Natuur-/scheikunde Klas 1 2015-2016 men
1 Wat zie ik? Over fotonen. Je ziet pas iets (voorwerp, plant of dier) wanneer er lichtdeeltjes afkomstig van dat voorwerp je oog bereiken. Die lichtdeeltjes noemen we fotonen. De Oude Grieken dachten dat de ogen van de mens fotonen uitzenden en dat die dan terugkaatsen op het voorwerp en vervolgens weer in het oog terug komen of zoiets. Dat is niet juist. Fotonen zijn meestal afkomstig van de zon, een lamp of andere lichtbron. Ze weerkaatsen op het voorwerp en vallen dan in je oog, en jij ziet iets. De andere mogelijkheid is dat het voorwerp zelf fotonen produceert en uitzendt: de zon, een lamp of en houtvuurtje. Dan is het voorwerp zelf een lichtbron. De fotonen die niet in je oog komen, die zie je niet. Fotonen komen zelden alleen, ze reizen in grote groepen, in lichtstralen en vele stralen tezamen vormen een lichtbundel. Er zijn drie soorten lichtbundels, de lichtstralen gaan allemaal dezelfde kant uit, ze gaan naar elkaar toe of ze gaan iets uiteen. We noemen dat evenwijdige bundels, convergerende bundels of divergerende bundels. Lichtstralen (fotonen dus) die ergens tegen op botsen kunnen: - Diffuus terug gekaatst worden, zie paragraaf 5.3 - spiegelend teruggekaatst worden, zie paragraaf 5.3 - doorgelaten worden, - in een iets andere richting doorgelaten worden, breking noemen we dat, zie paragraaf 5.4 - geabsorbeerd worden. 1. Leg uit wanneer je een voorwerp kunt zien. 2. a Wat is een lichtbron? b Is de zon een lichtbron? Leg kort uit. c Is de maan een lichtbron? Leg kort uit. 3. Leg uit wat kunstlicht is en wat natuurlijk licht. 4. De maan wordt ook wel eens een indirecte lichtbron genoemd. Leg uit. 5. a Waarom kun je lichtstralen niet zien? b Leg uit hoe je lichtstralen wel kunt zien. 6. Leg kort uit of je een lichtstraal in een stofvrije ruimte kunt zien. 7. Wat is het verschil tussen een lichtstraal en een lichtbundel?
8. Teken een evenwijdige bundel, een divergerende bundel en een convergerende bundel. 9. Een lichtbundel die steeds smaller wordt is een bundel. 2 Schaduw Een schaduw is niet altijd overal even donker. Wanneer de lichtbron ver weg staat, puntvormig is en het voorwerp scherpe randen heeft, dan wel. In andere gevallen zie je een kernschaduw en een halfschaduw. In het gebied van de kernschaduw komt geen licht van de lichtbron, in de halfschaduw wel. En de hoeveelheid licht in de halfschaduw neemt af van de buitenste rand van de schaduw naar de kernschaduw toe. 10. In het bovenstaande kader wordt gesproken over halfschaduw. Er is nog een ander woord die hetzelfde aangeeft. welke is dat? 11. In het onderstaande plaatje zie je een lamp, een scherm en een voorwerp (pijl) Teken het schaduwbeeld van de pijl op het scherm. 12. In het onderstaande plaatje zie je twee lampen, een voorwerp en een vloer. Teken het schaduwbeeld zoals de twee lampen de schaduw maken. Zet er ook de woorden slagschaduw/halfschaduw en kernschaduw.
13. Hieronder staan drie plaatjes van het zelfde voorwerp, maar dan op een andere plek ten opzichte van de lamp en ten opzichte van de muur. a Teken in de drie plaatjes het schaduwbeeld. b streep het verkeerde door: - Hoe groter de afstand tussen bron en voorwerp, des te groter/kleiner is de schaduw. - Hoe groter de afstand tussen voorwerp en muur, des te groter/kleiner is de schaduw. 3 Licht en kleur Over kleur. Wit licht bestaat uit alle kleuren: van rood, oranje, geel, groen, blauw en paars en alle kleuren die daar tussenin zitten. Denk aan geel-groen of oranje met een beetje rood. Je weet dat lichtstralen uit fotonen bestaan, uit lichtdeeltjes. Zijn de lichtdeeltjes van blauw licht dan anders dan die van rood licht? Ja en Nee. Ja, want ze bewegen anders, blauwe fotonen bewegen meer, trillen meer dan de rode. Nee, want het zijn wel dezelfde soort deeltjes. Een rode trui ziet er rood uit omdat alle fotonen, behalve de rode geabsorbeerd worden, en dat juist de rode (diffuus) teruggekaatst worden. Dat terugkaatsen gebeurt door moleculen in stoffen die wij kleurstoffen noemen. Zichtbaar of niet? Licht is straling. Naast de zichtbare straling die licht noemen is er ook voor de mens niet zichtbare straling. Twee van die soorten straling zitten naast het zichtbare licht ook in de straling van de zon. De ene merk je direct als je in de zon gaat zitten; warmte straling. Warmte straling wordt ook wel infrarode straling genoemd. De andere straling merk je pas als je na een langere tijd in de zon hebt gezeten en je bruin ben geworden; ultraviolette straling. Sommige dieren kunnen deze voor de mens onzichtbare straling wel zien. Slangen kunnen bijvoorbeeld infrarood waarnemen en bijen kunnen ultraviolet waarnemen.
