4.1.1 Lichtbronnen Benoem de onderstaande lichtbronnen. Opgelet, één van de figuren stelt geen lichtbron voor, welke?

Transcriptie

1 Hoofdstuk 4: Licht 4.1 Voortplanting van licht Lichtbronnen Benoem de onderstaande lichtbronnen. Opgelet, één van de figuren stelt geen lichtbron voor, welke? We zien allerlei dingen om ons heen, omdat er van die voorwerpen licht in ons oog terechtkomt. Voorwerpen die dat licht uitstralen noemen we lichtbronnen. Al deze lichtstralen samen noemen we een lichtbundel. Sommige voorwerpen lijken lichtbronnen, maar weerkaatsen licht. Voorwerpen die geen licht uitstralen maar weerkaatsen noemen we donkere lichamen. Deel 4: Licht 4-1

2 4.1.2 Is licht materie of energie? Wat is licht eigenlijk en hoe gedragen lichtbundels zich? We doen een reeks proefjes om dit uit te zoeken. Proef : We laten twee lichtbundels kruisen, beïnvloeden de stralen elkaar? Proef : We laten een laserstraal door het verduisterd lokaal gaan. Zien we de lichtbundel? Wat kunnen we doen om de lichtbundel zichtbaar te maken? Proef : We schijnen met een laser of een lamp op een balans. Heeft licht een massa? Proef : We schijnen met een lichtbundel op een molentje van Crookes, op foto-voltaïsche zonnecellen of op een thermometer. Wat nemen we waar? Proef : We schijnen met een lamp door een luchtledige stolp of we kijken s nachts naar de sterren. Heeft licht materie nodig om zich voort te planten? Besluit: Heeft licht een massa? JA / NEEN Kunnen lichtstralen met elkaar botsen? JA / NEEN Kan licht omgezet worden in energie? JA / NEEN Heeft licht materie nodig om zicht voort te planten? JA / NEEN Licht is een vorm van MATERIE / ENERGIE Dualiteit van licht Er zijn meerdere modellen om licht voor te stellen: enerzijds kan men licht zien als elektromagnetische golven. Anderzijds kan men licht ook beschouwen als deeltjes die energiepakketjes voorstellen, de zogenaamde fotonen. Dit tweeledig karakter noemt met de dualiteit van licht. Deel 4: Licht 4-2

3 4.1.4 Lichtsnelheid Licht lijkt oneindig snel te gaan, maar dat is niet zo. De snelheid van het licht is c = km/s. Dat blijkt dat maximale snelheid te zijn volgens de relativiteitstheorie van Albert Einstein. Dat wil zeggen dat zonlicht bijvoorbeeld 8 minuten nodig heeft om de aarde te bereiken. Het licht dat op Jupiter weerkaatst wordt, doet er drie kwartier over om ons te bereiken en dat is heel snel: met de auto zouden we zo n 1000 jaar onderweg zijn, zonder plaspauzes! Het licht van Alpha Centauri, de dichtstbijzijnde ster (na de Zon), is bijna 4 jaar en 3 maand onderweg tot hier Rechtlijnige voortplanting van licht Proef : We bekijken terug de lichtbundel van de laser. Volgens welke baan plant het licht zich voort? Oefening : Lichtbundels kunnen zich in verschillende richtingen voortplanten. Teken voor de zaklamp: a. Een parallelle of evenwijdige licht bundel b. Een divergerende of uit elkaar lopende lichtbundel c. Een convergerende of naar elkaar toelopende lichtbundel Kern- en bijschaduw Proef : Met onze handen kunnen we schaduwen maken en ook als we in de zon lopen zien we plaatsen waar licht invalt en schaduwplekken. Deel 4: Licht 4-3

