Opdrachten bij Simulaties

Opdrachten stellen bij simulaties
Inhoud
Inleiding
Simulatie de regenboog (voor bovenbouw havo-vwo)
Simulatie de regenboog (voor bovenbouw havo-vwo) in verbeterde versie
Inleiding
Op het worldwideweb zijn tegenwoordig vele zeer goede simulaties van natuurkundige
verschijnselen te vinden. Een aantal scholen hebben mooie verzamelingen die toegankelijk
zijn voor iedereen.
1. Het Walburgcollege
http://www.virtueelpracticumlokaal.nl/
2. Het Vituscollege te Bussum
www.vituscollege.nl doorklikken via >bussum >vaklokaal >natuurkunde >appletmenu
En dat zijn lang niet de enige verzamelingen.
Jammer genoeg is niet altijd even veel aandacht besteed aan de opdrachten bij de simulatie,
terwijl de simulatie zelf wel van goede kwaliteit is. In dit artikel geven we aanwijzingen voor
het maken en gebruiken van opdrachten bij simulaties aan de hand van een simulatie over de
regenboog voor bovenbouw havo-vwo.
Simulatie de regenboog (voor bovenbouw havo-vwo)
Een mooie simulatie om het ontstaan van de regenboog te begrijpen is te vinden op de
website van het Walburgcollege, is gemaakt door Fu-Kwun Hwang en in het Nederlands
bewerkt door Henk Russeler.
zie http://www.virtueelpracticumlokaal.nl/ >optica > regenboog
Voorbeeld De regenboog (de simulatie met wit licht)
Voorbeeld De regenboog (Tekst bij de simulatie)
Een van de mooiste natuurkundige verschijnsels is de regenboog. Tal van
1
spreekwoorden en verhalen gaan over de regenboog. De jonge onderzoeker
valt al snel op de regenboog altijd voor hem/haar staat, terwijl de zon juist
achter de waarnemer staat en meestal regent het. Wat gebeurt er nu precies
met dat witte licht dat in een regendruppel terechtkomt?
De witte cirkel stelt een water druppel in atmosfeer voor. Het rode licht komt
van links. 50%| en 50%+ betekent dat de invallende lichtstraal
ongepolariseerd is. We kunnen het gepolariseerde licht wiskundig voorstellen
als een optelling van twee gepolariseerde golven waarvan de uitwijkingen
loodrecht op de voortplantingsrichting staat en de twee golven staan loodrecht
op elkaar.
In dit geval: 50% | in de richting evenwijdig aan het beeldscherm en 50% +
loodrecht op het beeldscherm. Als je in het gekleurde blok klikt, kun je de
invallende lichtstraal van kleur veranderen.
Als je in het gekleurde blok klikt, kun je de invallende lichtstraal van kleur
veranderen.
De invallende lichtstraal valt uiteen in vier stralen:
1. Een gedeelte van de invallende lichtstraal wordt teruggekaatst de
atmosfeer in. Deze is aangeduid met het getal 1 net voordat de lichtstraal het
"venster" verlaat. De intensiteit van het gepolariseerde licht (voor beiden
richtingen) is in het grijs naast de lichtstraal weergegeven.
2. Een gedeelte van het rode licht wordt gebroken en komt in de regendruppel
terecht. Deze lichtbundel kan na een breking ook in de atmosfeer
terechtkomen (nr2).
3. Het gedeelte van het licht dat binnen de druppel weerkaatst wordt, kan in
tweede instantie de atmosfeer in gebroken worden: lichtstraal nummer 3.
4.Het allerlaatste gedeelte treedt na twee keer weerkaatsing in de druppel uit:
straal nummer 4.
Het meeste licht treedt bij de eerste keer breking (nr 2) uit de druppel.
De lichtstraal wordt gebroken volgens de wet van Snellius:
sin (hoek van inval) / sin (hoek van breking) = n met n de brekingsindex van
water.
2
De Wet van Snellius en de Wet van Terugkaatsing worden uitgebreid
uitgelegd
in een andere animatie: terugkaatsing en breking van vlakke golven .
Aanwijzingen voor de animatie.
1) Klik en sleep met de invallende lichtstraal en bekijk hoe de relatieve
intensiteit verandert.
2) Om een geheel witte lichtstraal op de regendruppel te laten vallen, moet
het witte vakje aangeklikt worden.
3) Links in het venster staan de volgende grootheden met hun waarden
aangegeven:
R is de straal van de druppel.
b is de verticale afstand van de invallende lichtstraal tot het midden van
de druppel.
i: hoek van inval
r: hoek van breking.
4) Als het licht van de regenboog op je netvlies valt, komt het rode licht van
hoger gelegen druppels vergeleken met het blauwe licht.
Je ziet een cirkelboog van kleuren met rood aan de buitenkant en blauw
aan de binnenkant.
Klik het gekleurde vakje aan om dit zichtbaar te maken.
5) Verder is te zien dat de regenboog uit gedeeltelijk gepolariseerd licht
bestaat.
In de grafiek is ook de intensiteit van de lichtstralen 3 en 4 te zien t.o.v. de
hoek.
