Download pdf - Werkbladen weerkaatsing+lenzen+breking(site)

Aan de slag met de

nieuwe leerplannen

fysica 2de graad ASO

GO!

M. Beddegenoodts, M. De Cock,

G. Janssens, J. Vanhaecht

woensdag 17 oktober 2012

Specifieke Lerarenopleiding

Natuurwetenschappen: Fysica

Leerlingenproeven met opticaset – p. 1

KU Leuven - SLO Natuurwetenschappen: fysica Nascholing 17-10-12

Werkblad: Weerkaatsing

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 ( ̂ )



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?



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.



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



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.



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.



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? …


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.



Wat stel je vast?

Onderzoeksvraag:

Wat gebeurt er met een evenwijdige lichtbundel als die door een holle lens gaat?

Hypothese:

Wat verwacht je? …


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.



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.

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?

Verifieer je tekening m.b.v. het proefmateriaal.

O h

h . F1

. F2

. O

h . F1

. F2

. O



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.

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?

O h



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?

Verifieer je tekening m.b.v. het proefmateriaal.

h . F1

. F2

. O

h . F1

. F2

. O



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 i1 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?



Bereken in de 3de kolom sin i1.

Bereken in de 4de kolom sin r2 .

Proef 2: van middenstof 2 …………………… naar middenstof 1 ……………………………………….

Vergelijk de 1ste kolom met de 2de kolom. Wat merk je?

Bereken in de 3de kolom sin i1.

Bereken in de 4de kolom sin r2 .

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 5de 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.

invalshoek ̂ brekingshoek ̂1