4 Oefening : Soms is een schaduw heel scherp, maar soms zijn de randen een grijze overgang van licht naar donker. Dit kunnen we verklaren dankzij de rechtlijnige voortplanting van licht: teken op het scherm telkens de schaduw van de doos voor elke lamp. Kleur volledige schaduwplekken donker op het scherm en gedeeltelijke schaduwen lichter : Het donkerste deel van de schaduw noemen we de kernschaduw, daarrond zit een lichtere bijschaduw. Oefening : Duidt op de afbeelding de kern- en bijschaduw aan. Oefening : Verklaar aan de hand van kern- en bijschaduw een volledige en een gedeeltelijke zonsverduistering. Schrijfportfolio taak : Zoek op internet wat een camera obscura is. Maak een figuur en leg de werking uit: verklaar waarom het beeld onderste boven staat, wat is de invloed van de grootte van de opening (het diafragma). Deel 4: Licht 4-4

5 4.2 Terugkaatsing van licht Terugkaatsingswetten Licht wordt teruggekaatst op vlakke oppervlakken zoals spiegels, vensters en wateroppervlakken Leerlingenproef terugkaatsingshoek We laten een lichtstraal op een vlakke spiegel invallen onder verschillende invalshoeken en meten telkens de terugkaatsingshoek met een gradenboog. Schrijf een verslag met een titel, doel, hypothese, werkwijze (benodigdheden, nauwkeurigheid meettoestellen, opstelling), metingen, grafiek en besluit. Invalshoek î Terugkaatshoek t Terugkaatsingswetten Wat kan je zeggen over het vlak van de invallende en teruggekaatste lichtstralen?... Wat kan je zeggen over de grootte van de invalshoek en de terugkaatsingshoek?... Wat kan je zeggen over een lichtstraal die in tegengestelde zin op de spiegel invalt? Beeldvorming bij vlakke spiegels Virtueel beeldpunt van een voorwerpspunt We nemen van een voorwerp én punt, een voorwerpspunt (V), en kijken wat er met het spiegelbeeld gebeurt voor de waarnemer (A): deze ziet een virtueel beeld (B): Deel 4: Licht 4-5

6 Symmetriewet Een vlakke spiegel creëert dus een virtueel beeld in het snijpunt van het verlengde van de teruggekaatste stralen. Het virtueel beeld lijkt even ver achter de spiegel als het voorwerp er voor staat. Dit noemen we de symmetriewet Beeld van een reëel voorwerp Om het beeld van een voorwerp te construeren beschouwen we dat voorwerp als een verzameling van voorwerpspunten. Vaak volstaat het om voor enkele goed gekozen punten het beeld te construeren om het beeld van het hele voorwerp te vinden. Eigenschappen van het virtueel beeld bij een vlakke spiegel: Is het beeld rechtopstaand of onderste boven?... Hoe liggen het voorwerp en het beeld t.o.v. de spiegel?... Wat kan je zeggen over de grootte van het voorwerp en het beeld?... Wat gebeurt er met links en rechts van het beeld in vergelijking met het voorwerp? Gerichte en diffuse terugkaatsing Proef Bekijk jezelf in een vlakke spiegel en in een nieuw stuk zilverpapier. Wat neem je waar? Verklaring: licht wordt op oppervlakten weerkaatst met dezelfde terugkaatsingshoek als de invalshoek. Bij perfect vlakke oppervlakte worden alle lichtstralen in dezelfde richting weerkaatst. Dit noemen we gerichte terugkaatsing. Op minder vlakke oppervlakten wordt het licht door oneffenheden in verschillende richtingen weerkaatst. Dit noemen we diffuse terugkaatsing. Gerichte terugkaatsing Diffuse terugkaatsing Deel 4: Licht 4-6

