby można zaobserwować to zjawisko.

Rozwiązanie:

Słońce musi znajdować się za plecami obserwatora, a przed nim chmury lub mgła tworzą tło, na którym pojawia się cień. Naszkicuj rozwiązanie.

[Grafika interaktywna]

Zwierciadła płaskie, czyli zwyczajne lustra, posiada w domu każdy z nas. W niektórych możemy oglądać się w całości, w innych widzimy się tylko częściowo. Są wykonane przeważnie ze szkła powleczonego cienką warstwą aluminium.

Polecenie 2

Ewa chce zakupić nowe lustro do swojego pokoju. Do tej pory posiadała jedynie takie, w którym widziała się do połowy. Dlatego zależy jej na dobraniu takiej wysokości nowego lustra, by mogła w nim widzieć odbicie całej swojej postaci.

Ewa ma 170 cm wzrostu. Wiedząc, że oczy człowieka są umieszczone średnio 10 cm poniżej jego czubka głowy, oszacuj minimalną wysokość lustra potrzebnego Ewie.

Na jakiej wysokości od podłogi powinno zostać zawieszone lustro?

Pokój Ewy jest stosunkowo wąski – czy odległość, z jakiej będzie przeglądać się w nowym lustrze, ma wpływa na to, jak wiele ze swojego odbicia zobaczy?

Wskazówka:

Sporządź podobny szkic jak na obrazku.
Rozwiąż problem geometrycznie.
Zastosuj prawo odbicia.

[Ilustracja 2]

Rozwiązanie:

[Ilustracja 3]

Odległość Ewy od lustra nie ma znaczenia.

Minimalna wysokość lustra jest równa połowie wzrostu Ewy.

Górna krawędź lustra powinna znajdować się na wysokości 165 cm nad podłogą.

Wiesz już, że miraskop to proste urządzenie służące głównie do zabawy. Dzięki niemu mamy do czynienia z pięknym przykładem iluzji optycznej. Budowa miraskopu nie jest skomplikowana. Tworzą go dwa zwierciadła sferyczne o tych samych średnicach zwrócone do siebie częściami wklęsłymi. W wierzchołku jednego z nich wycięty jest otwór. Przekrój poprzeczny miraskopu pokazany jest poniżej.

Wewnątrz miraskopu umieszczamy przedmiot i patrząc na urządzenie pod pewnym kątem widzimy iluzoryczny obraz przedmiotu unoszący się w otworze górnego zwierciadła.

[Ilustracja 4]

Polecenie 3

Wyjaśnij, w jaki sposób powstaje iluzoryczny obraz w miraskopie.

Wskazówka:

Zastosuj prawo odbicia światła. Przedstaw rozwiązanie geometrycznie.

Rozwiązanie:

Promienie świetlne odbite od przedmiotu znajdującego się w wierzchołku dolnego zwierciadła trafiają na powierzchnię zwierciadła górnego. Odbite od niej docierają do zwierciadła dolnego, tam ulegają ponownemu odbiciu i opuszczają miraskop tworząc obraz rzeczywisty przedmiotu.

[Ilustracja 5]

Z pewnością nieraz widziałeś zdjęcie powierzchni wody robione przez nurkującego fotografa. A może pamiętasz, co widziałeś podczas nurkowania w basenie, jeziorze lub morzu, patrząc w górę, w stronę powierzchni wody?

Nurek patrząc w stronę powierzchni wody widzi jaśniejsza część w formie koła otoczoną ciemniejszą przestrzenią.

[Ilustracja 6]

Polecenie 4

Wyjaśnij mechanizm powstawania obrazu widzianego przez nurka.

Od czego zależy średnica jasnej części?

Rozwiązanie:

Nurek, jak również ryby i inne zwierzęta będące pod wodą, widzą wszystko, co znajduje się nad jej powierzchnią, lecz pole ich widzenia jest zawężone do stożka widzialności o rozwartości ok. 98 stopni. Poza tym stożkiem powierzchnia wody działa jak lustro. Czarny obszar, widoczny na zdjęciu jest odbiciem dna. Jeśli jest ono głęboko położone, nie widać jego szczegółów. Jeśli zaś w zbiorniku wodnym jest stosunkowo płytko, wokół jasnego kręgu zobaczymy odbicie wszystkiego, co znajduje się na jego dnie.

Efekt ten jest wynikiem zjawiskiem całkowitego odbicia wewnętrznego. Kąt padania zwany kątem granicznym, powyżej którego promienie świetlne nie są w stanie opuścić wody, by przejść do powietrza, wynosi dla ośrodków woda‑powietrze 48,6 stopni. Całkowite odbicie wewnętrzne ma miejsce wyłącznie wtedy, gdy promień przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego.

Średnica obrazu, który widzimy na powierzchni wody, zależy od głębokości, na której się znajdujemy (wysokości stożka widzialności).

[Ilustracja 7]

[Ilustracja 8]

Podsumowanie lekcji

Wiele zjawisk optycznych, z którymi spotykamy się w życiu codziennym, można wyjaśnić za pomocą praw optyki geometrycznej.