Lärarhandledning - optik - Edu.fi

Lärarhandledning för optiklaborationer– ljusets brytningMålEleven funderar på ljusets egenskaper.Uppläggning av undervisningenDiskussion med klassen om fenomenet ljus. Varifrån kommer det? Jordens och månens rörelser.Tid på dygnet. Årstider. Månfaser och förmörkelser.MaterialförteckningLjuskälla (helst en lampa, som ger en skarp ljusstråle, en laserpenna går bra, utom då ljusetsspektrum skall undersökas)bägare, pennor eller liknande föremål (som tål vatten), små stenar, större fat eller vannor,glasprismor, vita pappersskärmar, olika sorters linser (tjockast på mitten = konvexa och tunnast påmitten = konkava), silkespapper, förstoringsglas.BegreppFöljande begrepp åskådliggörs i experimenten:ljusets strålgång, brytning och reflektion, ljusets natur, uppdelning i färger och spektra, ljusetsbrytning i linser och bilden av föremål.1. Ta en bägare med vatten. Stick ner en penna i vattnet. Studera pennan från alla håll. Vadupptäcker du? Lägg en liten sten i bottnen på bägaren. Sikta på stenen med pennan snettuppifrån ovanför vattenytan. Om pennan förs in i vattnet i exakt denna riktning, träffar dendå stenen? Kan du förklara fenomenet?Man borde se att pennan ser ut att böja sig i vattenytan. För att inte träffa stenen bordevattendjupet vara ganska stort, vilket inte är så lätt att ordna.Det är intressant att få reda på vad eleverna fäster sig vid. Ibland lägger de märke tillfenomen, vilka läraren inte alls har beaktat vid planeringen. Dessa bör tas på allvar ochdiskuteras, i synnerhet om de berör fysikaliska skeenden.För att hjälpa eleverna vidare kan man be eleverna diskutera ljusets strålgång. De kan ocksåfå studera bilder, där det fysikaliska skeendet visas som en isolerad företeelse. Kommereleverna nu på att ljusstrålarna ändrar riktning i vattenytan? Det är viktigt, att eleverna självafunderar på fenomenet. De behöver inte komma underfund med det fysikaliska skeendet.Idealiskt är, om eleverna kan anteckna både sina slutsatser, och problem som de inte harkunnat lösa. Senare, när man funderat mera på ljusets brytning, kan man göra omexperimentet och återkomma till anteckningarna.

Komplettera gärna med följande experiment:(1a) Tag en bägare med vatten. Ställ ett tomt provrör i bägaren. Stick ner en penna iprovröret. Nedre delen av pennan försvinner. Fyll provröret med vatten till samma nivå somvattnet i bägaren. Pennan uppenbarar sig åter.2. Tag ett fat med vatten. Lägg stenen i fatet. Undersök stenen från alla riktningar. Plötsligtförsvinner stenen. Förklara fenomenet.Här kommer reflektion in i bilden. Då stenen försvinner i viss belysning, är det för attvattenytan fungerar som en spegel. Totalreflektion ser man, om man betraktar vattenytansnett underifrån. Då ser man en spegelbild av stenen i vattenytan. Det här experimentet skallhelst utföras först när experiment 1 har diskuterats ingående. Det kan kompletteras medföljande experiment:Ta en rundkolv och fyll den till hälften med färgat vatten. Belys den snett underifrån med enlaserpenna riktad mot centrum av kolven. Om ljuset träffar vattenytan tillräckligt snett,inträffar totalreflektion. Vinkeln mellan vattenytan och ljusstrålen bör vara mindre änungefär 40 grader. Ljusstrålens gång ses tydligt i ett mörklagt rum.

Om man inte har en rundkolv kan man försöka samma sak med ett akvarium eller englaslåda. Om man med en laserstråle lyser genom bottnen eller eventuellt sidan upp motvattenytan kan man få totalreflexion i vattenytan.Problemet är att få infallsvinkeln tillräckligt mycket längs med ytan. Om strålen träffar ytanför rakt sker ingen totalreflexion.Man kan också färga vattnet genom att skölja svampen man använder för att torka tavlanmed (kritpulvret gör vattnet mjölkaktigt).Om man vill få strålen att synas i luft, måste man åstadkomma rök. Om man rullar ettpapper till en tub (ett par varv) och tänder på ändan och sedan blåser ut elden brukar pappretge bra med rök.3. Låt en stråle vitt ljus brytas i ett prisma. Fånga därefter upp strålen på en skärm. Vadmärker du? Var har du råkat ut för samma fenomen? Kan du förklara regnbågens uppkomst?Med vitt ljus menar man ljus som kommer från en glödtråd. Man kan använda ljuset från enOH eller diaprojektor eller ficklampa. Det gäller att avskärma strålen så man får en rätt smal

stråle. På OH:n går det bra genom att lägga tjockare papper på glaset och lämna en gäntaöppen.I princip borde eleverna redan ha en uppfattning om ljusets brytning. Hur många har enaning om att det blir ett spektrum? Vi får nämligen ett band av färger i stället för ett ljuststreck. Om vi flyttar på skärmen, så märker vi hur spektret breder ut sig mer och mer julängre bort skärmen kommer. Varför? Vitt ljus består av olika färger. Detta kan visas meden ”1:sta maj snurra”. Låt eleverna själva dra slutsatser, om allt inte kommer med, så gör detingenting.4. Tag en konvex lins och tunt silkespapper. Försök att få pappret att brinna. Den konkavalinsen har också en brännpunkt. Kan man se den? Kan den användas för att få papper attbrinna?Det här experimentet kan med fördel göras ute en solig dag. Det lyckas också inne medhjälp av t.ex. projektorlampan som ljuskälla.5. Linser kan användas för att åstadkomma bilder. I ögat finns en lins. Hur uppkommer bildenav ett föremål man ser på? Vad är det för nytta med glasögon?HemarbeteGe eleverna en lampa, ett förstorningsglas och ett vitt papper. Låt dem försöka hitta en bildav glödlampan på pappret genom att låta ljuset brytas tillsamman med hjälp avförstorningsglaset. Man kan tydligt se bilden av glödtråden i lampan på pappret. Om delyckas, så kan de ännu försöka få fram en förstorad, respektive en förminskad bild.Glasögonens inverkan kan undersökas med hjälp av två linser, den ena skall då föreställalinsen i ögat och den andra linsen i glasögonen.Fundera på minst tre olika ljusfenomen i din omgivning. Kan du förklara dem?FördjupningUtgående från de fenomen eleverna har funnit i sin omgivning kan några experiment upprepas ochdiskuteras. Klassens gemensamma kunskap om dessa fenomen samlas. Ett besök till ettastronomiskt observatorium kan vara på sin plats. Kanske gör man ett projekt över solsystemet.

Fördjupande material för lärarenNordlab-Sverige, Göteborgs univ. http://www.fysik.org/didaktik/fysikdidaktik/fysikdid5.aspNordiskt resurscentrum: http://www.fysik.org/elevexperiment/förstoringsglaset.pdf