14. Alle kleuren tezamen maken.. 15. Welke fotonen worden weerkaatst door een groene trui? 16. Welke fotonen worden uitgezonden door de groene lamp van een verkeerslicht? 17. Wat is de kleur van een voorwerp dat alle lichtdeeltjes absorbeert? 18. a. Wat is een prisma? b. Wat is een spectrum? Absorberen van licht Hoe werkt dat precies? Dat is zeker niet eenvoudig, maar het heeft te maken met de grootte van de moleculen. In blauwe fotonen zit meer energie dan in rode. Zo heeft een foton van elke kleur een bepaalde energie. In een kleurstof wordt die energie wel of niet opgenomen. In het kort komt het doordat een rode kleurstof bestaat uit moleculen met grote afstanden tussen de atomen. Bij een blauwe kleurstof zijn die afstanden iets kleiner. Voor groen, geel, oranje enz. liggen die afstanden daartussen in. Wanneer de energie van het foton door de kleurstof geabsorbeerd wordt, is het foton verdwenen. Wordt de energie van een foton niet geabsorbeerd dan wordt het teruggekaatst. Kleuren lampen. Sommige lampen geven geen wit licht maar licht van een bepaalde kleur. Een natriumlamp (veel gebruikt in het verkeer) is daar een voorbeeld van. Deze lamp geeft oranjegeel licht. Voorwerpen zullen er in dit licht anders uitzien dan in het licht van een witte lamp. 19. Ziet een blauw voorwerp er altijd blauw uit? 20. Iemand houd om de beurt een aantal voorwerpen omhoog; een blauwe etui, een rood schrift en een wit blaadje. Leg uit welke kleur de drie voorwerpen hebben als ze in het volgende licht gehouden worden: a in wit licht. b in rood licht. c in geel licht. 21. Obelix heeft altijd een blauw-wit gestreepte broek aan, smurfen zijn blauw en hebben witte broekjes. a. Met welke kleur licht lijken ze allebei helemaal blauw? b. Met welke kleur licht lijken ze allebei gedeeltelijk zwart? c. Met welke kleur licht lijken ze allebei helemaal zwart? 22. Kun je een volkomen zwart voorwerp voor een volkomen zwarte muur zien? 23. a Met welke snelheid reizen fotonen? (opzoeken op internet) b. Fotonen doen 8 minuten over de reis van de zon naar Baarn/Soest. Bereken de afstand aarde-zon. 24. a. Welke soort straling lijkt op rood licht maar kunnen wij niet zien maar wel voelen? b. Welke soort straling lijkt op blauw licht maar kunnen wij niet zien maar voelen na een dagje wel dat hij bestaat?
25. Wat gebeurt er met een voorwerp wanneer dat lichtdeeltjes absorbeert? 26. Hoe kun je een lichtbundel zichtbaar maken? 4 Spiegelen Construeren is netjes tekenen met geodriehoek of gradenboog en liniaal en vooral met een scherp (vul)potlood (0,5 mm). INTERMEZZO Hoeken tekenen en meten. Meet in de onderstaande plaatjes hoe groot de hoek is. Zet de waarde bij de hoek Teken in de onderstaande plaatjes een lijn waardoor de hoek tussen de lijnen wordt zoals aangegeven bij het plaatje.
