Aan de slag met de nieuwe leerplannen fysica 2 de graad ASO GO! M. Beddegenoodts, M. De Cock, G. Janssens, J. Vanhaecht woensdag 17 oktober 2012 Specifieke Lerarenopleiding Natuurwetenschappen: Fysica
Werkblad: Weerkaatsing Leerlingenproeven met opticaset p. 1 Voor de beschreven proeven is het volgende materiaal nodig: - opticaset met vlakke, holle en bolle spiegel - geodriehoek of gradenboog - potlood (met scherp punt) 1. Terugkaatsingswet Onderzoeksvraag: Wat is het verband tussen de invalshoek en de terugkaatsingshoek bij licht dat invalt op een spiegel? Hypothese: Welk verband verwacht je? Voorbereiding: Stel de lichtbron zo in dat je een enkele fijne lichtstraal bekomt. (Eventueel de lampfitting draaien zodat de gloeidraad van de lamp mooi verticaal staat.) Uitvoering: (zet vinkje als het is uitgevoerd) Leg de vlakke spiegel mooi gelijk met de onderstaande lijn. Laat een lichtstraal schuin invallen op de spiegel. Markeer heel nauwkeurig de invallende (i) en de teruggekaatste straal (r) door bv. telkens 2 puntjes te zetten. Neem de lichtbron en het spiegeltje weg en teken de stralengang. Waar de invallende lichtstraal de spiegel raakt (invalspunt I) teken je een loodlijn in stippellijn (de normaal n) Meet de invalshoek ( î ) en de terugkaatsingshoek ( )
Leerlingenproeven met opticaset p. 2 Herhaal deze proef door een tweede lichtstraal met een andere invalshoek op het invalspunt te laten invallen. Extra proefje Vervang de vlakke spiegel nu door een holle of een bolle spiegel. Welke weg zal de teruggekaatste straal nu volgen als je het licht op dezelfde manier laat invallen als in de vorige proef? Controleer je hypothese door de proef uit te voeren. Besluit Wat is het verband tussen de invalshoek en de terugkaatsingshoek bij licht dat invalt op een spiegel? Neem terug de vlakke spiegel en laat een lichtstraal invallen volgens de lijn van de teruggekaatste straal uit de eerste proef. Wat kan je hieruit besluiten? Neem een tweede spiegel (eventueel even bij ander groepje lenen) en stel deze evenwijdig met de eerste spiegel op. Laat een lichtstraal schuin invallen tussen de spiegels. Welke van de onderstaande stralengangen zal er gevolgd worden?
Leerlingenproeven met opticaset p. 3 Controleer je antwoord door de proef uit te voeren. Plaats nu de 2 vlakke spiegels loodrecht op elkaar en laat een lichtstraal schuin invallen zoals hieronder weergegeven. Teken op de figuur de stralengang die je verwacht. Controleer opnieuw je antwoord door de proef uit te voeren.
Leerlingenproeven met opticaset p. 4 2. Beeldvorming Onderzoeksvraag: Waar bevindt zich het spiegelbeeld bij een vlakke spiegel? Hypothese: Het spiegelbeeld bevindt zich Voorbereiding: Stel de lichtbron zo in dat je een enkele fijne lichtstraal bekomt. Uitvoering: Leg de vlakke spiegel mooi gelijk met de onderstaande lijn. Laat vanuit punt V (voorwerpspunt) een lichtstraal schuin invallen op de spiegel zodat de teruggekaatste straal in het eerste oog terecht komt. Markeer heel nauwkeurig de lichtstralen. Herhaal dit voor de andere posities van het oog. Neem de lichtbron en de spiegel weg en verleng de teruggekaatste stralen achter de spiegel in stippellijn. V 1 2 3
Leerlingenproeven met opticaset p. 5 Besluit: Als je heel nauwkeurig gewerkt hebt, zie je dat de verlengden van de teruggekaatste lichtstralen De richting van de teruggekaatste straal is de richting waarin je naar de spiegel moet kijken om het beeld van V te zien. Het lijkt alsof het licht van achter de spiegel komt omdat wij gewoon zijn aan de rechtlijnige voortplanting van het licht. Meet de loodrechte afstand van V tot de spiegel en van het snijpunt (B) van de verlengden van de teruggekaatste stralen. Wat stel je vast? Formuleer nu een antwoord op de onderzoeksvraag.
