20. Оптичні пристрої та принцип їх роботи

Урок №20. Оптичні пристрої та принцип їх роботи

---

Мета уроку: ознайомити учнів із деякими оптичними пристроями, їхньою будовою та принципом роботи.

Очікувані результати для учнівства:

Очікувані результати для вчителя:

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 4. Якісна освіта
• 9. Інновації та інфраструктура

Ключові слова: лупа, окуляри, короткозорість, далекозорість, окуляр, об’єктив, мікроскоп, телескоп.

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Практика пригадування (retrieval practice)
3. Теоретичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

 Оптичні пристрої:

1. Лупа
2. Окуляри
3. Мікроскоп
4. Телескоп

---

Рис.1
Джерело: https://was.media/2019-05-27-tizhden-okuljariv/?gad_source=1&gclid=CjwKCAiA7Y28BhAnEiwAAdOJUO3jtOFcNEF8_1CAZx0zjZK0DeMERQN27loRZ7ydGOtJn9CPs8TJShoCHuYQAvD_BwE

Що ви бачите на рис.1? Навіщо потрібна ця річ і як вона використовувалася?

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 3 хв.

Через ураження ультрафіолетом очі червоніють і болять, течуть сльози. У найгірших випадках це може призвести до пошкодження сітківки та втрати зору. Сніг відбиває 80 % ультрафіолету, тож сонце + сніг = снігова сліпота. Саме тому для мешканців Арктики захист очей є найважливішим. Ескімоси створили перші сонцезахисні окуляри та назвали їх ніґауґек. Прилад роблять із деревини, моржевої кістки чи оленячого рога, прорізаючи в заготовці тонкі горизонтальні щілини. Ніґауґек обмежує кількість ультрафіолету, що потрапляє до очей, а також покращує різкість зору. Такі окуляри використовували учасники обох знаменитих експедицій до Південного полюсу — Роберта Скотта та Руаля Амундсена.

---

Пригадайте теоретичний матеріал, який ви опрацювали минулого уроку. На чистому аркуші запишіть терміни та визнання, формули.

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 7 хв.

Учням потрібно взяти чистий аркуш та записати на ньому терміни, які вивчалися минулого уроку, по змозі записати й визначення; записати формули та підписати, що означають літери в цих формулах. Перевірку можна провести з усім класом одночасно, по черзі запитувати в учнів, що вони записали, та дізнатися, чи всі в класі погоджуються з визначеннями та формулами.

Посилання на відео:

• https://www.youtube.com/watch?v=SfHqYV-nVC8

• https://www.youtube.com/watch?v=kr5UfKB6jYI

• https://www.youtube.com/watch?v=4x-2GHBel0A

---

Оптичні пристрої:

1. Лупа

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 20 хв.

Бажано мати лупу (а краще декілька з різним збільшенням), щоб під час демонстрації обговорити принцип її роботи.

Рис. 2. Лупа
Джерело: https://magnifyingglasses.co.uk/shop/hand-magnifiers/large-economy-classic-magnifier-4-inch-lens/

Пристрій, який ви бачите на рис. 2, називають лупою, або збільшуваним склом. Основна її частина — це збиральна лінза. Для отримання чіткого зображення предмет (текст) потрібно розташувати на відстані від лінзи, що буде меншою за фокусну відстань.

1. Опишіть, яке при цьому утвориться зображення.
2. Враховуючи, що фокусна відстань становить 20 см, знайдіть, чому дорівнює оптична сила лінзи, використана в лупі.

Перегляньте таблицю, у якій представлені різні типи луп та їхні характеристики.

Тип лупи	Фокусна відстань (F), см	Матеріал лінзи	Максимальне збільшення лупи
Компактна лупа	5	Пластик
Настільна лупа	10	Скло
Портативна лупа	15	Скло

3. Розрахуйте максимальне збільшення лупи та внесіть отримані результати в таблицю, використавши формулу:

де 25 см — середня відстань найкращого зору для людини.
Середня відстань найкращого зору для людини — це умовна відстань, на якій людське око може чітко побачити об’єкти без додаткового напруження.