7 4.2.4 Holle spiegels Wie al eens een spiegelpaleis bezocht heeft zich (misschien) een breuk gelachen met de grappige weerkaatsingen van niet vlakke spiegels. Ook verkeersspiegels, dode hoek spiegels en make up-spiegels vervormen het beeld, vaak is het de bedoeling een breder of net een uitvergroot beeld te krijgen. Hoe werken ze? Meetkundige kenmerken van een bolvormige spiegel We beschouwen de holle spiegel als een deel van een wiskundige bol. M is het middelpunt van de kromming r is de straal van de kromming h is de symmetrie- of hoofdas van de spiegel O is het middelpunt van de spiegel en het snijpunt met de as I is het invalspunt van de lichtstraal n is de normaal of loodlijn op de raaklijn aan de spiegel Terugkaatsing bij bolvormige spiegels Brandpunt Als op een licht gekromde holle spiegel een lichtbundel invalt, evenwijdig met de hoofdas en dicht bij die as, convergeren de teruggekaatste stralen naar één punt op de as: het brandpunt (F). De afstand van het centrum van de spiegel tot het brandpunt noemen we de brandpuntsafstand (f). De brandpuntsafstand is half zo groot als de krommingstraal: f = r / Eigenschappen van holle spiegels Een lichtstraal die evenwijdig met de hoofdas invalt op de spiegel wordt teruggekaatst door het brandpunt. Een lichtstraal die door het brandpunt op de spiegel invalt wordt evenwijdig met de hoofdas teruggekaatst. Een lichtstraal die door het krommingsmiddelpunt invalt wordt recht teruggekaatst door het krommingsmiddelpunt. Voor stralen die verder afwijken of niet evenwijdig invallen met de hoofdas treden er afwijkingen op. Dit kan men oplossen door parabolische spiegels in plaats van bolvormige te gebruiken. Deel 4: Licht 4-7

8 Beeldvorming bij holle spiegels Make up spiegels zijn holle spiegels die het beeld vergroten, zodat men beter ziet wat men doet. Bij nader onderzoek blijkt het beeld sterk af te hangen van de afstand van het voorwerp tot de spiegel: als het voorwerp verder van de spiegel staat krijgt men een beeld dat op zijn kop staat. We gaan na hoe dat komt door het beeld te bekijken van een rechtopstaande pijl waarvan de voet zich op de hoofdas bevindt: Bolle spiegels Bolle spiegels worden in het verkeer en in winkels gebruikt om het gezichtsveld te vergroten. Het virtueel beeld blijkt rechtopstaand en verkleind te zijn voor alle beeldpuntafstanden Oefening Verklaar met de onderstaande figuur waarom het virtueel beeld voor een waarnemer rechtopstaand is met een groot gezichtsveld. Deel 4: Licht 4-8

9 4.3 Breking van licht Het brekingsverschijnsel We zagen eerder dat in eenzelfde middenstof licht zich rechtlijnig voortplant. Uit een aantal proefjes blijkt dat dat niet langer het geval is als licht overgaat van één soort materie in een andere stof. Proef We steken een langwerpig voorwerp in een glas water. Waarneming: Proef We kijken door een bolvormige glazen kolf, gevuld met water, naar onze buur. Waarneming: Op de foto: André Kuipers een Nederlandse ESA-astronaut die in het ISS waar er geen zwaartekracht is, een luchtbel in een druppel water injecteerde. Proef We kijken met een vergrootglas naar onze cursusbladen. Waarneming: Proef We laten achtereenvolgens een lichtstraal loodrecht en dan schuin op een wateroppervlak invallen. Teken op de figuur de stralengang. Wat gebeurt er met de stralen als de lichtstraal van uit het water naar de lucht komt, door op de bodem bijvoorbeeld een spiegel te leggen. Waarneming: Als licht overgaat van een stof naar een andere stof, verandert het licht aan het scheidingsoppervlak van richting. We noemen dat verschijnsel lichtbreking. Deel 4: Licht 4-9

