N AT U U R W E T E N S C H A P P E N V O O R H A N D E L
1
Copyright
Copyright
2
LI CH T EN ZIEN
2.1
Donkere lichamen en lichtbronnen
2.1.1
Donkere lichamen Donkere lichamen zijn lichamen die zichtbaar worden als er licht op valt. Zij produceren zelf geen licht.
Leuk om te weten! De maan is ook een donker lichaam!
ex experiment Probleemstelling Welke soorten donkere lichamen zijn er? Benodigdheden - glas - mat glas
- metaal - spiegel
Werkwijze Ga na wat er gebeurt met het licht als het invalt op ... glas, metaal of spiegel
Proefopstelling We laten het licht op de verschillende soorten materiaal invallen en kijken wat er met de lichtbundel gebeurt.
Waarneming - Glas: het licht wordt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - Mat glas: het licht wordt
......................................................................................................................................................................................
.
...........................................................................................................................................................................................
.
Copyright
- Metaal: het licht wordt
- Spiegel: het licht wordt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ZINTUIGEN
13
Besluit ♦
Voorwerpen die zichtbaar worden als er licht op valt en zelf geen licht produceren, noemen we donkere lichamen.
♦
Voorwerpen die alle licht doorlaten, noemen we doorzichtige lichamen. Bv. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
♦
Voorwerpen die een deel van het licht doorlaten, noemen we doorschijnende lichamen. Bv. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
♦
Voorwerpen die geen licht doorlaten, noemen we ondoorschijnende lichamen. Bv. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2
Lichtbronnen Lichtbronnen zijn voorwerpen die zelf licht uitzenden. Bv.
....................................................................................................................................................................................................................................................................
Welke verschillende lichtbronnen zijn er? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
oe oefening Noteer bij de volgende foto’s of het een natuurlijke of kunstmatige lichtbron is.
.....................................................
.....................................................
.....................................................
Besluit ♦
Lichtbronnen zijn voorwerpen die zelf licht uitzenden.
♦
Natuurlijke lichtbronnen zijn lichtbronnen die uit zichzelf licht uitzenden. Bv.
♦
Kunstmatige lichtbronnen zijn lichtbronnen die niet uit zichzelf, maar door tussenkomst van de mens licht uitzenden. Bv.
14
..................................................................................................................................................................................................................................................
Copyright
..................................................................................................................................................................................................................................................
ZINTUIGEN
2.2
Rechtlijnige voortplanting van het licht ex experiment Probleemstelling Onder welke voorwaarden kun je een kaarsvlam door een soepele slang zien? Benodigdheden - brandende kaars - slang ± 50 cm (uit rubber of plastic) Proefopstelling soepele darm (plastic of rubber)
Werkwijze We houden de kaars voor de soepele slang en kijken naar de kaars door de slang. Waarneming De kaars is enkel te zien als .........................................................................................................................................................................................................................................................................
.
.........................................................................................................................................................................................................................................................................
.
Opmerking Er is wel een voorwaarde: de middenstof (hier lucht) moet homogeen zijn. De stof moet dus een constante samenstelling hebben.
Besluit Het licht plant zich rechtlijnig voort in een homogene middenstof.
2.3
Soorten lichtbundels Een lichtbundel is een verzameling van lichtstralen. Lichtstralen stellen we voor door:
Copyright
ZINTUIGEN
15
ex experiment Probleemstelling Hoe kunnen lichtbundels zich gedragen? Welke soorten lichtbundels zijn er? Benodigdheden - zaklamp of lichtbron van optica-set - blad papier - vergrootlens/holle lens/bolle lens
Stralen op een holle spiegel
1. Laat het licht van een zaklamp op de muur schijnen. Bekijk de lichtbundel. Waarneming De stralen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schets
2. Met een vergrootglas projecteren we het licht van de zon (of een zaklamp) op een blad papier. Bekijk de lichtbundel. Waarneming De stralen lopen
......................................................................................................................................................................................................................
.
Schets
3. Denk eens na, hoe lopen de stralen van een laser? Waarneming De stralen lopen
......................................................................................................................................................................................................................
Schets
16
ZINTUIGEN
Copyright
.