Klik op de ^ of op v knop om de verticale schaal te veranderen.
6) Links naar gelijkluidende websites:
http://www.geocities.com/SiliconValley/Lakes/3015/physicsRef.html
http://www.fis.unipr.it/~coisson/fo/foweb.html
http://cccsrv.trevano.ch/physics.html http://wwwhermes.desy.de/erlangen/ws9697/rain.html
http://www.phys.latech.edu/users/sawyer/phys202_webres.html
http://www.physik.uni-regensburg.de/exlinks/ausbildung.html
Op- of aanmerkingen? Ze Auteur: Fu-Kwun Hwang
zijn altijd welkom!
Nederlandse bewerking: Henk Russeler
Schrijf naar
[email protected]
Laatste keer aangepast: 07/14/2003
15:21:04
Vakdidactische reflectie
Nadere beschouwing van de tekst bij de simulatie leert ons twee dingen:
1) Door de goed gekozen lay-out kan de leerling tegelijkertijd de simulatie op
het scherm zien en de tekst bij de simulatie lezen. De leerling hoeft niet
heen en weer te scrollen. Het lezen van de opdrachten van het scherm
heeft echter weinig meerwaarde. Bovendien wordt niet aangegeven hoe
aantekeningen of antwoorden moeten worden opgeschreven. Ons voorstel
is dan ook om bij simulaties wel een downloadbaar opdrachtenblad toe te
voegen, maar de leerlingen te laten werken met de uitdraai van die
opdrachten. De opdracht kan de vorm van een werkblad hebben, maar en
3
kan ook in een schrift gewerkt worden. De simulatie kan dan beeldvullend
zijn.
2) De tekst bij de simulatie bevat correcte en wezenlijke informatie, maar het
ontbreekt aan een duidelijke didactisch verantwoorde volgorde. Toch laat
de tekst zich met knippen en plakken, en met de juiste aanvullingen
gemakkelijk gebruiken voor een opdrachtenblad met didactische volgorde.
In het onderstaande voorbeeld is de tekst anders ingedeeld volgens een te
verantwoorden volgorde in het leerproces.
Simulatie de regenboog (voor bovenbouw havo-vwo) in verbeterde
versie
Regenboog (opdracht)
Inleiding
Soms gebeurt het dat het regen en dat tegelijkertijd de zon schijnt. Als je geluk hebt zie je dan
een regenboog. De regenboog staat altijd tegenover de zon aan de hemel Als je naar de
regenboog kijkt heb je de zon in de rug. De kijkhoek waaronder je de boog ziet is 52 graden.
De kleuren van binnen naar buiten zijn rood, oranje, geel, groen, blauw.
In deze simulatie werk je aan de onderzoeksvraag:
o Hoe ontstaat de regenboog?
Waar hoort het bij?
Dit opdrachtenblad hoort bij de vakcursus Licht en geluid. In Physics, 6e druk wordt i § 26.5
Kleurenschifting en de regen boog (pag 785-787) aandacht besteed aan het ontstaan en de
eigenschappen van een regenboog. Hier staat een prachtige foto van ee regnboog en van
kleurschifting bij een prisma. Dit opdrachtblad sluit daarbij aan en is bedoeld voor studenten
aan de lerarenopleiding natuurkunde.
De simulatie
De simulatie is te vinden op:
www.virtueelpracticumlokaal.nl
doorklikken >optica >regenboog
4
De kleur van het licht kun je veranderen door te klikken op één van de gekleurde vakje links
bovenin. Er is rood, groen, blauw of wil licht beschikbaar. Klik met de linkermuis op het witte
vakje onder de rood, groen en blauw gekleurde vakjes. De lichtstraal wordt nu wit. De witte
cirkel stelt een waterdruppel in atmosfeer voor. Het witte licht komt van links en valt op de
druppel. Bij ieder uittreepunt wordt een gedeelte gereflecteerd en een gedeelte gebroken. De
uitredende lichtbundels zijn gekleurd, terwijl de divergentie van die bundel steeds groter
wordt.
Bedienen en aflezen
Links in het venster staan de volgende grootheden met hun waarden aangegeven:
o
b
o
o
R
i
de verticale afstand van de invallende lichtstraal tot het midden van de druppel.
(deze kun je instellen door met de muis te slepen!)
is de straal van de druppel.
hoek die de invallende lichtstraal maakt van met de normaal van de regendruppel.
Verkennen
1) Bekijk de situatie dat een witte lichtstraal op de regendruppel valt.
Beschrijf in ieder uitreepunt 1, 2, 3 en 4 wat er gebeurt .
2) Om te verklaren hoe je een regenboog kunt zien, maak je een tekening van een
waarnemer, de zon, en twee druppels boven elkaar.
a) Leg uit waarom je de regenboog ziet als boog
b) Verklaar de volgorde van de kleuren.
Verdiepen (wit licht)
3) Wat verandert er als de verticale afstand b verandert?
Verdiepen (rood licht)
4) Klik op het rode vakje waardoor de lichtstraal een rode kleur krijgt. Je kunt nu ook
5
gegevens aflezen over de polarisatiegraag van de lichtstralen. De invallende lichtstraal is
willekeurig gepolariseerd (50% ║ en 50%┴ ).