10 4.3.2 Systematische bestudering van breking Meetkundige afspraken (1) Het scheidingsoppervlak tussen de twee stoffen: s (2) De invallende lichtstraal: i (3) Het invalspunt van de lichtstraal op het oppervlak: I (4) De normaal is de loodlijn op het oppervlak in I: n (5) De invalshoek tussen de lichtstraal en de normaal: Î (6) De gebroken lichtstraal die in de stof dringt: r (7) Brekingshoek tussen de gebroken straal en de normaal: R Lichtsnelheid, optisch ijl en optisch dicht milieu De breking van licht aan het oppervlak tussen twee milieu s is te verklaren door het verschil in lichtsnelheid in de beide milieu s. In het luchtledige, of in lucht is de snelheid van licht het grootst: c = m/s (dus ³ km/s). We spreken van een optisch ijl milieu. In optisch dichte materie wordt het licht vertraagd doordat er interactie is met de materie. In water is de lichtsnelheid bijvoorbeeld m/s. In glas en diamant is de snelheid nog kleiner. Nu is het zo dat licht steeds de snelste weg volgt om van een punt naar een ander punt te gaan en dat dat leidt tot breking toont onderstaand vergelijkend voorbeeld aan Snelste weg tussen 2 punten Veronderstel een hond die van punt A op het strand naar punt B in zee wil gaan. Op het strand is zijn loopsnelheid 2,00 m/s en in zee zwemt hij 1,00 m/s. We kunnen verschillende routes bekijken: de kortste route, recht van A naar B (route 1), of een route waarbij er eerst zo veel mogelijk op het strand wordt gegaan, want daar verplaatst de hond zich het snelst (route 2) en dan nog een route ergens tussenin, horizontaal gezien 5,85 meter ver (route 3). Voor deze berekeningen gebruiken we de stelling van Pythagoras. Route 1: 5,00 m strand en 5,00 m zee: t strand = 5,00 m / 2,00 m/s = 2,50 s t zee = 5,00 m / 1,00 m/s = 5,00 s t totaal = 7,50 s Route 2: 8,54 m strand en 3,00 m zee: t strand = 8,44 m / 2,00 m/s = 4,27 s t zee = 3,00 m / 1,0 m/s = 3,00 s t totaal = 7,27 s Route 3: 6,57 m strand en 3,69 m zee: t strand = 6,57 m / 2,00 m/s = 3,29 s t zee = 3,69 m / 1,0 m/s = 3,69 s t totaal = 6,98 s Deel 4: Licht 4-10

11 We kunnen besluiten dat route 3 het snelst is. En dat geldt ook als de hond van B naar A zou bewegen. Hetzelfde geldt voor licht: het volgt de snelste route en zal bij overgang van tussen twee milieu s met een verschillende optische dichtheid breken in plaats van rechtdoor te bewegen Brekingswetten en brekingsindex Brekingswetten Wat kan je zeggen over het vlak van de invallende en gebroken lichtstralen en de normaal?... Wat kan je zeggen over de grootte van de invalshoek en de brekingshoek?... Wat kan je zeggen over een lichtstraal in tegengestelde zin? Experiment brekingswet van Snellius We laten een laserstraal onder verschillende hoeken invallen op de rechte zijde van een halve ronde glazen lens en lezen telkens de overeenkomstige brekingshoek af. Het invallen van de lichtstraal op de vlakke zijde is een overgang van een optisch milieu naar een optisch milieu. Waarom wordt de straal niet gebroken als ze de lens verlaat? We berekenen met de rekenmachine telkens sin Î, sin R en de verhouding van deze twee sinussen. Vervolgens herhalen we de proef met een omgekeerde stralengang, dus de laserstraal valt in via de bolle kant : het verlaten van de lichtstraal langs de vlakke zijde is een overgang van Schrijf een verslag met een titel, doel, hypothese, benodigdheden, meettoestellen en hun nauwkeurigheid, werkwijze, proefopstelling, metingen en berekeningen en een besluit. Brekingswet van Snellius: Waarbij n a b de brekingsindex is bij overgang van milieu a naar milieu b. (per definitie en zonder eenheid) Relatieve brekingsindex De brekingsindexen bij overgang van het luchtledige naar een optisch dichtere stof noemen we de relatieve brekingsindex (n) van die stof. De relatieve brekingsindex van een stof is een stofeigenschap. Men kan bewijzen dat: n 1 sin α 2 c 2 = = n 2 sin α 1 c 1 Deel 4: Licht 4-11

