Происходящие в современной жизни общества изменения требуют развития новых способов образования, педагогических технологий, имеющих дело с индивидуальным развитием личности, творческой инициацией, формирования у обучающегося универсального умения ставить и решать задачи для разрешения возникающих в жизни проблем - профессиональной деятельности, самоопределения, повседневной жизни. Акцент переносится на воспитание свободной личности, формирование у детей способности самостоятельно мыслить, добывать и применять знания, тщательно обдумывать принимаемые решения и чётко планировать действия, эффективно сотрудничать в разнообразных по составу и профилю группах, быть открытыми для новых контактов и культурных связей. Учебно-исследовательская деятельность как процесс совместной работы учащихся и педагога по изучению сущности процессов и явлений позволяет: - выявить склонности ребят к ведению научно-исследовательской деятельности - активизировать интерес к познанию окружающего мира; - сформировать умения самостоятельно и творчески мыслить. Я в своей педагогической деятельности практикую не только выполнение исследовательских работ учащимися, но и написание ими научных статей. Данная работа представляет собой научную статью ученика 11-го класса «ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СОЛНЦА С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИЗАТОРА В ОБЛАЧНУЮ ПОГОДУ» Н.Н.Михайлов «ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СОЛНЦА С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИЗАТОРА В ОБЛАЧНУЮ ПОГОДУ»
Данная тема (проблема) представляет особую актуальность для выпускников школы, так как все абитуриенты, поступающие в технические высшие учебные заведения обязательно должны предъявить результаты Единого государственного экзамена по физике. И при подготовке к экзаменам сталкиваются заданиями С типа: «Гриб¬ник ушёл от до¬ро¬ги да¬ле¬ко в лес и за¬блу¬дил¬ся. Ком¬па¬са у него не было, по¬го-да была об¬лач¬ная, Солн¬ца не видно. Без ори¬ен¬та¬ции по сто¬ро¬нам све¬та найти до¬ро¬гу к сво¬е¬му автомо¬би¬лю было не¬воз¬мож¬но. Тут он вспом¬нил, что в кар¬ма¬не у него есть про¬ти-во¬бли¬ко¬вые ав¬то¬мо¬биль¬ные очки, по¬кры¬тые по¬ля¬ро¬ид¬ной плёнкой. Он вышел на по¬ля¬ну, до¬стал очки и стал их по¬во¬ра¬чи¬вать во¬круг оп¬ти¬че¬ской оси стёкол, глядя сквозь них на небо в раз¬ных на¬прав¬ле¬ни¬ях. Через не¬боль¬шое время он смог опре¬де¬лить на¬прав¬ле¬ние на Солн¬це. Объяс¬ни¬те, ос¬но¬вы¬ва¬ясь на из¬вест¬ных фи¬зи¬че¬ских за¬ко¬нах и за¬ко¬но¬мер¬но¬стях, смысл его дей¬ствий при таком спо¬со¬бе ори¬ен¬ти¬ро¬ва¬ния» [1]. Чтобы дать правильный ответ на поставленный в задании вопрос и была выбрана тема данного исследования. Из древних исландских легенд известно, что викинги были умелыми навигаторами и заходили далеко в Северную Атлантику [2]. Подтверждением того, что викинги могли использовать такое средство навигации как "солнечный камень" является недавно обнаруженный морскими археологами дихроичный кристалл кордерита в останках британского корабля времен королевы Елизаветы I, затонувшего в 1532 году [6]. Но доказательства того, что этим кристаллом действительно можно пользоваться для ориентирования на местности в облачную погоду, найдено не был [5]. Цель работы: теоретическое обоснование и выявление доказательств возможности определения положения Солнца с помощью поляризатора в облачную погоду. Задачи: 1. Изучить литературу по данной теме; 2. Исследовать зависимость I (ɑ) опытным путем на основании закона Малюса; 3. Организовать экспериментально – опытную работу по проверке возможностей применения свойств поляризованного света для ориентирования на местности в облачную погоду. Данная статья представляет собой обзор результатов исследовательской деятельности в ходе, которой было выяснено действительно ли дихроичными кристаллами, можно пользоваться для ориентирования на местности тогда, когда небо полностью затянуто облаками. Что бы выяснить это обратимся к одному из волновых свойств света – поляризации. Что же такое поляризация? Поляризацией света было названо явление особого видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают различные свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча [4]. Электромагнитная световая волна является плоско поляризованной, если направления колебаний векторов напряженности Е и магнитной индукции В в этой волне строго фиксированы и лежат в определенных плоскостях. Плоско поляризованный свет можно получить из неполяризованного с помощью поляризационных приспособлений, в основе которых лежит двойное лучепреломление. Интенсивность света, прошедшего через поляризатор, определяется выражением I = kI0 cos2ɑ где ɑ - угол между осью поляризатора и плоскостью поляризации падающей волны, I0 - интенсивность падающего света. Эту формулу часто называют законом