Metodika k pracovnímu listu Optika pro SŠ- IQ Park

str. 1 z 11
Metodika k pracovnímu listu Optika pro SŠ
Tato metodika je doplňujícím materiálem pro učitele k pracovnímu listu Optika určenému
žákům SŠ.
Je rozdělena do tří hlavních oblastí:
I. Zaměření pracovního listu – zde je zmíněno učivo a dovednosti, na které jsou
úlohy zaměřeny, začlenění pracovního listu podle RVP.
II.
III.
Vzorové řešení pracovního listu – zde je vyřešen pracovní list pro rychlou
orientaci a kontrolu žákovských odpovědí, třeba ještě přímo na místě v iQparku.
Jednotlivé úlohy – obsahují podrobnější rozbor jednotlivých úkolů zadaných
žákům v pracovním listu, cíle jednotlivých úloh, náměty na další úlohy a
experimentování ve škole i doma, příklady, časté chyby žáků v řešení pracovních
listů zjištěné na základě pilotáže pracovních listů a další.
Zaměření pracovního listu
RVP G: Člověk a příroda – Fyzika: Elektromagnetické a světelné děje
Klíčové kompetence: Kompetence k řešení problémů, kompetence k učení
Učivo: skládání barev, periskop, stín, aditivní mísení barev, spektrum žárovky a zářivky
a LED světla, zdroje světla, polarizace
K cílům pracovního listu: Science centrum představuje pro žáky možnost být tím, kdo
řídí celý experiment. Mohou ovlivňovat různé parametry pokusu a tímto způsobem si
vyzkoušet fyziku vlastníma rukama a nahlédnout na ni zase jiným způsobem, než jak ji znají
ze školních lavic, kde je strůjcem většiny experimentů obvykle vyučující.
Důležitou dovedností spojenou s fyzikálním experimentováním je samotné pozorování jevů
a jeho popis. Proto právě na tyto dovednosti je zaměřena velká část úloh, která se snaží
zadáním úkolů napomoci tomu, aby žáci vnímali podstatné charakteristiky exponátu
a dokázali popsat, jaký jev pozorují.
Vzorové řešení
Následující 2 strany obsahují vzorově vyřešený pracovní list. K úlohám a částem řešení
označeným symbolem *) uvádíme poznámky příp. podrobnější řešení v části III.

str. 2 z 11
str. 2 z 11

str. 3 z 11
str. 3 z 11

Jednotlivé úlohy
str. 4 z 11
V této části naleznete podrobnější informace a náměty k jednotlivým úlohám. Jsou rozděleny
do několika oblastí:
Symbol Popis
Poznámky k řešení, podrobnější řešení
Další úkoly v iQparku
Uplatnění v praxi
Příklad, kvantitativní přiblížení
Experimentování doma
Navázání ve výuce
Časté chyby (zjištěné na základě pilotáží pracovních listů)
Odkazy
U každé úlohy jsou zároveň uvedeny její cíle (očekávané výstupy úlohy) Popisují činnost,
kterou je žák schopen provést, pokud úlohu správně vyřeší.
Tyto metodické listy jsou k dispozici v elektronické verzi na webových stránkách iQparku
http://www.iqpark.cz/ v sekci Školy – Pro učitele. Webové adresy na rozšiřující informace,
videa, applety atd. jsou v elektronické verzi metodických listů upraveny jako hypertextové
odkazy, na které lze přejít jedním kliknutím.