12 Waarbij n 1 en n 2 de relatieve brekingsindexen zijn, α 1 en α 2 de invals- en brekingshoeken en c 1 en c 2 de lichtsnelheid in beide milieu s. On-line animatie die het verband geeft tussen brekingsindex, voortplantingsnelheid en het golfmodel van Hyghens: Tabel relatieve brekingsindexen voor een reeks stoffen: Stof IJs 1,31 Water 1,33 Ether 1,35 Ethanol 1,36 Kwartsglas 1,46 Plexiglas 1,51 Crownglas voor lenzen 1,50 à 1,60 Flintglas voor lenzen 1,60 à 1,88 Diamant 2,42 n Totale terugkaatsing Grenshoek Bij het uitvoeren van de proef met de halve cirkelvormige lens merkten we dat bij het naderen van de maximale invalshoek (90 t.o.v. de normaal) van optisch ijl naar optisch dicht de brekingshoek ook maximaal werd. Deze hoek noemen we de grenshoek. Bij de overgang van lucht naar glas is die grenshoek ongeveer Totale terugkaatsing Bij de omgekeerde stralengang, van optisch dicht naar optisch ijl, zal bij een invalshoek even groot als de grenshoek de gebroken straal zowat evenwijdig lopen met het scheidingsoppervlak (s). Bij hoeken groter dan de grenshoek zal de lichtstraal totaal teruggekaatst worden op het scheidingsoppervlak. Bij hoeken kleiner dan de grenshoek treedt gewoon breking op (steeds met een gedeeltelijke terugkaatsing). Omdat de brekingsindex afhankelijk is van de aard van de stof, is er ook voor elke overgang van lucht naar een optisch dichtere stof een andere grenshoek: water 49 ethanol 47 glas 42 diamant Toepassingen totale terugkaatsing Totale terugkaatsing komt voor bij glasvezelkabels voor datatransmissie of zoals in decoratieve glasvezellampen. Demonstratieproefje: laat een laserstraal invallen op een afgebogen waterstraal. Deel 4: Licht 4-12

13 4.3.6 Oefeningen Oefening Bereken de lichtsnelheid in glas en in diamant Oefening Teken de stralengang voor de lichtstraal die invalt op het glazen plaatje: Oefening Teken de stralengang voor de lichtstraal die invalt op de glazen prisma: Oefening Teken de stralengang voor de lichtstraal die invalt op dit aquarium: Oefening Verklaar met behulp van stralengangen en een virtueel beeld waarom een staaf in een waterbak gebroken lijkt: Oefening Welke stralengang is de correcte? lucht glas lucht Deel 4: Licht 4-13

14 4.3.7 Lenzen Brillen zijn al sinds de 13 de eeuw in gebruik, lang voor de werking van lenzen goed gekend was. Veel brillen werken met dunne bolle lenzen. Ook in fototoestellen, telescopen, microscopen, verrekijkers, projectoren en andere optische toestellen zitten o.m. dit soort lenzen. Dankzij zijn eerste telescoop die tot 30 keer vergrootte kon Galileo in januari 1610 vier manen rond de planeet Jupiter waarnemen: het eerste harde bewijs dat niet alle hemellichamen rond de zon draaiden! Dunne bolle lenzen zijn doorzichtige voorwerpen die begrensd worden door twee bolle zijden en die dus in het midden dikker zijn dan aan de rand Breking bij dunne bolle lenzen De breking bij dunne bolle lenzen verloop volgens de algemene principes van de lichtbreking: Brandpunten van een bolle lens We laten een evenwijdige stralenbundel invallen op een dunne bolle lens en tekenen de stralengang. Daarna herhalen we de proef van de andere kant: O O De afstand van het optisch middelpunt (O) van een lens, tot het brandpunt (F) noemen we de brandpuntsafstand (f). Een bolle lens heeft 2 brandpunten: één aan elke zijde op de hoofdas Eigenschappen van dunne bolle lenzen Als we de brandpuntsafstand van een dunne bolle lens kennen zijn er een aantal lichtstralen die we eenvoudig kunnen construeren zonder de algemene brekingswetten stap voor stap te moeten toepassen: - Een lichtstraal die evenwijdig met de hoofdas invalt gaat door het brandpunt aan de andere zijde O F 1 F 2 O Deel 4: Licht 4-14