Leerlingenproeven met opticaset p. 6 Extra opdracht Neem nu een klein voorwerp en leg het voor de vlakke spiegel zoals aangegeven in de figuur (bovenaanzicht). a. Ziet Wannes een beeld van de bal in de spiegel? Indien wel, geef duidelijk de plaats van het beeld aan op de figuur. Indien niet, leg uit waarom niet. Teken de stralengang om je antwoord te verduidelijken. b. Ziet Ward een beeld van de bal in de spiegel? Indien wel, geef duidelijk de plaats van het beeld aan op de figuur. Indien niet, leg uit waarom niet. Teken de stralengang om je antwoord te verduidelijken.
Leerlingenproeven met opticaset p. 7 Werkblad: Lenzen Voor de beschreven proeven is het volgende materiaal nodig: - opticaset met holle en bolle lenzen - geodriehoek of gradenboog - potlood (met scherpe punt) 1. Soorten lichtbundels Onderzoeksvraag: Wat gebeurt er met een evenwijdige lichtbundel als die door een bolle lens gaat? Hypothese: Wat verwacht je? Uitvoering: (zet vinkje als het is uitgevoerd) Leg een bolle lens op de onderstaande lijn. Stel het lichtkastje zo in dat er een brede evenwijdige lichtbundel uitkomt en laat deze invallen op een bolle lens. Wat stel je vast? Een lichtbundel bestaat uit een grote hoeveelheid licht. Voor de eenvoud gaan we de bundel opdelen in kleine delen die we lichtstralen noemen. Stel het lichtkastje zo in dat er een evenwijdige lichtbundel uitkomt bestaande uit 3 (of 5) lichtstralen en laat deze invallen op een bolle lens. Markeer heel nauwkeurig de invallende lichtstralen en de gebroken lichtstralen door bv. telkens 2 puntjes te zetten. Neem dan de lens en het lichtkastje weg en teken het verloop van de lichtbundel.
Leerlingenproeven met opticaset p. 8 Wat stel je vast? Onderzoeksvraag: Wat gebeurt er met een evenwijdige lichtbundel als die door een holle lens gaat? Hypothese: Wat verwacht je? Uitvoering: (zet vinkje als het is uitgevoerd) Leg een holle lens op de onderstaande lijn. Laat een evenwijdige lichtbundel van 3 lichtstralen invallen op een holle lens. Teken het verloop van de lichtbundel. Wat stel je vast? Een lichtbundel waarvan de lichtstralen naar elkaar toekomen noemen we een convergerende lichtbundel. Lopen de stralen uit elkaar dan noemen we dit een divergerende lichtbundel. Formuleer nu een antwoord op de onderzoeksvragen van beide proeven.
Leerlingenproeven met opticaset p. 9 2. Brandpunt van een bolle lens De lichtstralen die evenwijdig met de hoofdas lopen convergeren bij een dunne bolle lens in 1 punt, het brandpunt van de lens. Leg een bolle lens op de verticale lijn met het midden van de lens (het optisch middelpunt O) op het snijpunt met de hoofdas h. Laat een evenwijdige lichtbundel, waarbij de middelste lichtstraal langs de hoofdas loopt, invallen op de bolle lens, teken de stralengang en duid het brandpunt aan. Laat dan de evenwijdige lichtbundel invallen langs de andere kant van de lens en duid opnieuw het brandpunt aan. O h Wat stel je vast? Extra vraagje Een lichtstraal valt schuin in op een bolle lens zoals in de onderstaande tekeningen. Teken het verder verloop van de straal. Kan je dit verklaren?... F 1 O F 2 h... F 1 O F 2 h Verifieer je tekening m.b.v. het proefmateriaal.
