Licht en optica
advertisement
2A freinet Licht en optica Bram Janssens BA Caputsteen 2A freinet HET NUT VAN LICHT 1. LICHT VOOR JOU EN MIJ! Beantwoord onderstaande vragen even voor jezelf! Gebruik je smartphone indien nodig! - Welke vormen van licht ken je? Probeer er tien te zoeken! Kaarslicht, zonnelicht, onrechtstreeks licht, rechtstreeks licht, flashlicht, gloeilamp, neon, fluorescerend licht, kunstlicht, maanlicht, … - Is licht belangrijk voor jou? Voor ons lichaam? Waarom denk je dat? Ja! Wij hebben licht nodig om te leven en om vitamines aan te maken in ons lichaam! - Is licht belangrijk voor planten? Waarom? Zonder licht kunnen planten niet aan fotosynthese doen en kunnen ze dus geen voedingsstoffen voor zichzelf aanmaken. Zonder zonlicht zullen de planten uitsterven! - Weet jij wat het Poollicht of het Noorderlicht is? Zo ja, wat is het dan? Hypothese__________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Licht en optica 1 OPDRACHT HET POOLLICHT NADER VERKLAARD Vul onderstaande tekst aan tijdens het filmpje! https://www.youtube.com/watch?v=dWR4vOo4QCQ Het poollicht kan tijdens de avond en de nacht worden waargenomen ter hoogte van de geografische breedtes van onze aarde. Dit mooie licht is afkomstig van de zon en zien we alleen als er een uitbarsting heeft plaatsgevonden. Hierbij worden geladen deeltjes het heelal in geslingerd. Het aardmagnetisch veld zorgt er voor dat deze deeltjes worden afgebogen in de buurt van de Noord- en zuid polen en daarna met verhoogde snelheid onze atmosfeer binnendringen. 2. LICHT ALS BRON VAN E NERGIE! - Waarom is licht een bron van energie? Bekijk de afbeeldingen goed en geef dan pas een antwoord! Licht kan de aard van de stof Licht kan de bewegingstoestand van een voorwerp veranderen. Licht en optica veranderen. Fotosynthese: CO2 koolhydraten 2 3. DOORLAATBAARHEID VAN LICHT - We vergelijken de doorlaatbaarheid van licht. Welk van deze zaken laten licht: volledig, deels of totaal niet door? Laat licht volledig door Laat licht gedeeltelijk in het vensterglas door Laat licht NIET door LICHT SAMENGEVAT: - Licht als energiebron: Licht is een bron van energie omdat het de aard van de stof kan veranderen en omdat het kan zorgen voor een beweging. - Doorlaatbaarheid van licht: Voorwerpen die bijna al het licht doorlaten noemen we doorzichtige voorwerpen. Voorwerpen die een deel van het licht doorlaten noemen we doorschijnende voorwerpen. Voorwerpen die geen licht doorlaten noemen we ondoorschijnende voorwerpen. Licht dat niet doorgelaten wordt, zal worden geabsorbeerd of teruggekaatst. Licht en optica 3 OPDRACHT LICHT GEVENDE VOORWERPEN! Zet een kruisje bij de zaken die zelf licht produceren en een cirkeltje bij de zaken die zelf geen licht produceren. O O X X O O X LICHTBRONNEN: Voorwerpen die zelf licht produceren noemen we lichtbronnen. - Deze voorwerpen zetten een energievorm om in licht. Voorwerpen die geen licht produceren noemen we donkere voorwerpen. We onderscheiden volgende soorten lichtbronnen: - Natuurlijke lichtbronnen: zoals het licht van de zon. Kunstmatige lichtbronnen: alle niet-natuurlijke lichtbronnen. Puntvormige lichtbronnen: als ze zeer klein of ver verwijderd zijn. Uitgebreide lichtbronnen: hier komen we later op terug. KWAMEN WE NIET OP TERUG Licht en optica 4 OPDRACHT 3 STEEK JE LICHT OP OVER ALLES WAT WE GEZIEN HEBBEN! Nu we al een groot stuk theorie hebben gezien over ‘licht’ ga je de volgende