Малюса в честь французского ученого инженера Этьена Малюса, современника Френеля [3]. Для исследования характера и степени поляризации света мы применяли устройства, называемые поляризаторами и анализаторами. В качестве анализаторов используются те же устройства, которые служат для получения линейно поляризованного света (поляризаторы). Если световая волна, входящая в анализатор, линейно поляризована, то для интенсивности волны, выходящей из анализатора, справедлив закон Малюса: I = kI0 cos2ɑ. Принципиальная схема экспериментальной установки, позволяющей получить и исследовать свет с различными состояниями поляризации, приведена на рисунке. Монохроматический свет, получаемый при помощи источника света 1, пройдя выходную щель 3, попадает на собирающую линзу 3, которая фокусирует световой пучок на фотоэлемент 4. За линзой устанавливаются поляризационные приспособления, пройдя которые свет попадает на фотоэлемент, величина сопротивления которого зависит от освещенности. Поэтому электрический ток, текущей по фотосопротивлению также будет зависеть от освещенности. Величина электрического тока регистрируется микроамперметром. В самом начале эксперимента стрелка на анализаторе была установлена против деления, соответствующего углу ɑ=0̊ . Затем включив источник света, измерили силу тока Ι. При повороте анализатора вокруг оси наблюдалось изменение интенсивности света, проходящего через него. В интервале углов от 00 до 900 , интенсивность света уменьшалась. При увеличении угла от 900 до 1800 интенсивность росла. Для того чтобы проверить справедливость закона Малюса видоизменили формулу закона, разделив правую и левую части закона на Ι0. Были найдены значения Ι/ Ι0 , а также значения cos2ɑ для каждого значения угла ɑ. Полученные результаты занесены в таблицы. Таблица 1. Результаты эксперимента
ЗНАЧЕНИЕ УГЛА В ГРАДУСАХ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 I o 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Ip 20 19,5 19 18 17 16 14 12 10,5 cosx 1 0.9848 0,9397 0.8660 0.7660 0.6428 0.5000 0.3420 0.1736 сos2 x 1 0,9335 0,883036 0,7499 0,5867 0,4131 0,25 0,1169 0,0301 Ip /I o 1 0,975 0,95 0,9 0,85 0,8 0,7 0,6 0,525
И по полученным результатам построены в одних осях график зависимости Ι/ Ι0 от величины угла ɑ и график зависимости cos2ɑ от величины угла ɑ. Сравнивая формы полученных графиков, можно узнать, работает или нет математическое выражение закона Малюса. По вертикальной оси (оси ординат) откладывались значения отношения Ι/ Ι0 и cos2ɑ, по горизонтальной оси (оси абсцисс) – величина угла. Вверху график зависимости Ι/ Ι0 от величины угла и нижний график – график зависимости cos2ɑ от величины угла. Графики получились аналогичны, что в очередной раз подтвердило справедливость закона Малюса. Для решения последней задачи исследования был выбран пасмурный день и, выйдя на улицу, было обследовано небо поляризаторами. Необходимо было найти такой участок неба, чтобы направленный на него анализатор, который поворачивали вокруг своей оси, гасил, попадающий на него свет. В ходе эксперимента изменение интенсивности света, проходящего через анализатор или очки, обнаружено не было. Однажды, когда завеса облаков была не слишком плотная, проведенное исследование показало, что свет, падающий на анализатор перпендикулярно, частично ослабевает. То есть свет, проходящий через неплотные облака, был частично поляризован, а свет, проходя через плотную завесу облаков, рассеивается и становится неполяризованным. Изложенное выше позволяет прийти к выводу, что не всегда в качестве навигатора можно пользоваться поляризаторами или очками с поляроидными пленками. Применять поляризаторы можно только тогда, когда облака не сильно плотные. Литература: 1. Т.И. Трофимова, Курс физики. Москва «Академия», 2006 -363-364 с. 2. По следам викингов с полярированным светом: Экспериментальное исследование атмосферных оптических предпосылок, позволяющих поляриметрическую навигацию Викингов моряков\ Джастин Маршалл, Томас У. Кронин и Мартин Ф. Велинг.\\ Королеское общество.-2011. 10.1098/rstb.2010.019411. 3. Расколотый луч.\В. Костров\\Техника молодежи -1960.-№10. 39 с. Источники, представленные в Internet: 4. Поляризация света — Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза... dic.academic.ru› Поляризация света 5. Викинги использовали поляризацию света для навигации. Дата публикации: 31 Январь 2011, автор: admin (http://vzglyadzagran.ru/nauka/vikingi-ispolzovali-polyarizaciyu-sveta-dlya-navigacii.html) 6. Раскрыт секрет "солнечного камня" викингов. Дженнифер Карпентер (http://www.bbc.co.uk/russian/science/2011/11/111102_islandic_sunstones.shtml).
Михайлов Николай Николаевич ученик 11 класса, МБОУ «Школа № 8» г. Ачинск Руководитель: Хадралиева Нина Васильевна, учитель физики. МБОУ «Школа № 8» г. Ачинск, Россия
Версия для слабовидящих
