кандидат физико-математических наук, доцент

Кафедрой оптики УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

Ответственный за редакцию: А.Н. Годлевская

Ответственный за выпуск: А.Н. Годлевская
Пояснительная записка
Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором изучаются законы распространения оптического излучения на основе представлений о световых лучах. В рамках геометрической оптики удается создать упрощенную, но в большинстве случаев достаточно точную теорию оптических систем. Здесь объясняется образование изображений, существует возможность вычисления аберраций оптических систем и разрабатывать методы их исправления, выводить энергетические соотношения для световых пучков, проходящих через оптические системы, оценивать качество изображения, изучаются методы расчета хода лучей через оптическую систему и основы конструирования оптических систем.

В курсе физики средней школы изучаются основы геометрической оптики. Во внеурочное время (например, на факультативных занятиях имеется возможность выйти за рамки обязательной программы и обучить учащихся приемам осуществления экспериментальных исследований, целью которых является изучение простейших оптических систем и их характеристик, а также условий формирования качественных изображений с применением таких систем). Для решения этих задач учитель должен иметь достаточную подготовку в области геометрической оптики.

Актуальной задачей в практической работе учителей является проектирование учебного процесса и адаптация материала по геометрической оптике к школьной программе и уровню математического и физического образования школьников. К сожалению, качественных научно-методических материалов по данной проблеме в настоящее время предлагается недостаточно. Поэтому подготовка будущих педагогов в области геометрической оптики и теории оптических систем, а также в области методики преподавания геометрической оптики в средней школе на основе прогрессивных технологий образования является актуальной задачей вуза.

Изучение курса базируется на сведениях из общего курса физики (прежде всего – оптики). Для его изучения необходимы знания в области геометрии, черчения.

• 
  усвоение студентами основных понятий и законов геометрической оптики;
  
• 
  овладение теоретическими основами геометрической оптики и методикой расчета идеальных оптических систем;
  
• 
  понимание студентами сути, происхождения аберраций оптической системы и их влияния на качество изображений;
  
• 
  усвоение правил построения изображений оптическими приборами различного назначения: микроскопами, телескопами, проекционными аппаратами и др.;
  
• 
  приобретение практических навыков в расчете, конструировании и исследовании оптических систем;
  
• 
  освоение методики проектирования учебного процесса при изучении геометрической оптики в средней школе;
  
• 
  освоение методики решения задач по геометрической оптике и теории оптических систем.
  

• 
  основные понятия и законы геометрической оптики;
  
• 
  основные положения и формулы теории солинейного сродства;
  

• 
  законы и уравнения, описывающие распространение света в идеальной оптической системе;
  

• 
  методику и технику выполнения экспериментальных исследований по геометрической оптике;
  
• 
  методику решения задач по геометрической оптике;
  
• 
  содержание программы по физике и учебных пособий по физике для средней школы в части, относящейся к изучению геометрической оптики;
  

• 
  пользоваться научным и учебным оборудованием и аппаратурой, предназначенной для исследований по геометрической оптике;
  

• 
  строить изображение в оптических системах микроскопов, телескопов, проекционных аппаратов и т.д. и рассчитывать ход лучей в них и их основные характеристики;
  

• 
  решать задачи различного уровня сложности;
  
• 
  проектировать учебный процесс с использованием современных образовательных технологий;
  

• 
  методиками юстировки оптических систем;
  
• 
  методами определения радиусов кривизны оптических поверхностей, фокусных расстояний и увеличений линз и оптических систем;
  
• 
  методиками теоретического расчета хода лучей через оптические системы и их основных характеристик;
  
• 
  методикой и техникой выполнения демонстраций и организации экспериментальных исследований учащихся по геометрической оптике;
  
• 
  методикой и практическими навыками решения задач различного уровня сложности по геометрической оптике.
  

Спецкурс изучается студентами 5-го курса специальности 1-31 04 01 Физика по направлению 1-31 04 01 03 «Физика (научно-педагогическая деятельность)» со специализацией 1-31 04 01 03 05 «Лазерная физика и спектроскопия».

Содержание учебного материала

Оптические системы и их классификация по принципу положения предмета и изображения. Историческая справка. Понятие оптической системы. Классификация оптических систем по принципу положения предмета и изображения: зрительная труба, микроскоп, объектив, проекционная система.

Информационно-методическая часть

Примерный перечень лабораторных работ

1. 
   Изучение законов отражения и преломления света на уроках-мастерских
   
2. 
   Определение фокусных расстояний и радиусов кривизны линз различными методами
   
3. 
   Конструирование простейшего микроскопа и определение его увеличения
   
4. 
   Конструирование простейшего телескопа и определение его увеличения
   

Примерный перечень практических занятий

1. 
   Методика решения задач с применением законов отражения и преломления света (деловая игра)
   
2. 
   Методика построения хода лучей через идеальную оптическую систему и расчета ее характеристик (деловая игра)
   
3. 
   Ограничение пучков лучей в оптических системах
   
4. 
   Качественные задачи по геометрической оптике и их использование на уроках различного типа
   

Рекомендуемые формы контроля знаний

1. 
   Тестовые задания
   
2. 
   Реферативные работы
   
3. 
   Защита отчетов о лабораторных работах
   

Рекомендуемые темы тестовых заданий

1. 
   Оптические системы и их классификация по принципу положения предмета и изображения. Основные понятия теории оптических систем
   
2. 
   Ограничение пучков лучей в оптических системах. Светораспределение в оптической системе
   

Рекомендуемые темы реферативных работ

1. 
   Глаз как оптическая система. Стереоскопическое зрение
   
2. 
   Проекционные системы различного типа и их практическое применение
   
3. 
   Компьютерные программы расчета оптических систем и их характеристик и их использование в учебном процессе по физике
   
4. 
   Содержание учебного материала по геометрической оптике в учебных пособиях, рекомендованных для учащихся: достоинства и недостатки
   
5. 
   Современный фотоаппарат и его особенности
   
6. 
   Стереоскопические оптические системы и их практическое применение. Современная проекционная система и ее возможности.
   