De uitredende lichtstralen zijn gepolariseerd. Hoe zie je dat in de simulatie? Wat merk je
daarvan in het echt?
5) In de grafiek is de intensiteit van de uitredende lichtstralen 3 en 4 te zien t.o.v. de hoek.
(Door te klikken op < ^ > of op < v > kun je de verticale schaal veranderen).
Hoe verandert de relatieve intensiteit van de derde uitgetreden lichtstraal als de verticale
afstand b verandert.?
Achtergrondinformatie
6) Ga na dat je met behulp van de onderstaande theorie de gesimuleerde verschijnselen
kunt begrijpen en toelichten
Breking
Licht dat van het ene medium naar het andere medium gaat verandert van
voortplantingsrichting. We zeggen dat een lichtstraal wordt gebroken op het grensvlak van het
ene en het andere medium. Hiervoor geldt de brekingsregel voor licht ook wel wet van
Snellius genoemd.
n
sin i
sin r
waarin:
i
= hoek van inval (tussen invallende lichtstraal en de normaal)
n
= hoek van breking (tussen doorgaande lichtstraal en normaal)
n
= brekingsindex van medium 1 naar medium 2
Polarisatie
Polarisatie van licht merk je als je een polaroid zonnebril gebruikt. De hinderlijke schitteringen
6
bij reflecties tegen het wateroppervlak verdwijnen omdat de zonnebril een gedeelte van het
gepolariseerde licht tegenhoudt.
Als we licht voorstellen als een transversale golf dat is een golf lineair gepolariseerd als het
vlak van trilling niet verandert. Je noemt dit horizontaal of vertikaal gepolariseerd licht.
Willekeurig gepolariseerd licht (ook wel ongepolariseerd licht genoemd) bestaat voor gelijke
delen uit horizontaal gepolariseerd licht en vertikaal gepolariseerd licht. Dit wordt
aangegeven met : 50 % ║en 50% ┴. ║betekent evenwijdig aan het beeldscherm en ┴
betekent loodrecht op het lichtscherm.
Een lineair polarisatiefilter houdt het licht dat in de ene richting gepolariseerd is tegen en laat
het licht dat in de andere richting gepolariseerd is door.
Links naar websites met aanvullende informatie
a.
b.
c.
d.
e.
f.
http://www.geocities.com/SiliconValley/Lakes/3015/physicsRef.html
http://www.fis.unipr.it/~coisson/fo/foweb.html
http://cccsrv.trevano.ch/physics.html
http://www-hermes.desy.de/erlangen/ws9697/rain.html
http://www.phys.latech.edu/users/sawyer/phys202_webres.html
http://www.physik.uni-regensburg.de/exlinks/ausbildung.html
Bronvermelding
Op- of aanmerkingen? Ze zijn altijd welkom!
Auteur: Fu-Kwun Hwang
Nederlandse bewerking: Henk
Russeler
Schrijf naar [email protected]
Laatste keer aangepast:
07/14/2003 15:21:04
Eindredactie opdrachtenblad Hans Poorthuis,
[email protected],
Opdrachtenblad aangepast
10 september 2004
Tekstelementen van de opdracht
Kenmerken van deze didactische opzet zijn de indeling en de volgorde van de
tekstelementen.
Titel
Inleiding (met richtvraag)
Waar hoort het bij?
De simulatie
Bedienen en aflezen
Verkennen
Verdiepen (wit licht)
Verdiepen (rood licht)
Achtergrondinformatie
7
Leerfasen werkelijkheidsgerichte didactiek
Deze indeling in tekstelementen past bij de leerfasen volgens werkelijksheidsgerichte
didactiek. Bij werkelijkheidsgerichte didactiek start het leren in de omgeving (concrete
ervaring), komt uit bij begripsvorming (abstracte theorie) en gaat weer terug naar de
omgeving (toepassing van abstracte theorie in de omgeving).
Door het problematiseren van een verschijnsel uit de directe omgeving wordt behoefte aan
kennis waarmee het waargenomen verschijnsel kan worden begrepen, opgeroepen.
(voorbeeld De regenboog).
Bouwstenen voor het begrijpen van dit verschijnsel worden aangereikt door onderzoek van dit
verschijnsel in het laboratorium (kleurschifting bij een prisma)
Vanuit de theorie wordt dit samengevat in enkele regels over kleurschifting (brekingsregel
voor diverse kleuren licht wet van Snellius). Gewapend met deze concepten en regels ga je
terug naar het oorspronkelijke verschijnsel (de regenboog)
De nieuwe opgedane kennis wordt wendbaar als je het ook toepast op andere situaties
(bijvoorbeeld Chromatische abberatie = kleurschifting bij lenzen)
In schema ziet dit er als volgt uit
Regenboog
orienteren
verwerven
Brekings
regel
Hoofd
Vakregel
leerproces
Kleurschifting
bij lenzen
Kleurschifting
Bij prisma
Laboratorium
Schoolvoorbeeld
Omgeving
praktijkvoorbeeld
8
verwerken
toepassen