2. Окуляри

Дружня порада вчителю

На жаль, зараз у кожному класі є учні, у яких є проблеми із зором, тож можна поцікавитися, які окуляри вони носять, у чому може бути відмінність в окулярах, що таке контактні лінзи. Намагатися розповідати про окуляри не відокремлено, а наводячи життєві приклади та ситуації. У цьому пункті є багато питань, які не потрібно навмисне виділяти, зробіть їх частиною вашого діалогу з учнями.

Якщо людина має гарний зір, вона бачить чіткими як далеко, так і близько розташовані предмети. Проте існують і вади зору.
Короткозорість (міопія) — це порушення зору, за якого людина добре бачить предмети, розташовані поблизу, але віддалені об’єкти здаються розмитими.
Далекозорість (гіперметропія) — це порушення зору, за якого людина чітко бачить віддалені об’єкти, але предмети, розташовані поблизу, здаються розмитими.

Рис. 3

1. Розгляньте рис. 3 та визначте, які види лінз використовують для корекції кожного з видів порушення зору.

На діаграмі (рис. 4) наведено узагальнені статистичні дані, що відображають загальні тенденції щодо проблеми зору серед людей різних вікових груп.

Рис. 4

2. Яка вікова група має найвищий відсоток людей з короткозорістю?
3. Яка вікова група має найвищий відсоток людей з далекозорістю?
4. Як, на вашу думку, використання технологій (екранні пристрої, комп’ютери, смартфони) може вплинути на поширення короткозорості серед молоді в майбутньому?
5. Чи існують якісь способи корекції зору (крім використання окулярів та контактних лінз)? У чому полягає особливість цих методів?

3. Мікроскоп

Дружня порада вчителю

Бажано продемонструвати учням мікроскоп, якщо є така можливість. За допомогою нього можна щось розглянути.

Зверніть увагу на рис. 5.

Рис. 5. Мікроскоп та зображення, отримане завдяки ньому
Джерело: https://med.hlr.ua/articles/vse-chsho-potribno-znaty-pro-microscopy-vydy-ta-zastosyvannya
https://opticalmarket.com.ua/ua/poshuk_mikroskopa.html

Мікроскоп складається з двох основних оптичних елементів — окуляра та об’єктива.
Почнімо з об’єктива. Він складається з лінзи з досить малим значенням фокусної відстані. Зображення при цьому виходить реальне, збільшене, перевернуте. Дай відповідь на ці питання:

1. Яка лінза використовується в об’єктиві мікроскопа — збиральна чи розсіювальна?
2. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.
3. Навіщо в сучасних мікроскопах є декілька різних об’єктивів?

Наступний оптичний елемент — це окуляр. Фокусна відстань в окуляра більша, ніж фокусна відстань об’єктива. Окуляр при цьому дозволяє отримувати уявне, збільшене, пряме зображення.

4. Яка лінза використовується в окулярі мікроскопа — збиральна чи розсіювальна?
5. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.
6. Навіщо в сучасних мікроскопах є декілька різних змінних окулярів?

Загальне збільшення в мікроскопі обчислюється як добуток збільшення окуляра та збільшення об’єктива.

Перегляньте таблицю поєднання окулярів та об’єктивів, їхнє збільшення та призначення.

Окуляр (збільшення)	Об’єктив (збільшення)	Загальне збільшення	Сфера використання
10×	4×	40×	Початкове спостереження об’єкта, зразка пошуку, загальний огляд.
10×	10×	100×	Детальний огляд клітин або тканини, підготовка до детального аналізу.
10×	40×	400×	Дослідження деталей клітини, наприклад, ядра, хромосоми або інших внутрішніх структур.
15×	10×	150×	Вивчення дрібних частин, наприклад, окремих клітин або їхніх частин.
15×	40×	600×	Дослідження мікроскопічних організмів, таких як бактерії або дрібні водорості.
20×	100×	2000×	Високоточний аналіз мікроскопічних структур, наприклад, бактеріальних клітин чи органел.

Ви проходите співбесіду на посаду мікроскопіста у велику компанію. Дайте відповіді на питання і робота буде вашою!

У лабораторії для спостереження клітин є мікроскоп з об’єктивом 20× і окуляром 20 ×.