1) Periskop
str. 5 z 11
Cíle úlohy
Žák:
● porovná obrazy předmětů pozorovaných periskopem a bez něj
● využije zákon odrazu při tvorbě plánu periskopu
___________________________________________________________________________
Uplatnění v praxi
V ponorkách, tancích a dalších bojových vozidlech, také jako zařízení umožňující bezpečný
výhled ze zákopu. Na principu periskopu pracují i dělostřelecké zaměřovací systémy.
___________________________________________________________________________
Experimentování doma
Žáci si mohou vyrobit vlastní periskop z kartonu a 2 zrcátek. Podrobný popis je např. v [1].
A co by se stalo při jiné poloze zrcátek? Jak se odrazí světelný paprsek pro různá jiná
postavení zrcátek? Podaří se žákům vymyslet, jak (v rovině) uspořádat 2 zrcátka tak, aby se
paprsek dopadající na ně z kteréhokoli směru vrátil zpět ke zdroji? (Možno řešit nejprve pro
případ roviny – jde o 2 navzájem kolmá zrcátka. Pak je možné problém řešit v prostoru se 3
zrcátky, kde je řešením tzv. koutový odražeč – 3 navzájem kolmá zrcátka.)
___________________________________________________________________________
Odkazy
[1] Návod na výrobu periskopu:
http://www.debrujar.cz/php/adfotozaple/sifra08periskopakrasohled/sifra08periskop.html

2) RGB
str. 6 z 11
Cíle úlohy
Žák:
● vytvoří různobarevné stíny
● experimentuje s aditivním mísením barev pomocí barevných světel
___________________________________________________________________________
Další úkoly v iQparku
Mísení barev jiným způsobem si mohou žáci vyzkoušet také u exponátu Subtraktivní mísení
barev (4. patro). Jakou barvu získají při položení všech tří filtrů přes sebe?(Černou.)
Jaká barva vzniká u RGB v místě, kde světla všech tří barev svítí přes sebe? (Bílá.)
___________________________________________________________________________
Uplatnění v praxi
Mísením pouhých tří základních barev lze na monitorech, displejích, promítacích plátnech
nebo televizních obrazovkách získat libovolné barevné odstíny.
Další možností je místo základních barev (RGB = červená, zelená, modrá) použít barvy
doplňkové (CMY = azurová, purpurová, žlutá).
Také barevné tiskárny tisknou obrázky mnoha různých barev, ale přitom na papír nanášejí jen
vhodně zvolené kombinace tří doplňkových barev (CMY).
___________________________________________________________________________
Experimentování doma
Žáci si mohou doma na počítači vyzkoušet skládání barev pomocí appletů [1] nebo [4].
Jaká barva jim vznikne v subtraktivním mísení složením všech tří doplňkových barev?
(Černá.)
Jaká barva jim vznikne složením tří základních barev v aditivním mísení? (Bílá.)
Jaké barvy musejí smíchat v subtraktivním mísení, aby získali zelenou? (Azurovou a žlutou.)
__________________________________________________________________________
Navázání ve výuce
Je možné zmínit historii barevné fotografie a Maxwellovu fotografii barevné stuhy vzniklou
složením tří fotografií této stuhy pořízených přes různé barevné filtry – červený, modrý a
zelený (podrobněji viz např. [2]).
____________________________________________________________________________
Odkazy
[1] Mísení barev – EN aplet: http://phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision
[2] Maxwellova barevná fotografie: http://fyzmatik.pise.cz/175158-maxwellova-barevnafotografie.html
[3] Rozklad světla hranolem – EN aplet:
http://www.explorelearning.com/index.cfm?method=cResource.dspView&ResourceID=13
[4] Mísení barev aditivní i subtraktivní – EN applet:
http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=39