15 - Een lichtstraal die door een brandpunt invalt wordt evenwijdig met de hoofdas gebroken O F 1 F 2 O - Een lichtstraal die door het optisch middelpunt invalt wordt niet gebroken. O F 1 F 2 O Opmerking: deze laatste eigenschap geldt enkel voor dunne bolle lenzen. Als de lens te dik is zal de straal door breking niet rechtdoor gaan, maar door breking verschuiven (zie hiervoor figuur breking bij bolle lenzen ) Beeldvorming bij bolle lenzen Stralen uit één lichtpunt door een bolle lens Construeer de stralengang van enkele stralen uit het lichtpunt / voorwerppunt (V) door de bolle lens. Begin met de straal die evenwijdig met de hoofdas invalt, die die door het brandpunt (F) invalt, die door het optisch middelpunt en teken dan nog enkele stralen. V F 1 O F 2 Besluit: lichtstralen uit één voorwerppunt (V) komen na breking door een lens samen in één beeldpunt (B) Beeld van een voorwerp (f < v < 2.f) Op dezelfde manier kunnen we het beeld van een voorwerp (hier de pijl V) construeren door dit voor 2 punten te doen: de top en de voet van de pijl:. V F 1 O F 2 Deel 4: Licht 4-15

16 Merk op: de voorwerpsafstand (v) is groter dan de brandpuntafstand (f), maar kleiner dan het dubbel ervan (2.f). Het beeld (B) is reëel, groter en omgekeerd dan het voorwerp (V) en de beeldafstand (b) is groter dan het dubbel van de brandpuntafstand (2.f). Hoe kan je zien dat het beeld reëel is? Beeld van een voorwerp als v > 2.f V F 1 O F 2 Besluit: het beeld (B) is reëel, kleiner en omgekeerd dan het voorwerp (V) en de beeldafstand (b) is groter dan de brandpuntafstand (f), maar kleiner dan het dubbel van de brandpuntafstand (2.f) Beeld van een voorwerp als v = 2.f V F 1 O F 2 Besluit: het beeld (B) is reëel, even groot en omgekeerd dan het voorwerp (V) en de beeldafstand (b) is even groot als het dubbel van de brandpuntafstand (2.f) Beeld van een voorwerp als v = f V F 1 O F 2 Besluit: de gebroken stralen zijn evenwijdig, dat wil zeggen dat het beeld (B) op oneindig wordt gevormd Beeld van een voorwerp als v < f V F 1 O F 2 Besluit: Het beeld (B) is virtueel, rechtop en het ligt aan dezelfde kant van de lens als het voorwerp (V). Deel 4: Licht 4-16

17 Hoe kan je zien dat het beeld virtueel is? Overzicht beeldvorming bij bolle lenzen Voorwerpafstand Aard beeld Stand beeld Grootte beeld Beeldafstand v > 2.f v = 2.f f < v < 2.f v = f v < f Lenzenformule We kunnen wiskundig aantonen dat: = + f b v Dit is de lenzenformule. Bij virtuele beelden is b negatief Oefening Een reëel voorwerp bevindt zich op 50 cm van een bolle lens waarvan de brandpuntsafstand 20 cm is. Bereken de beeldafstand, bepaal aan de hand daarvan of het beeld reëel of virtueel is en maak een figuur van de beeldvorming. Oefening Een reëel voorwerp bevindt zich op 25 cm van een bolle lens met brandpuntsafstand 40 cm. Bereken de beeldafstand, bepaal of het beeld reëel of virtueel is en maak een figuur van de beeldvorming Lineaire vergroting bij bolle lenzen Lenzen worden dikwijls gebruikt om van een voorwerp een vergroot beeld te maken, denk maar aan vergrootglazen, microscopen, verrekijkers, telescopen en projectoren. Het is dan belangrijk te weten hoe dikwijls het voorwerp wordt vergroot Experiment vergroting Met een overheadprojector vergroten we op een scherm een geodriehoek (V) en meten op het scherm de grootte van het beeld (B). De verhouding van de grootte van het beeld B tot de grootte van het voorwerp V noemen we de lineaire vergroting: G = B / V G is een altijd een positief getal zonder eenheid. Deel 4: Licht 4-17