Besluit ♦
Lichtbundels waarvan alle stralen uit elkaar lopen, noemen we divergerende lichtbundels.
♦
Lichtbundels waarvan alle stralen naar elkaar toe lopen, noemen we convergerende lichtbundels.
♦
Lichtbundels waarvan alle stralen evenwijdig lopen, noemen we evenwijdige lichtbundels.
2.4
Schaduwvorming
2.4.1
Wat is schaduw?
ex experiment Probleemstelling Hoe ontstaat een schaduw? Proefopstelling De leerlingen moeten de volgende figuren proberen te vormen.
Werkwijze We proberen de schaduwfiguren met onze handen te maken. We vouwen onze handen zo dat we de gewenste figuur hebben en plaatsen ze voor een zaklamp. Waarneming .......................................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................................
Besluit ♦
Schaduw ontstaat wanneer er licht valt op een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lichaam.
♦
Achter het lichaam ontstaat dan een schaduw.
♦
Schaduwvorming is een gevolg van . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . van licht.
Copyright
ZINTUIGEN
17
2.4.2
Welke soorten schaduw zijn er?
ex experiment Probleemstelling Hoe kunnen we verschillende soorten schaduwen verkrijgen? Benodigdheden - lamp - voorwerp - scherm Werkwijze We plaatsen het voorwerp voor de lamp en kijken wat er op het scherm gebeurt. Waarneming scherm
licht puntvormige lichtbron
voorwerp
schaduw
licht
scherm licht niet-puntvormige lichtbron
voorwerp
bijschaduw kernschaduw bijschaduw licht
Bij een puntvormige lichtbron zien we een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bij een niet-puntvormige lichtbron zien we een
......................................................................................................................... .
......................................................................................................................................................................................................................................................................... .
18
ZINTUIGEN
Copyright
.
Verklaring 1. Kernschaduw − We tekenen de stralengang
Bij een puntvormige lichtbron vertrekt een divergerende lichtbundel. Dat licht plant zich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . voort. Daardoor kan achter het . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lichaam geen licht komen. Er ontstaat dus een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Bijschaduw − We tekenen de stralengang
Een niet-puntvormige lichtbron is te beschouwen als een verzameling van puntvormige lichtbronnen. Een deel van het licht kan niet helemaal door het voorwerp worden afgeschermd. Hier ontstaat de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Waar alle schaduwen samenkomen, vinden we de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Waar het schaduwbeeld vaag is, vinden we de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Besluit ♦
Een kernschaduw is het gebied waar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . licht komt.
♦
Een bijschaduw is het gebied waar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . licht komt.
♦
Een puntvormige lichtbron vormt met een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . voorwerp een scherp schaduwbeeld. Achter het voorwerp ontstaat een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
♦
Een niet-puntvormige lichtbron vormt met een ondoorschijnend voorwerp een onscherp schaduwbeeld. Er ontstaan een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . en een . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Copyright
ZINTUIGEN
19
2.5
Lichtbreking
2.5.1
Wat is lichtbreking?
ex experiment Probleemstelling Wat is lichtbreking eigenlijk? Benodigdheden - stuk glas - tekst - rietjes - prisma Proefopstelling We leggen een glasplaat op tuk tekst. tekst.Als Als een stuk wewe onder hillende hoeken hoekennaar de verschillende kijken,merken merkenwewdat tekst kijken, de tekst kst schijnbaar schijnbaarnaar na boven is gekomen enhorizontaal horizon komen en verschoven je hoven is. is.Dit Ditkun kun vergelijken lijken met met de detweede twe situatie in voorgaande proef.
Werkwijze - We plaatsen een stuk glas op een tekst en kijken wat er gebeurt. - We gaan met een prisma over een paar rietjes en kijken wat er gebeurt. Waarneming - ...................................................................................................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................
- ...................................................................................................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................
Besluit ...........................................................................................................................................................................................................................................................................
Copyright
...........................................................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................
20
ZINTUIGEN
!!!