vragen per twee proberen oplossen. Je gebruikt hierbij geen smartphone. Gebruik je bundel indien nodig! - Waarom is het ’s nachts, als de maan schijnt, minder helder dan overdag wanneer de zon schijnt? De maan blokkeert een deel van het licht van de zon. De maan wordt belicht maar geeft geen licht. - - Geef voor volgende zaken telkens twee nieuwe voorbeelden: o Doorzichtig voorwerp: Wijnglas, brilglazen. o Doorschijnend voorwerp: Troebel water, plastic hoesje. o Ondoorschijnend voorwerp: Hout, steen, karton, … Wanneer kunnen we een lichtbron zien? Wanneer deze lichtbron belicht wordt door een andere lichtbron. - Wanneer kunnen we een donker voorwerp zien? We kunnen een donker voorwerp zien wanneer de lichtstralen van een lichtbron hierop weerkaatsen of geabsorbeerd worden door dit voorwerp. - Zou een doorzichtig voorwerp zichtbaar zijn als al het licht er doorheen zou gaan? Neen, we zien iets pas wanneer lichtstralen weerkaatst of geabsorbeerd worden! - Waarom hangt men een stikker op sommige glazen deuren? Deze glazen deuren laten vaak zeer veel licht door waardoor we deze soms zeer moeilijk kunnen zien. Licht en optica 5 VOORTPLANTING VAN LICHT 1. LICHSTRALEN EN LICHTBUNDELS We vullen onderstaande tekst samen aan, NA het filmpje. https://www.youtube.com/watch?v=EtsXgODHMWk Omdat licht zich in principe rechtlijnig voortplant, stellen we ons licht voor als een lichtstraal . In werkelijkheid bestaat licht niet uit stralen, maar uit golven of als deeltjes die we fotonen noemen. Een lichtbron gaat lichtstralen uitzenden. Deze lichtstralen samen noemen we een lichtbundel. De stralen in een lichtbundel kunnen ten opzichte van elkaar een verschillende richting hebben. - Hieronder zie je een schematische weergave van een lichtbundel. Noteer in potlood het verschil tussen volgende lichtbundels. Lichtbundels bewegen Lichtbundels bewegen van Lichtbundels bewegen naar evenwijdig naast elkaar. elkaar weg naar buiten. elkaar toe naar binnen. Licht en optica 6 - Wat voor lichtbundels zendt de zon uit? De lichtbundels lijken parallel te bewegen door de grote afstand die ze afleggen. Toch bewegen deze lichtbundels op een divergerende manier van elkaar weg. 2. RECHTLIJNIGE VOORTPLANTING VAN LICHT We vullen onderstaande kader samen in. Rechtlijnige voortplanting van licht Stoffen waarin het licht zich kan voortplanten of voortbewegen noemen we optische middenstoffen. Twee voorbeelden die we reeds gezien hebben zijn: doorschijnende en doorzichtige stoffen. Als deze stoffen overal dezelfde samenstelling hebben, dan noemen we dit homogene stoffen. Bijvoorbeeld: glas, plastic, … We gaan een lichtstraal steeds voorstellen door een rechte met een pijlpunt. De punt staat steeds voor de zin van de lichtstraal. TEKEN HIERONDER EEN LICHTSTRAAL. Licht en optica 7 3. SNELHEID VAN EEN RECHTLIJNIGE LICHTSTRAAL - - De snelheid van licht is steeds afhankelijk van de middenstof. Welke middenstof kunnen we plaatsen bij welke snelheid? Kies uit: LUCHT, DIAMANT, WATER, VENSTERGLAS, LUCHTELDIGE RUIMTE. Luchtledige ruimte 299 792 km/s Lucht 299 706 km/s Water 226 000 km/s Ventsterglas 200 000 km/s Diamant 124 000 km/s Welke snelheid zouden we gebruiken bij berekeningen? We gebruiken steeds de afgeronde snelheid van licht in een luchtledige ruimte: 300 000 km/s. OPDRACHT LOS VOLGENDE OEFENINGEN OP, MAAK GEBRUIK VAN DE THEORIE! - Waarom zien we tijdens een onweer een bliksemschicht sneller dan