1. Розрахуйте загальне збільшення мікроскопа.
2. Які структури клітини можна дослідити при цьому збільшенні?
3. Ваше завдання — вивчити водорості під мікроскопом. Вам потрібне збільшення не менше 150×, але не більше 400×. Які поєднання окуляра та об’єктива з таблиці ви можете використати?
4. У лабораторії потрібно виконати дві мікроскопії:

• Перший має окуляр 10× і об’єктив 10×.
• Другий має окуляр 20× і об’єктив 40×.

Розрахуйте загальне збільшення обох мікроскопів.

5. Який із них краще підходить для детального вивчення клітинних органел? Чому?

4. Телескоп

Дружня порада вчителю

Якщо є телескоп, не зайвим буде його використати на уроці.

Зверніть увагу на рис. 6.

Рис. 6. Телескоп та зображення, отримане завдяки ньому
Джерело: https://subjectum.eu/astronomy/profile/18.html
https://tengrinews.kz/science/nasa-postroit-teleskop-na-lune-397993/

Телескоп також складається з двох основних оптичних елементів: окуляра та об’єктива.
Об’єктив телескопа складається з лінзи з досить великим значенням фокусної відстані. Чим більший діаметр об’єктива, тим більше світла він може зібрати і тим чіткішим буде зображення. Зображення при цьому отримується реальне, зменшене, перевернуте.

1. Яка лінза використовується в об’єктиві телескопа — збиральна чи розсіювальна?
2. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.

Фокусна відстань в окуляра менша, ніж фокусна відстань об’єктива. Окуляр при цьому дозволяє отримувати дійсне, збільшене, обернене зображення.

3. Яка лінза використовується в окулярі телескопа — збиральна чи розсіювальна?
4. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.

---

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 12 хв.

Учнів класу потрібно об’єднати в три групи. Можна вибрати капітанів, які виберуть аркуші, на яких завчасно будуть записані теми групових робіт.

Під час проходження кожного наступного рівня обов’язково виконати завдання попереднього рівня.

Перед виконанням роботи вам потрібно об’єднатися в групи (усього три групи). Теми робіт та інформація, яка повинна бути в самих роботах:

	Вправи для підтримки зору	Дослідження еволюції оптичних пристроїв	Пояснення принципу роботи VR-окулярів
Рівень А	Знаходження вправ	6-8 найважливіших оптичних приладів, створених людиною (на вашу думку)	Короткий опис принципу роботи
Рівень В	Аргументація використання саме цих вправ	Аргументація вибору саме цих пристроїв	Опис принципу роботи окремих елементів
Рівень С	Виконання вправ разом з усіма учнями класу під музику	Цікаві факти, які стосуються кожного з приладів	Розповідь про сфери застосування: сучасні та ті, що, на вашу думку, будуть у майбутньому

Під час проходження кожного наступного рівня треба обов’язково виконати завдання попереднього рівня.

---

Ви повинні записати три короткі висновки, які зробили для себе після вивчення теми “Лінзи та оптичні пристрої”. Поділіться своїми записами із сусідом по парті.

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 3 хв.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

• https://www.youtube.com/watch?v=XkjeR422-hs

Урок №20. Оптичні пристрої та принцип їх роботи

---

Мета уроку: ознайомити учнів з деякими оптичними пристроями, їхньою будовою та принципом роботи.

Очікувані результати:

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 4. Якісна освіта
• 9. Інновації та інфраструктура

Ключові слова: лупа, окуляри, короткозорість, далекозорість, окуляр, об’єктив, мікроскоп, телескоп.

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Практика пригадування (retrieval practice)
3. Теоретичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

 Оптичні пристрої:

1. Лупа
2. Окуляри
3. Мікроскоп
4. Телескоп

---

Рис.1.
Джерело: https://was.media/2019-05-27-tizhden-okuljariv/?gad_source=1&gclid=CjwKCAiA7Y28BhAnEiwAAdOJUO3jtOFcNEF8_1CAZx0zjZK0DeMERQN27loRZ7ydGOtJn9CPs8TJShoCHuYQAvD_BwE

Що ви бачите на рис.1? Навіщо потрібна ця річ і як вона використовувалася?