18 In het uitgevoerde experiment geeft dit: V = B = G = Verband lineaire vergroting met beeld- en voorwerpafstand Je kunt de lineaire vergroting ook berekenen als de verhouding van de grootte van de beeldafstand (b) tot de grootte van de voorwerpsafstand (v): G = b / v We kunnen dit bewijzen met de onderstaande figuur: Bewijs: : Oefening Het beeld van een voorwerp van 10 cm is 15 cm groot. Bereken de lineaire vergroting en de beeldafstand als het voorwerp zich op 30 cm van de bolle lens bevindt. Hoeveel is de brandpuntafstand? Oefening Een voorwerp bevindt zich op 30 cm van een lens en het beeld op 40 cm. Bereken de vergroting en de grootte van het voorwerp als het beeld 12 cm groot is. Bereken ook de brandpuntafstand Het menselijk oog Taak: - Maak een afbeelding van het menselijk oog met aanduiding van belangrijkste delen, zeker die in verband staan met de leerstof over licht. - Duid op de figuur ook de stralengang van het licht aan. - Verklaar de afwijkingen bijziend en verziend en gebruik daarvoor de begrippen voorwerpafstand, beeldafstand en brandpuntafstand - Hoe kan je bijziendheid en verziendheid corrigeren met een bril: welk type bril heeft men nodig, of wat moet het effect van die bril zijn? Gebruik hiervoor dezelfde begrippen als hierboven. Deel 4: Licht 4-18

19 Extra oefeningen 1. Is vuurwerk een lichtbron of een donker lichaam? Verklaar je antwoord. 2. Is de planeet Mercurius een lichtbron of een donker lichaam? Verklaar. 3. Wat is het verschil tussen een fietslicht en een fietsreflector? 4. Hoe komt het dat je door een tunnel met een bocht nauwelijks licht kan zien? 5. Is een ster een convergerende, divergerende of parallelle lichtbron? 6. Is een laserstraal een convergerende, divergerende of parallelle lichtbron? 7. Verklaar waarom we afwisselend volle, halve en nieuwe maan zien. 8. Teken de stand van de aarde, zon en maan in het geval van een maansverduistering 9. Als je door een sleutelgat kijk zie je maar een klein deel van de kamer. Hoe kan je je gezichtsveld vergroten, door je oog dichter of verder te brengen van het sleutelgat? Verklaar je antwoord. 10. De zon is voor de aarde de belangrijkste lichtbron. Dankzij de zon en fotosynthese is leven op aarde mogelijk. Verklaar waarom er geen leven op aarde zou zijn zonder zonlicht. 11. Verklaar hoe de hoofdschotel in Technopolis de illusie wekt van een levend hoofd zonder lichaam. 12. Wie twee spiegels tegenover elkaar zet ziet het beeld vele malen herhaald op steeds grotere afstand. Geef hiervoor een verklaring. 13. Waarom kan je in een aangedampte spiegel niets zien? 14. Teken voor de figuur hiernaast het beeldpunt voor de waarnemer. 15. Een lamp bevindt zich in het brandpunt van een holle spiegel. Hoe wordt het licht van de lamp weerkaatst? Maak een figuur om je antwoord te verklaren. 16. Wie ziet wie in de spiegel? 17. Teken de stralengang bij een periscoop die werkt met 2 vlakke spiegels. 18. Teken de stralengang bij een periscoop die werkt met twee rechthoekige gelijkbenige glazen prisma s Deel 4: Licht 4-19

20 19. Benoem de nummers op de figuur met de volgende begrippen: scheidingsoppervlak of grensoppervlak, normaal, invalspunt, optisch ijler milieu, optisch dichter milieu, invallende straal, gebroken straal, invalshoek, brekingshoek 20. Teken in de onderstaande gevallen de stralengang. Meet daarvoor met een gradenboog de invalshoek en bereken de grootte van de brekingshoek of totale terugkaatsingshoek (n glas = 1,50): lucht glas glas lucht glas lucht 21. Teken in de onderstaande gevallen de stralengang. Meet daarvoor met een gradenboog de brekingshoekhoek en bereken de grootte van de invalshoek (n glas = 1,50): lucht glas glas lucht 22. Teken de lichtstralengang bij deze spiegelreflexcamera: 23. Een reëel voorwerp bevindt zich op 40 cm van een bolle lens waarvan de brandpuntsafstand 15 cm is. Bereken de beeldafstand, bepaal aan de hand daarvan of het beeld reëel of virtueel is en maak een figuur van de beeldvorming. 24. Teken de stralengang van een evenwijdig invallende lichtbundel op een maatkolf gevuld met water: Deel 4: Licht 4-20