Leerlingenproeven met opticaset p. 10 3. Brandpunt van een holle lens De lichtstralen die evenwijdig met de hoofdas lopen divergeren bij een dunne holle lens. Heeft de dunne holle lens dan een brandpunt? Leg een holle lens op de verticale lijn met het midden van de lens (het optisch middelpunt O) op het snijpunt met de hoofdas h. Laat een evenwijdige lichtbundel, waarbij de middelste lichtstraal langs de hoofdas loopt, invallen op de bolle lens en teken de stralengang. Neem de lens weg en verleng de gebroken lichtstralen aan de andere zijde van de lens. O h Wat stel je vast? Omdat de gebroken stralen schijnbaar uit één punt komen noemt men dit punt een virtueel brandpunt. Laat nu weer een evenwijdige lichtbundel langs de andere kant van de lens evenwijdig met de hoofdas invallen en zoek het tweede brandpuntpunt. Wat stel je vast?
Leerlingenproeven met opticaset p. 11 Extra vraagje Een lichtstraal valt schuin in op een holle lens zoals in de onderstaande tekeningen. Teken het verder verloop van de straal. Kan je dit verklaren?... F 1 O F 2 h... F 1 O F 2 h Verifieer je tekening m.b.v. het proefmateriaal.
Leerlingenproeven met opticaset p. 12 Werkblad: wetten van de breking Oriënteren/ Vraag Onderzoeksvraag Wat is het verband tussen de invalshoek en de brekingshoek? Hypothese(s) In het invalspunt zal de invalsstraal i 1 breken naar de normaal toe/ van de normaal weg als de middenstof overgaat van een optisch ijlere/ dichtere naar een optisch dichtere/ ijlere middenstof. Voorbereiden / Plan Materiaal leerlingenset met lichtkastje halfronde schijf blad met gradenboog over 360 Werkplan 1. Je plaatst de halfronde schijf zo dat de lichtstraal invalt op het rechte vlak. 2. Je kiest het invalspunt in het middelpunt van de cirkel. 3. Je meet nauwkeurig de hoek tussen de invallende straal en de normaal op het rechte vlak. 4. Herneem de metingen voor verschillende invalshoeken. Start op 0, vergroot de hoek per 15. 5. Herneem de metingen voor lichtstralen die de omgekeerde weg volgen. Uitvoeren Neem één situatie over op het bijgevoegde blad. Noteer je meetresultaten in een tabel. Proef 1: van middenstof 1... naar middenstof 2 invalshoek brekingshoek 2 Vergelijk de 1ste kolom met de 2de kolom. Wat merk je?
Leerlingenproeven met opticaset p. 13 Bereken in de 3 de kolom sin i 1. Bereken in de 4 de kolom sin r 2. Proef 2: van middenstof 2 naar middenstof 1. invalshoek brekingshoek 1 Vergelijk de 1 ste kolom met de 2 de kolom. Wat merk je? Bereken in de 3 de kolom sin i 1. Bereken in de 4 de kolom sin r 2. Zoek de grenshoek op: Welk verschijnsel treedt op als de invalshoek groter is dan de grenshoek? Reflecteren / Evalueren Besluit Wat besluit je over de invalshoek en de brekingshoek bij de overgang van optisch ijler naar optisch dichter? bij de overgang van optisch dichter naar optisch ijler? Vergelijk in de 5 de kolom de verhoudingen van de resultaten in de kolommen 3 en 4. Daarop steunt de wet van Snellius. Reflecties Bij welke overgang treedt er een grenshoek op? Zoek op wat de brekingsindex betekent. Zoek in tabellen de middenstoffen die overeenkomen met de brekingsindex die jij meet.