3) Imaginární předmět
str. 7 z 11
Cíle úlohy
Žák:
● zformuluje, díky čemu vidíme objekty, které samy nejsou zdrojem světla
● popíše vlastnosti pozorovaného obrazu mince
___________________________________________________________________________
Poznámky k řešení
Předměty, které samy nejsou zdrojem světla, odrážejí světlo, které na ně dopadá ze zdrojů
světla nebo z jiných předmětů, které také samy nesvítí.
Vzniklý obraz mince je stranově převrácený, protože optická osa zrcadel míří svisle a ne
vodorovně, jak je u většiny experimentů z paprskové optiky obvyklé.
___________________________________________________________________________
Další úkoly v iQparku
Alespoň přibližně si mohou žáci vyzkoušet odraz světelného paprsku od parabolického
zrcadla u exponátu „Odraz kuličky v parabole“ (3. patro – 107). Kulička, kterou pošlou na
parabolu z kteréhokoli místa rovnoběžně s osou paraboly, se jim odrazí do vyznačeného
ohniska paraboly. Tedy stejně, jako se paprsky dopadající na parabolické zrcadlo rovnoběžně
s optickou osou lámou do ohniska zrcadla.
___________________________________________________________________________
Uplatnění v praxi
Zajímavým příkladem může být pro žáky Měsíc. Ačkoli se nám zdá, že svítí, není skutečným
zdrojem světla – vidíme ho díky tomu, že odráží světlo od Slunce. Totéž platí i pro všechny
planety a jejich měsíce.
Parabolické zrcadlo, které je součástí exponátu, se využívá k vícero účelům.
To, že paprsky vycházející z ohniska parabolického zrcadla se od něj odrážejí
rovnoběžně s jeho optickou osou, se využívá např. při výrobě automobilových světlometů
nebo vysílacích antén.
Zrcadlové dalekohledy a přijímací antény zase využívají soustředění paprsků dopadajících na
zrcadlo rovnoběžně s osou do ohniska. Také solární pece jsou tvořeny parabolickým zrcadlem,
které soustřeďuje dopadající sluneční paprsky do svého ohniska, kde je umístěn ohřívaný
předmět (např. tavený kov, nádoba s pokrmem).
__________________________________________________________________________
Experimentování doma
Žáci si mohou vyzkoušet výrobu vlastní solární pece. Potřebují k ní větší kus kartonu (např.
z krabice), alobal, rýsovací pomůcky, nůžky, lepidlo a vzor parabolického zrcadla (např.[1],
[2]).
Kostru „parabolického“ zrcadla lze také vyrobit z kostry starého deštníku jako ve [3].
Takové doma vyrobené zrcadlo samozřejmě není přesně parabolické. Jeho „ohnisko“ není jen
jeden bod, je obvykle rozostřené na plochu několika desítek cm 2 .
Do ohniska pece pak lze umístit menší tmavou nádobku s vodou (např. plechovku od nápoje)
a měřit teplotu vody. Je důležité, aby byla nádobka otevřená, jinak by mohla explodovat
kvůli rostoucímu tlaku uvnitř.

str. 8 z 11
Kvůli bezpečnosti je dále nutné používat během experimentu sluneční brýle a ochranné
rukavice proti popálení!
___________________________________________________________________________
Navázání ve výuce
Je možné se žáky podrobněji rozebrat princip exponátu, který pozorovali. Exponát je složen
ze dvou parabolických zrcadel (viz obrázek). Významnou vlastností parabolického zrcadla je
skutečnost, že paprsky přicházející rovnoběžně s optickou osou zrcadla se odrážejí do ohniska
a naopak. Na obrázku jsou nakreslena dvě parabolická zrcadla Z1 a Z2 s ohnisky (po řadě F1
a F2). Mince je umístěna v ohnisku horního zrcadla. Pomocí význačných paprsků
parabolického zrcadla pak můžeme určit, kde vzniká obraz mince (je to právě v ohnisku F2
spodního zrcadla, viz obrázek).
___________________________________________________________________________
Časté chyby
Více než třetina žáků z testovaného vzorku odpověděla, že obraz předmětu je imaginární,
zřejmě pod vlivem názvu exponátu.
___________________________________________________________________________
Odkazy
[1] Sluneční pec – návod (anglicky): http://solarcooking.org/plans/dats.htm
[2] Sluneční pec – návod (anglicky):
http://images3.wikia.nocookie.net/solarcooking/images/b/b6/Collapsible_Parabolic_Cooker_p
lans_English.pdf
[3] Sluneční pec z deštníku –fotonávod s komentáři (anglicky):
http://solarcooking.org/plans/barbeque.htm