21 Kennen en kunnen Je kan de begrippen lichtbron, lichtstraal, donker lichaam, rechtlijnige voortplanting, lichtbundel, divergerend, convergerend en parallelle lichtbundel, elektromagnetische golven, fotonen, dualiteit, kernschaduw, bijschaduw, invalshoek en terugkaatsingshoek, voorwerpspunt, waarnemer, virtueel beeld, gerichte en diffuse terugkaatsing, vlakke, bolle en holle spiegels, hoofdas, brandpunt, brandpuntafstand, parabolische spiegels, lichtbreking, scheidingsoppervlak, invalspunt, normaal, lichtsnelheid, optisch ijl, optisch dicht, brekingshoek, relatieve brekingsindex, totale terugkaatsing, grenshoek, dunne bolle lenzen, optisch middelpunt, beeldafstand, voorwerpafstand, lineaire vergroting, bijziend en verziend omschrijven en met voorbeelden illustreren. Je weet dat licht zowel door elektromagnetische golven als door fotonen kan voorgesteld worden. Je weet dat licht zicht rechtlijnig voortplant met een snelheid c = km/s is en dat dit de maximale snelheid is. Je weet dat licht zich in optisch dicht milieu trager voortplant. Je kan een kern- en bijschaduw grafisch construeren en uitleggen. Je kan de proef om het verband te bepalen tussen de invals- en terugkaatsingshoek van licht op een vlakke spiegel beschrijven en er de gepaste besluiten uit trekken. Je kan lichtstralen en hun terugkaatsing op een afbeelding grafisch construeren en uitleggen. Je kent de 3 terugkaatsingswetten en de symmetriewet en kan ze in concrete situaties gebruiken. Je kan bij een vlakke spiegel het virtueel beeld grafisch construeren en met voorbeelden illustreren. Je kent de symmetriewet en kan ze concrete situaties gebruiken. Het effect van vlakke, holle, parabolische en bolle spiegels bij terugkaatsing omschrijven en met voorbeelden illustreren. De hoofdas, het centrum, de krommingstraal, het brandpunt en de brandpuntafstand van een holle bolvormige spiegel bepalen. Het beeld bij een holle spiegel grafisch bepalen Het virtueel beeld bij een bolle spiegel grafisch bepalen. De stralengang bij lichtbreking grafisch construeren. Je kan de proef om het verband te bepalen tussen de invals- en brekingshoek van licht bij een halve ronde glazen lens beschrijven en er de gepaste besluiten uit trekken. Je kan lichtstralen en hun breking grafisch construeren en uitleggen. Je kent de 3 brekingswetten en de wet van Snellius en kan ze in concrete situaties gebruiken. Je kan de werking van dunne bolle lenzen verklaren, het beeld bij dunne bolle lenzen grafisch bepalen, de eigenschappen van het beeld verklaren en het verband tussen de beeldpuntafstand en de brandpuntafstand verklaren. Je kent de lensformule en kan ze toepassen op concrete gevallen. Je kan de formules voor lineaire vergroting bij lenzen bewijzen en de vergroting berekenen. Je kan de beeldvorming bij het menselijk oog verklaren en de correcties bij bijziende en verziende afwijking verklaren. Je kan de werking van optische toestellen zoals spiegels, camera s, loepen, vergrootspiegels, periscopen, lachspiegels, katoogreflectoren, glasvezelkabels etc. gedetailleerd uitleggen. Oefeningen, vragen en vraagstukken over licht oplossen. Deel 4: Licht 4-21