27. Teken in het onderstaande plaatje de teruggekaatste lichtstraal waarbij je direct uitleg wat er wordt bedoeld met de terugkaatsingswet. 28. a Hoe groot is in onderstaand plaatje de hoek van inval? (laat zien in het plaatje hoe je eraan komt en zet de waarde van de hoek in het plaatje) b Teken de teruggekaatste lichtstraal. (maak duidelijk hoe je weet hoe de straal loopt) Voor alle lichtstralen die terugkaatsen geldt de terugkaatsingswet. Maar bij sommige oppervlakten lijkt dat niet zo. Dit is bij ruwe oppervlakten. Bij ruwe oppervlakten staan de normalen niet parallel. Hierdoor worden de stralen uit een bundel in alle richtingen teruggekaatst. Dit noem je diffuse terugkaatsing. 29. Maak een sterk vergrootte tekening van een ruw oppervlak en laat aan de hand van dat plaatje zien dat ook daar de terugkaatsingswet geldt.
4 Breking rechte grensvlakken Breking Wanneer een lichtstraal schuin invalt op een grensvlak tussen bijvoorbeeld lucht en glas, dan gaat die straal niet gewoon rechtdoor, maar breekt, breekt naar de normaal toe. De straal breekt naar de normaal toe wanneer het licht in een stof komt waar de snelheid van licht lager wordt. Komt de straal in een stof waar de lichtsnelheid hoger licht, dan breekt hij in die stof van de normaal af. Dat is dus het geval wanneer een lichtstraal een stuk glas verlaat en weer in de lucht terecht komt. Er is een regel waarmee je uit uitrekenen hoe groot de hoek van breking wordt bij een bepaalde hoek van inval. Wanneer je dat wilt weten zal je docent je heel graag inwijden in deze interessante materie, je kunt ook even verder bladeren. Onthoud: Licht materiaal in straal breekt naar de normaal toe. 30. Teken in de onderstaande plaatjes hoe de lichtstralen verder gaan. 31. Op de kermis kun je soms geld winnen door een munt op een schoteltje te gooien. Het schoteltje staat in een bak met water. Het licht van het schoteltje komt in je oog, de lichtstraal zie je getekend. a. Bij welk punt zie je het schoteltje staan? b. In welk punt staat het schoteltje echt? (En waar moet je dus mikken?) 32. Wanneer is de hoek van breking kleiner dan de hoek van inval? 33. Wanneer breekt een lichtstraal naar de normaal toe? 34. Kan de hoek van inval groter dan 90 graden zijn? 35. Kan de hoek van breking groter dan 90 graden zijn?
36. In welke figuur is de loop van een lichtstraal vanuit lucht door een glazen prisma het best getekend? 37. In water ligt een lichtgevend voorwerp L. Lijkt L dieper of minder diep te liggen dan in werkelijkheid het geval is? 5 Spiegelbeelden. 38. Teken het spiegelbeeld van het lichtpunt (L) in de onderstaande twee plaatjes. 39. Teken het spiegelbeeld van de voorwerpen in de onderstaande plaatjes.
40. Construeer het spiegelbeeld van de letter F. Het spiegelbeeld moet gestippeld zijn. Het spiegelbeeld moet geheel getekend zijn. Het spiegelbeeld moet de juiste stand innemen. Het tekenen van een lichtstraal die van een voorwerp afkomt en in een oog terecht komt. Er zijn drie manieren dit te construeren. Je docent zal dit uitgebreid demonsteren in de les. We gaan uit van een eenogige dame voor een spiegel die naar het spiegelbeeld van de gesp op haar buik kijkt. 1. Trek een lijn van oog naar spiegel, zorg dat je loodrecht uitkomt op de spiegel en trek de lijn dan even lang door achter de spiegel. Daar zit het spiegelbeeld van het oog. Trek vanuit dat spiegelbeeld een lijn naar de gesp, schuin door de spiegel. Het punt waar de schuine lijn de spiegel snijdt, dat is het punt waar lichtstralen tussen gesp en oog weerkaatsen op de spiegel. 2. Trek een lijn van gesp naar spiegel, zorg dat je loodrecht uitkomt op de spiegel en trek de lijn dan even lang door achter de spiegel. Daar zit het spiegelbeeld van de gesp. Trek vanuit dat spiegelbeeld een lijn naar het oog, schuin door de spiegel. Het punt waar de schuine lijn de spiegel snijdt, dat is het punt waar lichtstralen tussen gesp en oog weerkaatsen op de spiegel. 3. Schuif met je geodriehoek langs het grensvlak tussen glas en lucht totdat oog en gesp onder een even grote hoek vanuit de oorsprong te zien zijn. De oorsprong van de geo is dan het punt waar lichtstralen tussen gesp en oog weerkaatsen op de spiegel. Deze methode kun je eigenlijk alleen goed gebruiken als de gesp en het oog op dezelfde hoogte zitten.
