Hoofdstuk 3: Licht Natuurkunde VWO 2011/2012
www.lyceo.nl
Hoofdstuk 3: Licht
Natuurkunde
1. Mechanica
2
2. Golven en straling
3. Elektriciteit en magnetisme
4. Warmteleer
Rechtlijnige beweging
Trilling en golf
Elektrische stroom
Gas en vloeistof (SE)
Kracht en moment
Licht
Elektromagnetisme
Thermische processen (SE)
Arbeid en energie
Elektromagnetisch spectrum (SE)
Inductie en wisselstroom (SE)
Kromlijnige beweging
Radioactiviteit
Signaal verwerking (SE)
www.lyceo.nl
Door gelaten lichtstralen •
Licht breekt als het van de ene naar de andere stof gaat.
•
Breking naar de normaal toe: i r
i
sin i n sin r r
•
Breking van de normaal af:
i r
sin i 1 sin r n
i
r
•
3
Grenshoek:
sing
1 n
www.lyceo.nl
Door gelaten lichtstralen Hoe gaat de lichstraal verder?
Een lichtstraal valt vanuit lucht op een grensovergang lucht‐kunststof. De hoek van inval is 20˚. De brekingsindex van lucht naar de kunststof is 1,40. Hoe groot is de brekingshoek?
Voorbeeld
Maak een tekening Schrijf de wet van Snellius op Vul alle bekende waarden in Bereken de onbekende waarde uit
sin i n sin r sin20 1.40 sinr
sin r 0.24 r 14
4
www.lyceo.nl
Terug gekaatste lichtstralen 2. Golven en straling Trillingen en golven
•
Licht
EM spectrum
Radioactiviteit
Spiegeling vindt plaats bij volledige terugkaatsing bij doorzichtige stoffen en bij
spiegels •
De wet van Snellius: i = t
•
Hoeken meet je altijd ten opzichte van de normaal. – De normaal staat altijd loodrecht op het oppervlak!
Normaal
i
5
t
Normaal
t
i
www.lyceo.nl
Terug gekaatste lichtstralen Hoe kijkt de kat naar zijn neus?
Teken zijn spiegelbeeld aan de andere kant van de spiegel Teken een lijn van zijn gespiegelde neus naar zijn pupil – Lijnen aan de andere kant van de spiegel zijn gestippeld
Teken een lijn van de spiegel naar zijn neus
6
www.lyceo.nl
Lenzen •
Bij lenzen treedt breking op afhankelijk van het soort lens – Bolle (+) lenzen convergeren • Evenwijdige bundel komt samen in het brandpunt • Lichstralen uit één punt , gaan na breking weer door één punt
– Holle (‐) lenzen divergeren • Evenwijdige bundel lijkt na breking uit één punt te komen
+ F f
7
www.lyceo.nl
Lenzen •
1 1 1 S = = + f b v
Lenzenformule:
S = dioptrie = lenssterkte
•
Vergrotingsformule:
N =
B b = V v
B
8
b
v
V
www.lyceo.nl
Lenzen
v >> f
Kenmerken van beeld
Soort beeld
Toepassing
B < V
Reëel en omgekeerd aan voorwerp
Fotograferen
1 b f want 0 v
v = 2f
B = V
Reëel en omgekeerd aan voorwerp
f < v < 2f
B > V
Reëel en omgekeerd aan voorwerp
Diaprojector en overheadprojector
v = f
Geen beeld
‐
Kijken door loep met ongeaccommodeerd oog
v < f
B > V
Virtueel en niet omgekeerd aan voorwerp
Kijken door loep
9
www.lyceo.nl
Lenzen I. Reëel beeld:
II. Virtueel beeld: v < f en b < 0
v > f en b > 0
B
V B V
f v
10
f b
f
b v
www.lyceo.nl
Constructiemethoden Voor bolle lenzen zijn er drie standaard constructie stralen
1. Straal door optisch midden,
V B
gaat rechtdoor verder
2. Evenwijdig aan de hoofdas,
V
gaat door brandpunt verder
3. Straal door het brandpunt, gaat evenwijdig met hoofdas verder
11
B
V B
www.lyceo.nl
Constructiemethoden Daarnaast zijn er nog twee hulpstralen.
4. Straal door bijbrandpunt, gaat
V
F*
evenwijdig aan bijas verder
B
f brandvlak
5. Straal evenwijdig aan bijas,
V
bijas
bijas
F*
gaat door bijbrandpunt verder
B brandvlak
12
•
Elke rechte straal die door het optisch midden gaat, is een bijas
•
Brandvlak: lijn die door het brandpunt gaat en loodrecht op de hoofdas staat
•
Punt waar een bijas het brandvlak snijdt is een bijbrandpunt F* www.lyceo.nl
Constructiemethoden Hoe ga ik te werk?