7. 
   Современные методы коррекции зрения.
   
8. 
   Оптические системы специального назначения и их использование в медицине
   
9. 
   Оптические системы для инфракрасной области спектра: аппарат ночного видения
   
10. 
    Стереоскопическое кино и стереоскопическая фотография
    
11. 
    Современные светокопировальные устройства: принцип действия и возможности
    
12. 
    Оптические системы, содержащие волноводы, и их практическое применение
    
13. 
    Использование оптических систем в космических исследованиях
    
14. 
    Оптические системы для геодезических и аэронавигационных измерений.
    
15. 
    Оптические системы в строительстве и военном деле
    
16. 
    Видеоматериалы по геометрической оптике и их использование в учебном процессе
    

Рекомендуемая литература

1. 
   Руководящие документы министерства образования Республики Беларусь, регламентирующие преподавание физики в средней школе: стандарт образования, программа по физике, инструктивно-методические письма, учебные пособия и др.
   
2. 
   Халиманович, А.А. Человек и мир. V класс. / А.А. Халиманович, Я.Н. Яцкевич, М.И. Вишневский, В.Н. Гирина. – Мн.: Народная асвета, 2009.
   
3. 
   Жилко, В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го класса общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. – Мн.: Нар. Асвета, 2001.
   
4. 
   Кембровский, Г.С. Геометрическая оптика в школе / Г.С. Кембровский. – Мн.: Белорус. ассоц. «Конкурс», 2008.
   
5. 
   Прокопенко В.С. Лабораторный эксперимент при изучении оптики / В.С. Прокопенко. – Красноярск: изд-во КрГУ, 1985.
   
6. 
   Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем. – М.: Машиностроение, 1973.
   
7. 
   Апенко М.И., Дубовик А.С. Прикладная оптика. – М.: Наука, 1971.
   
8. 
   Заказнов Н.П. Прикладная геометрическая оптика. – М.: Машиностроение, 1984.
   
9. 
   Жилко В. В. Сборник вопросов и задач по физике для 10-го кл. учреждений, обеспечивающих получение общ. сред. образования, с рус. яз. обучения с 11-летним сроком обучения / В. В. Жилко, Л. Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2003. – 223 с.
   

1. 
   Физический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1984.
   
2. 
   Ландсберг Г.С. Оптика / Г.С. Ландсберг. – М.: Наука, 2006.
   
3. 
   Зайдель, А.Н. Техника и практика спектроскопии / А.Н. Зайдель, Г.В. Островская, Ю.И. Островский. – М.: Наука, 1976. – Гл. 1.
   
4. 
   Кулагин, С.В. Оптико-механические приборы. / С.В. Кулагин, В.Н. Дикарев, Г.С. Мосягин и др. – М.: Машиностроение, 1975. – Гл. 3.
   
5. 
   Зайдель, А.Н. Погрешности измерений физических величин / А.Н. Зайдель. – Л.: Наука, 1985.
   
6. 
   Попко, Ю.М., Князева А.А. Руководство к практикуму по физике / Ю.М. Попко, А.А. Князева.– М.: Учпедгиз, 1959. – С. 317 – 325.
   
7. 
   Богданова, Т.Н., Субботина Е.П. Руководство к практическим занятиям по физике. Ч. 1 / Т.Н. Богданова, Е.П. Субботина. – М.: Советская наука, 1949. – С. 338 – 355.
   

10. Афанасьев В.А. Оптические измерения. – М.: Высшая школа, 1981. – Гл. 1.

11. Шпрокхоф, Г. Эксперимент по курсу элементарной физики. Ч. 6. Геометрическая оптика / Г. Шпрокхоф. – М.: Учпедгиз, 1960. – Гл. 1, §§ 3 – 5; Гл. 2, § 9; Гл. 3, § 13.

12. Покровский, С.Ф. Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике: Пособие для учителей / С.Ф. Покровский. – М.: Главполиграфпром, 1963. – 415 с.

13. 
    Слободянюк, А. И. Олимпиады по физике / А. И. Слободянюк, Л. Г. Маркович, А. В. Лавриненко. – Мн.: Аверсэв, 2003. – 272 с.
    
14. 
    Кембровсий, Г. С. Олимпиады по физике: 7 – 11 классы (2007 год) / Г. С. Кембровский [и др.]. – Мн: Аверсэв, 2008. – 313 с.
    
15. 
    Кембровсий, Г. С. Олимпиады по физике: 7 – 11 классы (2006 год) / Г. С. Кембровский [и др.]. – Мн: Аверсэв, 2007. – 302 с.