Содержательная модель темы «Световые волны»

Данное явление будет более понятно, если учащиеся сами дома (или на кружке) изготовят камеру-обскура (от латинского слова obscura - тёмная). Камера-обскура (рис. 9) представляет собой темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок, перед которым помещают рассматриваемый предмет.

Свет от точки А пламени свечи проходит через отверстие и попадает в точку А1. Отдельные световые лучи распространяются независимо друг от друга. Встречаясь или пересекаясь, лучи не оказывают никакого взаимного влияния. На экране камеры-обскура создается изображение каждой точки в виде пятнышка. Отдельные изображения точек создает вместе на экране достаточно четкое изображение.

Рис. 9. Камера-обскура

При изучении темы «Отражение света. Закон отражения света» ставятся цели:

образовательная – формирование понятия отражения света и знания о законе отражения света,

развивающая - развитие умений экспериментально подтверждать закон отражения света,

воспитательная - развитие умений формулировать выводы по своим наблюдениям.

На уроке 2, посвященному отражению света, применяется принцип Гюйгенса для теоретического вывода закона отражения света. Рассмотрим фрагмент урока, посвященный теоретическому выводу закона.

Плоская волна падает на границу АВ раздела двух однородных изотропных сред. Прямые МА иNБ — два параллельных луча падающей плоской волны (рис.10).Плоскость АD—волновая поверхность этой волны. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.

Падающая волна достигает точки поверхности раздела двух сред АВ в различные моменты времени. Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке В, на время , где - скорость волны.

Рис. 10. Принцип Гюйгенса для теоретического вывода закона отражения света.

В момент, когда первичная волна достигла точки В, вторичная волна с центром в точке А будет представлять собой полусферу радиусом r = АС = =ВD. Радиусы вторичных волн от источников, расположенных между точки А и В, в данный момент различны. Огибающей вторичных волн, т. е. волновой поверхностью отраженной волны, является плоскость СВ, касательная к сферическим поверхностям.

Отраженные лучи перпендикулярны волновой поверхности СВ. Угол («гамма» — буква греческого алфавита) между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Из равенства катетов АС и DВ прямоугольных треугольников АСВ и АDВ с общей гипотенузой АВ следует, что эти прямоугольные треугольники равны. Равны также и углы: <DAB = <CBA. Но α = <DAB, а = <CBA, как углы с перпендикулярными сторонами. Следовательно, α и γ равны между собой: α = γ.

Мы получили закон отражения света:

При падении луча на границу раздела двух сред угол отражения равен углу падения; падающий и отраженный лучи и перпендикуляр, восстановленный к поверхности в точке падения, лежат в одной плоскости.

Экспериментальное подтверждение закона отражения. Закон отражения волн выведен из принципа Гюйгенса. Этот закон подтверждается экспериментом с помощью прибора, называемого оптическим диском (рис. 11).

Рис.11. Оптический диск.

В нем источником света является лампа, находящаяся внутри подвижного осветителя 1. Пучок света распространяется от осветителя по поверхности диска и падает на зеркало 2, расположенное в центре прибора. Свет отразится от зеркала, и на поверхности диска появится отраженный пучок света. Его появление свидетельствует о том, что он лежит в той же плоскости, что и луч падающий с перпендикуляром, восставленным в точку падения луча. Измерив угол падения и угол отражения, мы увидим, что они равны. Можно менять угол падения, передвигая источник света. При этом будет меняться и угол отражения, но так, что эти два угла по-прежнему будут равны.