---

Пригадайте теоретичний матеріал, який ви опрацювали минулого уроку. На чистому аркуші запишіть терміни та визнання, формули.

Посилання на відео:

• https://www.youtube.com/watch?v=SfHqYV-nVC8

• https://www.youtube.com/watch?v=kr5UfKB6jYI

• https://www.youtube.com/watch?v=4x-2GHBel0A

---

Оптичні пристрої:

1. Лупа

Рис. 2. Лупа
Джерело: https://magnifyingglasses.co.uk/shop/hand-magnifiers/large-economy-classic-magnifier-4-inch-lens/

Пристрій, який ви бачите на рис. 2, називають лупою, або збільшуваним склом. Основна її частина — це збиральна лінза. Для отримання чіткого зображення предмет (текст) потрібно розташувати на відстані від лінзи, що буде меншою за фокусну відстань.

1. Опишіть, яке при цьому утвориться зображення.
2. Враховуючи, що фокусна відстань становить 20 см, знайдіть, чому дорівнює оптична сила лінзи, використана в лупі.

Перегляньте таблицю, у якій представлені різні типи луп та їхні характеристики.

Тип лупи	Фокусна відстань (F), см	Матеріал лінзи	Максимальне збільшення лупи
Компактна лупа	5	Пластик
Настільна лупа	10	Скло
Портативна лупа	15	Скло

3. Розрахуйте максимальне збільшення лупи та внесіть отриманні результати в таблицю , використавши формулу:

де 25 см — середня відстань найкращого зору для людини.
Середня відстань найкращого зору для людини — це умовна відстань, на якій людське око може чітко побачити об’єкти без додаткового напруження.

2. Окуляри

Якщо людина має гарний зір, вона бачить чіткими як далеко, так і близько розташовані предмети. Проте існують і вади зору.

Короткозорість (міопія) — це порушення зору, за якого людина добре бачить предмети, розташовані поблизу, але віддалені об’єкти здаються розмитими.
Далекозорість (гіперметропія) — це порушення зору, за якого людина чітко бачить віддалені об’єкти, але предмети, розташовані поблизу, здаються розмитими.

Рис. 3

1. Розгляньте рис. 3 та визначте, які види лінз використовують для корекції кожного з видів порушення зору.

На діаграмі (рис. 4) наведено узагальнені статистичні дані, що відображають загальні тенденції щодо проблеми зору серед людей різних вікових груп.

Рис. 4

2. Яка вікова група має найвищий відсоток людей з короткозорістю?
3. Яка вікова група має найвищий відсоток людей з далекозорістю?
4. Як, на вашу думку, використання технологій (екранні пристрої, комп’ютери, смартфони) може вплинути на поширення короткозорості серед молоді в майбутньому?
5. Чи існують якісь способи корекції зору (крім використання окулярів та контактних лінз)? У чому полягає особливість цих методів?

3. Мікроскоп

Зверніть увагу на рис. 5.

Рис. 5. Мікроскоп та зображення, отримане завдяки ньому
Джерело: https://med.hlr.ua/articles/vse-chsho-potribno-znaty-pro-microscopy-vydy-ta-zastosyvannya
https://opticalmarket.com.ua/ua/poshuk_mikroskopa.html

Мікроскоп складається з двох основних оптичних елементів — окуляра та об’єктива.
Почнімо з об’єктива. Він складається з лінзи з досить малим значенням фокусної відстані. Зображення при цьому виходить реальне, збільшене, перевернуте. Дай відповідь на ці питання:

1. Яка лінза використовується в об’єктиві мікроскопа — збиральна чи розсіювальна?
2. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.
3. Навіщо в сучасних мікроскопах є декілька різних об’єктивів?

Наступний оптичний елемент — це окуляр. Фокусна відстань в окуляра більша, ніж фокусна відстань об’єктива. Окуляр при цьому дозволяє отримувати уявне, збільшене, пряме зображення.

4. Яка лінза використовується в окулярі мікроскопа — збиральна чи розсіювальна?
5. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.
6. Навіщо в сучасних мікроскопах є декілька різних змінних окулярів?

