Zjawiska optyczne wokół nas
Scenariusz lekcji: Zjawiska optyczne wokół nas
1. Cele lekcji
a) Wiadomości
Uczeń wie, co to jest:
teatrzyk cieni,
tęcza,
lupa,
mikroskop,
aparat fotograficzny,
powiększalnik fotograficzny,
zorza polarna.
b) Umiejętności
Uczeń potrafi:
wyjaśnić zasadę działania teatrzyku cieni,
wyjaśnić mechanizm zaćmienia Słońca,
wyjaśnić mechanizm powstawania tęczy
wyjaśnić zasadę działania lupy,
opisać zasadę działania mikroskopu,
ustawić mikroskop w pozycji umożliwiającej obserwację preparatu,
wyjaśnić zasadę działania aparatu fotograficznego,
wyjaśnić zasadę działania powiększalnika fotograficznego,
wyjaśnić mechanizm powstawania zorzy polarnej.
2. Metoda i forma pracy
Wykład wprowadzający, pokaz, dyskusja.
3. Środki dydaktyczne
Rzutnik do przezroczy, ekran, lupa, mikroskop, aparat fotograficzny, powiększalnik fotograficzny.
4. Przebieg lekcji
Faza przygotowawcza
Przypominamy uczniom podstawowe prawa omówione na poprzednich lekcjach z optyki.
b) Faza realizacyjna
Chińskie cienie. Na Dalekim Wschodzie, na przykład w Chinach czy Indonezji, istniały teatry cieni. Widzowie nie obserwowali aktorów czy kukiełek wprost, ale oglądali ich cienie na ekranie.
Teatrzyk cieni
Teatrzyk cieni
Zaćmienie Słońca i Księżyca. Gdy okrążający Ziemię Księżyc ustawi się pomiędzy Słońcem a Ziemią, to przesłoni część promieni wysyłanych przez Słońce. Pewien obszar Ziemi znajdzie się w cieniu Księżyca. Na tym obszarze ludzie zaobserwują całkowite zaćmienie Słońca. Natomiast w obszarze półcienia mieszkańcy zobaczą zaćmienie częściowe. W przypadku zaćmienia Księżyca, promienie słoneczne przesłania Ziemia i nie docierają one do Księżyca. Księżyc znajduje się w cieniu Ziemi.
Schemat zaćmienia Słońca (rysunek z podręcznika J. Gintera)
Całkowite zaćmienie Słońca 29 marca 2006 r. (zdjęcie NASA)
Całkowite zaćmienie Słońca 29 marca 2006 r. (zdjęcie NASA)
Cień Księżyca na Ziemi widziany z pokładu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (zdjęcie NASA)
Tęcza. Tęcza powstaje po deszczu, gdy przez chmury zaczyna przebijać Słońce. Często można ją również zaobserwować wokół fontanny czy wody wypływającej z ogrodowego węża. Aby powstała tęcza, w powietrzu musi być duża ilość maleńkich kropel wody. Promień świetlny, padając na kroplę wody, ulega najpierw załamaniu, potem całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, a następnie powtórnemu załamaniu.Jeśli na kroplę pada światło białe, to podobnie jak w pryzmacie, ulega ono rozszczepieniu na barwy widma. Tęcza oglądana z powierzchni ziemi ma kształt barwnych półokręgów. Najniżej położony jest półokrąg o barwie fioletowej, a najwyżej – o barwie czerwonej.
Tęcza w fontannie
Tęcza pojedyncza
Tęcz podwójna
Lupa. Kiedy używamy soczewki do wytwarzania obrazów pozornych i powiększonych, nazywamy ją szkłem powiększającym lub lupą.
Lupa
Mikroskop. Mikroskop służy do oglądania przedmiotów o niewielkich rozmiarach, położonych blisko oka obserwatora.
Mikroskop
W mikroskopie za pomocą dwóch soczewek skupiających dokonujemy powiększenia obrazu.
Za pomocą pierwszej soczewki otrzymujemy rzeczywisty, powiększony i odwrócony obraz przedmiotu.
Za pomocą drugiej soczewki oglądamy ten obraz jak przez lupę. Otrzymujemy więc pozorny, prosty i powiększony „drugi” obraz tamtego „pierwszego” obrazu.
Pierwszą soczewkę mikroskopu nazywamy obiektywem, a drugą okularem.
Powiększony obraz nogi muchy
Noga muchy w większym powiększeniu
Noga muchy w jeszcze większym powiększeniu
Zdjęcia zostały wykonane mikroskopem Biolux NG, powiększającym od 40 do 1024 razy, z okularem PC, umożliwiającym oglądanie obrazu na ekranie komputera.