4) Duha v žárovce
str. 9 z 11
Cíle úlohy
Žák:
● umí vysvětlit pojem spektrum na SŠ úrovni
● vlastními slovy popíše spektrum žárovky, zářivky a LED světla
● zná rozdíl mezi místem vzniku světla v žárovce, zářivce a LED světle
● rozezná spektra různých zdrojů světla (klasické žárovky, červené a modré LED, zářivky)
________________________________________________________________________________
Poznámky k řešení
Odpovědi žáků se budou lišit ve formulacích, podstatné je, aby nějak zachytili, že žárovka má
spektrum spojité, zatímco zářivka a světlo složené z LED diod mají spektrum čárové.
Na obrázku je pro srovnání spektrum LED světla (vlevo), zářivky (uprostřed) a žárovky (vpravo).
Žárovka vyzařuje světlo všech barev, zářivka a LED světlo jen několik barev, chybějící barvy
vznikají jen jejich mísením (viz žlutá na překryvu červené a zelené nebo azurová na překryvu
zelené a modré).
________________________________________________________________________________
Uplatnění v praxi
Vznikem a vlastnostmi spekter různých látek se zabývá spektroskopie. Dokáže jen s použitím světla
s velkou přesností rozlišovat chemické prvky i složité molekuly obsažené v látkách (i ve velmi
malém množství – koncentrace až 1:10 8 ). To je užitečné např. v kriminalistice pro důkazy
přítomnosti jedů, drog nebo vzorků DNA na doličných předmětech. Nebo v astronomii, kde se
podle spektra záření přicházejícího od konkrétní planety či hvězdy určí její chemické složení a
teplota nebo i probíhající chemické reakce.
________________________________________________________________________________
Experimentování doma, navázání ve výuce
Žáci mohou v odrazu od CD pozorovat spektrum klasické žárovky, zářivky a třeba hořící svíčky.
Čím se tato spektra liší? (Spektrum žárovky i svíčky je spojité, zatímco zářivka má čárové spektrum.)
Pozn.: Je lepší stát při tomto pozorování dál od zdrojů, aby se nám jevily co nejvíce jako bodové.
Dále je možné zmínit spektrum slunečního světla, které je také spojité, a nechat žáky odvodit, který
z člověkem vyrobených zdrojů světla má tedy spektrum nejvíce podobné Slunci. (Žárovka.)
________________________________________________________________________________
Odkazy
[1] Jak fungují žárovka a zářivka: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=109&id_casti=60
[2] Pokusy s barevnými výkonovými LED:
http://fyzikalnisuplik.websnadno.cz/fyzika/barevna_svetla.pdf

5) Světelný obtisk
str. 10 z 11
Cíle úlohy
Žák:
● rozumí závislosti velikosti stínu na vzdálenosti od stínítka a zdroje světla
● umí měnit tvar stínu vhodným natočením předmětu
___________________________________________________________________________
Uplatnění v praxi
Při starém způsobu vyvolávání fotografií – promítání negativu na fotopapír – se vytvářel
světelný obtisk negativu (černobílý nebo později i barevný).
Vodivé spoje v počítačových procesorech se projektují jako černobílé obrázky (tzv.
litografické masky), jejichž siluety se promítají („obtiskují“) a leptají na křemíkové desky.
Tato metoda se nazývá litografie.
___________________________________________________________________________
Experimentování doma
Žáci si mohou doma vyzkoušet stínohru, sledovat změny tvaru stínu při různém natočení
předmětu vzhledem ke stínítku, ostrost stínu, to, že světlo může díky ohybu dopadat i do míst,
kde by měl být stín (geometrický), pohrát si s perspektivou – vytvořit vedle sebe obří nestvůru
jednou rukou a drobné zvířátko druhou.
Rovněž se mohou podívat na applet [1], který také umožňuje sledovat hranici světla a stínu
při různých polohách předmětu a zdroje světla.
___________________________________________________________________________
Časté chyby
Zhruba třetina žáků z testovaného vzorku odpověděla, že aby se jejich stín zmenšil, musí se
posunout dál od stínítka.
___________________________________________________________________________
Odkazy
[1] Světlo a stín – applet: http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=42
[2] Pokusy se stíny: http://fyzikalnisuplik.websnadno.cz/fyzika/barevna_svetla.pdf