Enkele belangrijke begrippen Welke begrippen hebben we nodig om breking te begrijpen? 1. Het licht gaat tijdens de proeven steeds door een middenstof. Dat kan water, lucht, glas … zijn. 2. Lucht is een ijle middenstof. (Deeltjes bewegen verder van elkaar.) Water en glas zijn een dichte middenstof. (Deeltjes bewegen dichter bij elkaar.) 3. Wanneer licht van richting verandert, spreken we van breking. Die gebeurt steeds op een grensvlak.
Schematisch:
n
i <
I grensvlak
lucht
I
glas
<
R r
I: Het invalspunt: het punt waar de invallende straal het grensvlak raakt. n: De normaal: dit is de loodlijn die steeds loodrecht op het grensvlak staat in het invalspunt van de invallende straal. i: De invallende straal. r: De gebroken straal. Î: De invalshoek: de hoek tussen de normaal en de invallende straal. R Î : De brekingshoek: de hoek tussen de normaal en de gebroken straal.
Copyright
ZINTUIGEN
21
2.5.2
Welke wetten gelden er bij breking?
A Hoe liggen de invallende straal, de normaal en de gebroken straal ten opzichte van elkaar?
ex experiment Probleemstelling Hoe liggen de invallende straal, de normaal en de gebroken straal ten opzichte van elkaar? Benodigdheden - lichtbron - optische schijf - glas Proefopstelling
n i < I I
< R r
overgang lucht - glas
Werkwijze We laten een lichtstraal, in het invalspunt, op een stuk glas invallen en kijken wat er gebeurt. Waarneming De invallende straal, de normaal en de gebroken straal liggen
.....................................................................
.
Besluit ...........................................................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................
22
ZINTUIGEN
Copyright
B Geldt bij lichtbreking het omkeerbaarheidsprincipe?
ex experiment Probleemstelling Geldt hier het omkeerbaarheidsprincipe? Proefopstelling
30
30
40
20
30
40
50
50
10
60
80
90
70
70
70
70
80
90
80
80
80
80
90
90
80
80
60
60
60
70
70
70
70
60
60
60
60
0
50
50
50
50
50
50
10
40
40
40
20
40
20
10
20
0
10
10
0
20
10
30
20
40
30
40
30
30
20
10
0
10
20
30
Werkwijze We bevestigen in het midden van een optische schijf een halve glazen cilinder, zodat de vlakke zijde met één van de middellijnen van de schijf samenvalt. 1. Lucht naar middenstof: - We laten de lichtstraal op het invalspunt invallen. - De invalshoeken zijn: 0°, 10°, 30°, 50°, 70°. - We lezen telkens de brekingshoek af. 2. Middenstof naar lucht: - We laten de lichtstraal op de gebogen zijde van de cilinder invallen. - De invalshoeken zijn gelijk aan de brekingshoeken verkregen bij de vorige waarneming. - We lezen telkens de brekingshoek af. Waarneming 1. Lucht naar dichtere middenstof (bv. ^ (°) 0 10 30
^ (°) R
...................................................................................................
):
- De invallende straal breekt van/naar de normaal weg/toe. - De invalshoek is groter/kleiner dan de brekingshoek. - Hier is een overgang van een ijle/dichte middenstof naar een ijle/dichte middenstof.
Copyright
50
70
ZINTUIGEN
23
2. Dichtere middenstof naar lucht (bv. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ): ^ (°)
^ (°) R
- De invallende straal breekt van/naar de normaal weg/toe. - De invalshoek is groter/kleiner dan de brekingshoek. - Hier is een overgang van een ijle/dichte middenstof naar een ijle/dichte middenstof.
Besluit ♦
De lichtstraal die loodrecht invalt op het grensvlak wordt niet gebroken.
♦
Bij lichtbreking geldt het omkeerbaarheidsprincipe. D.w.z. ................................................................................................................ .....................................................................................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................................................................................
.