Teken de straal door het optisch midden Teken de standaard constructiestraal
(zie slide 11)
Indien nodig: teken bijas
(zie slide 12)
TIP: werk van 2 kanten
Let op hints in de opgave • "scherp afgebeeld”
alle stralen uit één punt op het voorwerp komen samen
• "waargenomen met ongeaccommodeerd oog“
stralen komen evenwijdig het oog binnen
13
www.lyceo.nl
Oog •
Het oog is een speciale bolle lens met constante beeldafstand en variabele brandpuntsafstand
•
Met een ongeaccommodeerd (ontspannen) oog kan je veraf scherp zien
Nabijheidspunt:
dichtstbijzijnde punt dat je scherpt ziet met maximaal geaccommodeerd oog
Vertepunt:
punt wat je scherp ziet als je niet accommodeert
Gezond oog, dichtbij
Gezond oog, ver weg
14
www.lyceo.nl
Oog
Gezond oog
Verziend oog
Bijziend oog
Oudziend oog
Vertepunt
∞
Achter het oog
Dicht bij het oog
∞
Nabijheidspunt
≈ 20 cm
> 20 cm
< 20 cm
> 20 cm
Remedie
‐
+ lens
‐ lens
+ lens
Verziend oog, dichtbij
Bijziend oog, ver weg
15
www.lyceo.nl
Lopende lichtgolven •
Lichtgolf = transversale golf – Elektrische en magnetische velden trillen: elektromagnetische golf
•
Frequentie – Bepaalt kleur van licht – Blijft altijd constant (bij overgang naar ander medium verandert wel de lichtsnelheid, vervolgens past de golflengte zich aan)
•
λ = c ∙ T, ofwel c = λ ∙ f Hierin is: λ = golflengte [m] c = voortplantingssnelheid [m s‐1] T = periode [s] f = frequentie [s‐1]
16
www.lyceo.nl
Interferentie van lichtgolven •
Gelijksoortige golven in fase (versterking)
•
Gelijksoortige golven uit fase (uitdoving) – Gelijksoortige lichtbronnen worden verkregen door golven door smalle spleet te ( ) sturen
2e nevenmaximum
A
Interferentie bij twee spleten: AB ‐ AP =
17
d
1e nevenmaximum
Hoofdmaximum B
P
www.lyceo.nl
Tralie •
Interferentie bij meer dan twee spleten: tralie
•
Een tralie breekt het licht; de hoek hangt af van de golflengte (en dus de kleur)
•
Hiermee is een kleurenspectrum te maken
•
Combineer de volgende formules: sinα =
n λ (n = 1,2,..) d
en tanα =
x f
Tweede neven maximum (n=2)
Eerste neven maximum (n=1) d
x
f
tralie 18
scherm www.lyceo.nl
Elektromagnetisch spectrum 2. Golven en straling Trillingen en golven
19
Licht
EM spectrum
•
Frequentie (golflengte) bepaald het soort straling
•
De snelheid van straling is gelijk aan de lichtsnelheid:
Radioactiviteit
c = f ∙ λ
www.lyceo.nl
Licht •
Licht (fotonen) heeft dualistisch gedrag – Zowel gedrag van deeltjes als van golven
•
Deeltjesgedrag – Het heeft een energie: E = h f =
hc λ
– Foto‐elektrisch effect
•
Golfgedrag – Buiging en interferentie – Frequentie en golflengte
20
www.lyceo.nl
Energieniveaus van atoom •
Grondtoestand:
energie van atoom is minimaal
•
1e aangeslagen toestand
buitenste elektron in volgende, hogere schil
•
2de aangeslagen toestand
buitenste elektron wéér een schil hoger
•
Foton uitzenden: overgang hogere ‐> lagere toestand. E h f
•
Foton absorberen: overgang lagere ‐> hogere toestand –
h f < Eu
er gebeurt niets
–
h f = Eu
elektron treedt uit met minimale snelheid
–
h f > Eu
elektron treedt uit, teveel aan energie wordt als kinetische energie meegegeven.
21
www.lyceo.nl
Tips & Tricks •
Teken bij breking en spiegeling altijd eerst de normaal. – Bij een bol kan je de normaal tekenen door een lijn door het middelpunt te trekken.
•
Let op of je van de normaal af of naar de normaal toe breekt. – De kleinste hoek zit altijd aan de kant van glas, water, plastic etc.
•
Staat het voorwerp tussen brandpunt en lens: dan is er een virtueel beeld. Het beeld lijkt achter (of in) de lens te zitten. (een reëel beeld zie je op een scherm)
•
Teken bij een virtueel beeld altijd de stralen gestippeld door achter de lens, om zo het beeld te kunnen vinden. Let er op dat b negatief is!
•
Ken de constructie stralen – Begin met het teken van de straal door het optisch midden, deze kan je altijd tekenen.
22
www.lyceo.nl