6) Polarizace světla
str. 11 z 11
Cíle úlohy
Žák:
● pozoruje chování displeje mobilu pod polarizačním filtrem
● ví, že na displeji mobilu je polarizátor
● umí vysvětlit pojem zkřížené polarizátory
________________________________________________________________________________
Uplatnění v praxi
Polarizované světlo umožňuje zkoumat mechanické, elektrické a chemické vlastnosti látek ve všech
skupenstvích. Například deformace materiálů v komplikovaných konstrukcích sleduje
fotoelasticimetrie.
Polarizační filtry se používají v tzv. polarizačních slunečních brýlích a ve fotoaparátech, kde
umožňují potlačovat oslňující odlesky slunce od vodní hladiny a jiných lesklých ploch (oken,
karoserií aut atd.). Světlo odrážející se od lesklých ploch pod velkým úhlem je totiž znatelně více
polarizované než přirozené světlo.
LCD displeje (na kalkulačkách, digitálních hodinkách, některých plochých obrazovkách apod.) by
bez polarizace vůbec nefungovaly.
________________________________________________________________________________
Experimentování doma
Vlastníci polarizačních brýlí (mívají je např. sportovci, vodáci či rybáři, někteří řidiči – žáci tedy
případně mohou i zapátrat ve svém okolí) si mohou zkusit s nimi pozorovat například vodní hladinu,
která se při pohledu pouhým okem leskne (nebo listy lesklého křídového papíru, karoserie aut). Při
uklánění hlavy k jednomu nebo druhému rameni mohou žáci pozorovat změnu množství světla
z odlesků, které brýlemi projde. Lze tak najít dvě orientace brýlí, při kterých jimi prochází
z vybraného odlesku nejméně a nejvíce světla. Tyto dvě orientace na sebe budou kolmé.
Pokud mají žáci k dispozici polarizační filtr, lze pozorovat zajímavé jevy s obyčejnou izolepou a
LCD displejem. Lepicí páska je totiž vyrobena z dvojlomného plastu a proto ovlivňuje polarizaci
světla, které skrz ni prochází. Je možné začít nejprve s dvěma vrstvami izolepy nalepenými na čirou
fólii křížem přes sebe. Ty prosvítíme světlem z LCD displeje a pozorujeme přes polarizační filtr.
Můžeme přidávat i další vrstvy izolepy v souhlasném i kolmém směru na původní vrstvu a také tak,
aby se částečně překrývaly. Podle vzájemné orientace displeje, filtru a jednotlivých vrstev izolepy
pozorujeme obrazce různých barev. Bližší popis možného experimentování např. [4].
________________________________________________________________________________
Navázání ve výuce
S polarizačními filtry lze provádět různé experimenty, např. při jejich různém natočení pozorovat
duhu, LCD obrazovku TV nebo počítače, ohýbané pravítko, atd. viz například [2].
________________________________________________________________________________
Odkazy
[1] Text o polarizaci: http://fyzweb.cuni.cz/dilna/krouzky/3Dfot/podr1.htm
[2] Pokusy s polarizačními filtry doplněné fotkami: http://www.astromik.org/clanky/c007.htm
[3] Polarizace světla –applet (anglicky):
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu/polarizedlight/filters/index.html
[4] Studentská práce SOČ od strany 33, popis experimentu s izolepou od strany 43:
http://soc.nidm.cz/data/2007/02-3.pdf