Загальне збільшення в мікроскопі обчислюється як добуток збільшення окуляра та збільшення об’єктива.

Перегляньте таблицю поєднання окулярів та об’єктивів, їхнє збільшення та призначення.

Окуляр (збільшення)	Об’єктив (збільшення)	Загальне збільшення	Сфера використання
10×	4×	40×	Початкове спостереження об’єкта, зразка пошуку, загальний огляд.
10×	10×	100×	Детальний огляд клітин або тканини, підготовка до детального аналізу.
10×	40×	400×	Дослідження деталей клітини, наприклад, ядра, хромосоми або інших внутрішніх структур.
15×	10×	150×	Вивчення дрібних частин, наприклад, окремих клітин або їхніх частин.
15×	40×	600×	Дослідження мікроскопічних організмів, таких як бактерії або дрібні водорості.
20×	100×	2000×	Високоточний аналіз мікроскопічних структур, наприклад, бактеріальних клітин чи органел.

Ви проходите співбесіду на посаду мікроскопіста у велику компанію. Дайте відповіді на питання і робота буде вашою!

У лабораторії для спостереження клітин є мікроскоп з об’єктивом 20× і окуляром 20 ×.

1. Розрахуйте загальне збільшення мікроскопа.
2. Які структури клітини можна дослідити при цьому збільшенні?
3. Ваше завдання — вивчити водорості під мікроскопом. Вам потрібне збільшення не менше 150×, але не більше 400×. Які поєднання окуляра та об’єктива з таблиці ви можете використати?
4. У лабораторії потрібно виконати дві мікроскопії:

• Перший має окуляр 10× і об’єктив 10×.
• Другий має окуляр 20× і об’єктив 40×.

Розрахуйте загальне збільшення обох мікроскопів.

5. Який із них краще підходить для детального вивчення клітинних органел? Чому?

4. Телескоп

Зверніть увагу на рис. 6.

Рис. 6. Телескоп та зображення, отримане завдяки ньому
Джерело: https://subjectum.eu/astronomy/profile/18.html
https://tengrinews.kz/science/nasa-postroit-teleskop-na-lune-397993/

Телескоп також складається з двох основних оптичних елементів: окуляра та об’єктива.
Об’єктив телескопа складається з лінзи з досить великим значенням фокусної відстані. Чим більший діаметр об’єктива, тим більше світла він може зібрати і тим чіткішим буде зображення. Зображення при цьому отримується реальне, зменшене, перевернуте.

1. Яка лінза використовується в об’єктиві телескопа — збиральна чи розсіювальна?
2. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.

Фокусна відстань в окуляра менша, ніж фокусна відстань об’єктива. Окуляр при цьому дозволяє отримувати дійсне, збільшене, обернене зображення.

3. Яка лінза використовується в окулярі телескопа — збиральна чи розсіювальна?
4. Яке положення займає предмет на головній оптичній осі — за 2F, між 2F і F, між F і лінзою? Відповідь поясни.

---

Перед виконанням роботи вам потрібно об’єднатися в групи (усього три групи). Теми робіт та інформація, яка повинна бути в самих роботах:

	Вправи для підтримки зору	Дослідження еволюції оптичних пристроїв	Пояснення принципу роботи VR-окулярів
Рівень А	Знаходження вправ	6-8 найважливіших оптичних приладів, створених людиною (на вашу думку)	Короткий опис принципу роботи
Рівень В	Аргументація використання саме цих вправ	Аргументація вибору саме цих пристроїв	Опис принципу роботи окремих елементів
Рівень С	Виконання вправ разом з усіма учнями класу під музику	Цікаві факти, які стосуються кожен з приладів	Розповідь про сфери застосування: сучасні та ті, що, на вашу думку, будуть у майбутньому

Під час проходження кожного наступного рівня треба обов’язково виконати завдання попереднього рівня.

---

Ви повинні записати три короткі висновки, які зробили для себе після вивчення теми “Лінзи та оптичні пристрої”. Поділіться своїми записами із сусідом по парті.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

• https://www.youtube.com/watch?v=XkjeR422-hs