Aparat fotograficzny. Najważniejszym elementem aparatu fotograficznego jest obiektyw. Zbudowany jest z jednej lub kilku soczewek, których odległość od kliszy fotograficznej można zmieniać. Między soczewką a kliszą umieszczona jest tzw. przysłona, czyli pierścień o otworze, którego promień można zmieniać. Zmniejszenie tego otworu powoduje zmniejszenie ilości światła dochodzącego do filmu. Obiektyw daje obraz rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony.
Obraz otrzymany za pomocą obiektywu aparatu fotograficznego
Oko ludzkie. Oko ludzkie działa podobnie do kamery telewizyjnej. W przedniej części ma układ optyczny, który wytwarza obrazy rzeczywiste, pomniejszone i odwrócone. Odpowiedni układ komórek światłoczułych rejestruje docierające do nich sygnały świetlne. Następnie przetwarza je na sygnały nerwowe, które na bieżąco przekazywane są do mózgu – za pomocą nerwów.
1 - twardówka, 2 – ciało rzęskowe, 3 – tęczówka, 4 – ciecz wodnista, 5 – oś optyczna, 6 – oś widzenia, 7 – rogówka, 8 – soczewka, 9 – naczyniówka, 10 – nerw wzrokowy, 11 – plamka ślepa, 12 – dołek środkowy (plamka żółta), 13 – siatkówka, 14 – ciało szkliste
Oko ludzkie – rysunek z Wikipedii
Przednia część oka załamuje promienie, które do niej docierają. Załamanie zachodzi na przedniej części rogówki i w soczewce. Ostry obraz świecącego punktu widzimy wtedy, kiedy promienie biegnące od niej zostaną skupione w jednym punkcie na siatkówce. Nie zawsze układ optyczny oka wytwarza prawidłowo obraz na siatkówce.
Nadwzroczność (lub dalekowzroczność) polega na tym, że układ optyczny oka zbyt słabo skupia promienie. Aby skorygować tę wadę wzroku, stosujemy dodatkowe soczewki skupiające – czyli okulary.
Krótkowzroczność polega na tym, że układ optyczny oka za mocno skupia promienie. Aby skorygować tę wadę wzroku, stosujemy okulary z soczewkami rozpraszającymi.
Powiększalnik fotograficzny. W powiększalniku fotograficznym, rzutniku do slajdów, rzutniku pisma i projektorach filmowych, obiektyw wytwarza obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony.
Obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony w powiększalniku fotograficznym
Zorza polarna. Zorza polarna jest to świecenie górnych warstw atmosfery, występujące w okolicach podbiegunowych. Cząsteczki powietrza pobudzone są do świecenia przez wiatr słoneczny (protony i elektrony emitowane przez Słońce). W okolicach podbiegunowych pole magnetyczne Ziemi nie chroni nas przed wiatrem słonecznym i dlatego protony i elektrony docierają w górne warstwy atmosfery gdzie zderzają się z cząsteczkami powietrza i pobudzają je do świecenia.
Zorza polarna (zdjęcia pochodzą z Wikipedii Wolnej Encyklopedii)
c) Faza podsumowująca
W teatrzyku cieni na ekranie obserwujemy cienie występujących aktorów i przedmiotów.
Zaćmienie Słońca występuje wtedy, gdy pewien obszar Ziemi znajdzie się w cieniu Księżyca.
Tęcza występuje wtedy, gdy światło białe rozszczepia się na kropelkach wody.
Lupa jest to soczewka skupiająca wytwarzająca obraz pozorny, powiększony i prosty.
Mikroskop wytwarza pozorny, odwrócony i powiększony obraz przedmiotów.
Za pomocą mikroskopu optycznego można uzyskiwać powiększenie do około 1000 razy.
Aparat fotograficzny wytwarza obraz rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony.
Powiększalnik fotograficzny wytwarza obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony.
Układ optyczny oka ludzkiego wytwarza na wewnętrznej powierzchni tylnej części gałki ocznej obrazy rzeczywiste, pomniejszone i odwrócone oglądanych przedmiotów.
Zorza polarna jest to świecenie górnych warstw atmosfery, występujące w okolicach podbiegunowych.
5. Bibliografia
Ginter Jerzy Fizyka 3 dla gimnazjum WSiP Warszawa 2001.
Ginter Jerzy, Hercman Karol, Kurek Ewa, Natorf Włodzimierz Fizyka i astronomia Program nauczania gimnazjum WSiP Warszawa 1999.
Wikipedia Wolna Encyklopedia http://pl.wikipedia.org/wiki/Tecza
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_538.html