dat we het geluid (donder) horen dat die bliksemschicht maakt? (Snelheid van geluid = 340m/sec) De snelheid van geluid (0,34km/sec) is een stuk lager dan die van licht! Het licht bereikt ons sneller dan het geluid! - Hoe lang doet het licht van de zon er over om tot bij ons te geraken als je weet dat de zon 150 000 000 Km van ons verwijderd is? (formule: SNELHEID= AFSTAND / TIJD V= A/T) Gegeven: a = 150 000 000 km v = 300 000 km/s Gevraagd t ? Formule: T = A/V Berekening: 150 000 000km : 300 000km/s = 500s of 8 minuten en 20 seconden. Licht en optica 8 4. OMZETTING VAN LICHTENERGIE - We weten al dat licht een vorm van energie is. Deze energievorm zelf is met het blote oog niet waarneembaar. De effecten van een energieomzetting zijn daarentegen WEL waarneembaar. - Enkele voorbeelden: Het licht komt in het oog terecht waar het in de cellen van het netvlies een prikkel veroorzaakt die via de oogzenuw wordt doorgegeven aan de hersenen. Lichtenergie wordt omgezet in elektrische en kinetische energie. Licht en optica Bij fotograferen geeft licht een chemisch effect op een lichtgevoelige film. Lichtenergie is hier omgezet in chemische energie. De werking van een fototoestel is te vergelijken met het oog. Rekenmachines hebben soms "zonnecellen." Lichtenergie wordt omgezet in elektrische energie. 9 GEVOLGEN VAN DE VOORTPLANTING VAN LICHT 1. SCHADUWVORMING OPDRACHT VUL ONDERSTAAND KADER OVER SCHADUWVORMING ZELFSTANDIG IN Schaduwvorming: Om een schaduw te verkrijgen moeten we eerst voldoen aan twee voorwaarden, we hebben als het ware twee zaken nodig: - Een lichtbron - Een object Hierbij kan sprake zijn van een natuurlijke lichtbron of een kunstmatige lichtbron. OPDRACHT MAAK JE EIGEN HANDSCHADUW! Houd je hand tussen een lichtbron (zaklamp, smartphone flash) en een scherm (gekleurd papier). - Wat zie je? De schaduw van mijn hand. - Is er achter je hand ook licht te zien? Geen licht rechtstreeks achter het hand. - Wat is schaduw? De plek achter een object dat geen of zeer weinig licht doorlaat. Licht en optica 10 2. SOORTEN SCHADUWEN OPDRACHT WE MAKEN EEN NIEUWE SCHADUW! - Instructie: o Gebruik een puntvormige lichtbron, ondoorschijnend object en een duister scherm o Plaats het ondoorschijnende object tussen de lichtbron en het scherm! - Waarneming: We krijgen een schaduw van het ondoorschijnende object op het zwarte scherm. - Nu we de waarneming genoteerd hebben, wat is een kernschaduw? De donkerste plek van de schaduw waar geen licht meer te zien is. - Schets van scherm gebruik hierbij volgende termen: KERNSCHADUW, SCHADUWBEELD, LICHT. Licht en optica 11 - Leidt uit volgende afbeeldingen af wat een kernschaduw, halfschaduw en schaduwbeeld is! Verklaar hierbij ook: penumbra en umbra. De kernschaduw is de plek achter het voorwerp waar geen licht meer te zien is. De halfschaduw is de overgang tussen de kernschaduw en het doorgelaten licht. Het schaduwbeeld is zowel de kernschaduw als de halfschaduw. Licht en optica 12 3. TERUGKAATSING OF REFLECTIE REFLECTIE OP EEN VLAKKE SPIEGEL Invalshoek Terugkaatsingshoek - Noteer bij de correcte hoek: INVALSHOEK, TERUGKAATSTINGSHOEK. - Hoe groot is de invalshoek en de terugkaatsingshoek ongeveer? TIP: een rechte hoek is 90° Beide hoeken zijn even groot, namelijk 45°. - In hoeveel richtingen wordt de lichtstraal teruggekaatst? Is dit altijd dezelfde richting? Het licht wordt altijd in dezelfde richting teruggekaatst. Licht en optica 