♦
Van optisch ijl naar optisch dicht (bv. lucht naar glas) breekt de invallende straal naar de normaal toe. De invalshoek is dan groter dan de brekingshoek. Î > R Î
♦
Van optisch dicht naar optisch ijl (bv. glas naar lucht) breekt de invallende straal van de normaal weg. De invalshoek is dan kleiner dan de brekingshoek. Î < R Î
oe oefeningen 1. Teken telkens de overeenkomstige gebroken straal.
lucht
glas
water
lucht
glas
Copyright lucht
24
ZINTUIGEN
lucht water
lucht
lucht
water
glas
2. Formuleer de drie brekingswetten. ................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
2.5.3
Wat is totale terugkaatsing?
ex experiment <
Probleemstelling Nagaan hoe totale terugkaatsing ontstaat.
<
I
R
Proefopstelling We bevestigen in het midden van een optische schijf een halve glazen cilinder, zodat de vlakke zijde met één van de middellijnen van de schijf samenvalt. Laat een lichtstraal schuin invallen op de cilinder, zodat de lichtstraal van glas naar lucht gaat. Laat de invalshoek steeds groter worden. Wat merk je?
Copyright
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................................................................
ZINTUIGEN
25
Waarneming - Wanneer de invalshoek niet te groot is, treedt er breking/totale terugkaatsing op. - Wanneer de brekingshoek 90° is, noemen we de invalshoek de grenshoek. - Na een bepaalde grootte van de invalshoek is er breking/ totale terugkaatsing. Totale terugkaatsing
Besluit ♦
♦
Totale terugkaatsing doet zich voor wanneer een overgang van de ene middenstof naar de andere middenstof geen breking tot gevolg heeft. Alle lichtstralen worden teruggekaatst. Totale terugkaatsing gebeurt bij de overgang van een optisch dichte middenstof naar een optisch ijle middenstof, bij een invalshoek groter dan de grenshoek. ^ is de invalshoek in een optisch dichtere middenstof waarbij de De grenshoek G brekingshoek 90° is.
2.5.4
Toepassingen
A Staat de zon wel waar wij denken dat ze staat? schijnbare zon
eigenlijke zon
Verklaring De stralen van de zon worden afgebogen als ze de dampkring binnenkomen. Daardoor lijkt de zon hoger boven de horizon te staan dan werkelijk het geval is.
B Schijnbare verhoging van een voorwerp in het water
26
ZINTUIGEN
Copyright
Probeer te verklaren hoe het komt dat we de vis hoger zien dan waar hij werkelijk zit. .......................................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................................
1’ 2’ 1 2 B V
- V stelt de vis voor in het water. - We tekenen vanuit V twee lichtstralen, 1 en 2. - Omdat de lichtstralen overgaan van water naar lucht (van dicht naar ijl), breken ze van de normaal weg. - Alle stralen uit V bereiken ons oog, maar ze lijken uit punt B te komen, doordat het oog enkel de stralen 1' en 2' ziet en B ligt hoger dan V. - Uit V vertrekken nog veel meer stralen en omdat al deze stralen van de normaal weg breken, lijkt de vis hoger te liggen.
Copyright
ZINTUIGEN
27
Copyright
Copyright
Eureka! bestaat in de tweede graad uit: Eureka! 1A
Thema 1 Zintuigen Thema 2 Materiemodel
Eureka! 2A
Thema 1 Terreinstudie Thema 2 Samenleven en relaties tussen organismen Thema 3 Stofklassen
Eureka! 1B
Thema 3 Verfijning van het materiemodel: atomen en moleculen Thema 4 Kracht, arbeid, vermogen, energie Thema 5 Classificatie
Eureka! 2B
Thema 4 Druk Thema 5 Chemische reacties Thema 6 Relaties tussen organismen en milieu Thema 7 Warmteleer
Eurek(h)a! 2 Eurek(h)a! 1
(voor handelsrichtingen) Thema 1 Zintuigen Thema 2 Materiemodel Thema 3 Verfijning van het materiemodel Thema 4 Classificatie
(voor handelsrichtingen) Thema 1 Terreinstudie Thema 2 Invloed van organismen op het milieu Thema 3 Kracht, arbeid, energie en vermogen Thema 4 Chemische reacties Thema 5 Druk Thema 6 Warmteleer
A. Bongaerts S. Boulet I. De Veuster A. Karsmakers P. Maesen M. Nelesen M-J. Theuwissen E. Weltjens
ISBN 978-90-301-4023-8
Copyright
9 789030 140238