41. Teken in de onderstaande plaatjes op de drie verschillende manieren hoe je de lichtstraal kunt tekenen die vanaf het voorwerp in het oog terecht komt. (zie de tekst hiervoor) 42. a Teken in onderstaand plaatje de lichtstraal die vanuit L in het oog terecht komt. b Hoe groot is in jouw uitwerking de hoek van inval? c Hoe groot is in jouw uitwerking de hoek van uitval?
43. Hieronder zie je twee plaatjes van een lichtbron waarvan lichtstralen getekend zijn die op een spiegel komen. Teken in de twee plaatjes het verdere verloop van de lichtstralen op twee verschillende manieren. 44. Een convergente lichtbundel valt op een vlakke spiegel. Welke vorm heeft de teruggekaatste lichtbundel op de plaats van waarnemer W? A convergent B divergent C evenwijdig 45. Zie het plaatje hieronder. Hoe groot moet een passpiegel tenminste zijn opdat de zwarte dame (links) zichzelf geheel kan bekijken?
6 EXTRA STOF (voor wat extra uitdaging) De wet van Snellius. Er is een regel waarmee je uit uitrekenen hoe groot de hoek van breking wordt bij een bepaalde hoek van inval. Dit is heel interessante materie. Op je rekenmachine zit een knopje SIN. We gaan niet uitleggen wat dat knopje doet, dat komt wel in de derde klas. Het is er een uit een reeks van drie: SIN, COS, TAN. Je hoort in de gang wel eens soscastoa, dat hoort er ook bij. Elke soort glas heeft zijn eigen index voor breking, zijn eigen getal voor breking. Hoe groter dat getal, hoe sterker de breking. De brekingsindex is n. SIN(hoek van inval) / SIN(hoek van breking) = n of korter: sin i / sin r = n 46. We laten een lichtstraal op een rechthoekig stuk glas. De hoek van inval is 75 o. De hoek van breking blijkt 25 o te worden. Bereken de brekingsindex van deze soort glas. 47. Van een bepaald soort glas is de brekingsindex 1,5. We laten een lichtstraal op een rechthoekig stuk glas van deze soort vallen. De hoek van inval is 25 o. Bereken eerst sin r. Berken dan met 2nd SIN de hoek van breking, de r. 48. Van een bepaald soort glas is de brekingsindex 1,8. We laten een lichtstraal op een rechthoekig stuk glas van deze soort vallen. De hoek van inval is 25 o. Bereken de hoek van breking. 49. Van een bepaald soort glas is de brekingsindex 1,5. We laten een lichtstraal op een rechthoekig stuk glas van deze soort vallen. De hoek van breking blijkt 25 o te worden. Bereken de hoek van inval. 50. Een lichtstraal l komt vanuit glas op de vlakke grenslaag van dit glas en lucht. Zie de figuur. De brekingsindex van dit glas is 1,5. a. Stel lichtstraal p ontstaat, wat is er dan gebeurd? b. Stel lichtstraal q ontstaat, wat is er dan gebeurd? c. Kunnen ook allebei de stralen tegelijk ontstaan?
51. Lichtgrapjes + puzzel. a. Het is blauw, maar niet zwaar. Rara, wat is dat? b. Het is wit en je kunt het weggooien. Rara, wat is dat? c. Het is heet en rood. Rara, wat is dat? d. Het is rood en je kunt het eten. Rara, wat is dat? e. Het is geel en je kunt het eten. Rara, wat is dat? f. Het is wit en het kan bewegen. Rara, wat is dat? g. Het is goddelijk en blauw. Rara, wat is dat? h. Het is niet hard en geel. Rara, wat is dat? i. Het zwemt en is roze. Rara, wat is dat? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1...grauw 2. lichtbron van een bank? 3. infrarood 4. lichtdeeltje 5h. pasar (letters husselen) 5v. lampje/vrucht 6. landelijke kleur 7. alle kleuren bijeen 8. licht uit een bepaalde richting? 9. (alle) licht doorlatend 10...roze 11. goed cijfer 12. meisjesnaam/paars 13. dooier 14. lichtbron in het zuiden des lands? 15. hele dunne bundel 16. oppervlak dat diffuse terugkaatsing veroorzaakt 17. plaats op aarde waar dag en nacht even lang duren 18. geen kleur 19. schoolleider, afgekort 20. laat geen fotonen door en rijmt 20
1.