13 REFLECTIE OP EEN ONE FFEN OPPERVLAK - Is de invalshoek steeds even groot dan de terugkaatsingshoek? Ja! De invalshoek is steeds even groot als de terugkaatsingshoek. - Wordt de lichtstraal steeds in dezelfde richting weerkaatst? Waarom wel/niet? Neen, bij een oneffen oppervlak krijgen we steeds verschillende richtingen omdat het weerkaatsingsoppervlak niet overal hetzelfde is. Terugkaatsing op een effen oppervlak: Gerichte terugkaatsing of reflectie ontstaat enkel als er licht invalt op een effen oppervlak. De terugkaatsing verloopt steeds in dezelfde richting. Terugkaatsing op een oneffen oppervlak: Ongerichte terugkaatsing of lichtdiffusie ontstaat enkel als er licht invalt op een oneffen oppervlak. De terugkaatsing verloopt steeds in andere richting. Licht en optica 14 OPDRACHT LOS ONDERSTAANDE VRAGEN OVER TERUGKAATSING PER TWEE OP! - Welke terugkaatsing komt het vaakst voor in onze leefwereld? . - Waarom zou deze het vaakst voorkomen? . - Waarom kunnen we een struik, die zich in een vallei bevindt, toch nog zien aangezien er geen rechtstreeks licht op invalt? . Licht en optica 15 OEFENINGEN EN PRACTICA 1. REFLECTIE OF TERUGKAATSING - Benoem volgende onderdelen correct en geef een korte verklaring! Licht en optica 16 2. INVALSHOEK EN TERUGKAATSINGSHOEK - Materiaal: Laserpen, vlakke spiegel, optische schijf. - Instructie: o Maak de opstelling zoals in de figuur o Richt de laserpen naar het middelpunt o Meet invals- en terugkaatsingshoek o Maak meerdere invals- en terugkaatsingshoeken o Noteer gegevens in de tabel hieronder - Opstelling - Gegevens: Invalshoek - Terugkaatsingshoek Conclusie: Licht en optica 17 3. DIFFUSE TERUGKAATSING - Materiaal: Bak met zuiver water, bak met melk en water, sterke zaklamp. - Instructie: o Ga naar een min of meer duistere plek o Richt de zaklamp op de bak met zuiver water o Richt de zaklamp op de bak met melk en water - Waarneming: - Wanneer kunnen we iets pas zien? Wat moet er eerst met het licht gebeuren? 4. ABSORBTIE EN WEERKAATSING - Materiaal: Zwart blad, wit blad, zaklamp. - Instructie: o Ga naar een min of meer duistere plek o Richt de zaklamp op het zwarte blad o Richt de zaklamp op het witte blad Waarneming: - - Wanneer zien we licht goed en wanneer slecht? Probeer dit te verklaren aan de hand van de titel en het zwarte en witte blad. Licht en optica 18 5. TERUGKAATSING OP EEN VLAKKE SPIEGEL - Materiaal: o Spiegel o Voorwerp o Potlood - Werkwijze: o Zet de spiegel rechtop o Plaats een object recht voor de spiegel o Maak een schets van de opstelling (schuin aanzicht) o Los bijbehorende vragen op - Wat kan je zeggen over de grootte van het spiegelbeeld ten opzichte van het voorwerp dat je gebruikte? . - Hoe staat het spiegelbeeld? Rechtop, ondersteboven, … . - Is er iets veranderd aan het spiegelbeeld ten opzichte van je voorwerp? Beweeg er eens mee! . - Schets: Licht en optica 19 6. WETTEN VAN DE TERUGKAATSING Wetten van de terugkaatsing op een effen oppervlak - Volgende lijnen liggen steeds in één vlak: o o o - Volgende hoeken zijn steeds gelijk aan elkaar: o o - De stralengang is . Wetten van de terugkaatsing op een oneffen oppervlak / diffuse terugkaatsing - Een lichtbundel bestaat uit een heleboel . - Een klein stukje van een oneffen oppervlak is steeds . - Hierbij zijn de - Omdat die kleine stukjes een andere teruggekaatst in Reflectie Licht en optica even groot. worden de stralen . Diffuse weerkaatsing 20
