Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Ljus och optik Namn: _____________________________________, Blå 98 1 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Planering för fysikavsnittet ljus och optik Centralt innehåll Genom undervisningen i ämnet fysik ska eleverna sammanfattningsvis ges förutsättningar att utveckla sin förmåga att • använda kunskaper i fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle, • genomföra systematiska undersökningar i fysik, och • använda fysikens begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara fysikaliska samband i naturen och samhället. Det vi jobbar med är: • Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara jordens strålningsbalans, växthuseffekten och klimatförändringar. • Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara uppkomsten av partikelstrålning och elektromagnetisk strålning samt strålningens påverkan på levande organismer. Hur olika typer av strålning kan användas i modern teknik, till exempel inom sjukvård och informationsteknik. • Ljusets utbredning, reflektion och brytning i vardagliga sammanhang. Förklaringsmodeller för hur ögat uppfattar färg. Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. De fysikaliska modellernas och teoriernas användbarhet, begränsningar, giltighet och föränderlighet. Systematiska undersökningar. Formulering av enkla frågeställningar, planering, utförande och utvärdering. Dokumentation av undersökningar med tabeller, diagram, bilder och skriftliga rapporter. • • • • • Källkritisk granskning av information och argument som eleven möter i källor och samhällsdiskussioner med koppling till fysik. Dessa mål konkretiseras inom området optik genom att vi i undervisningen tar upp följande delar: • Ljusets brytning, reflektion och absorption i olika medier. • Konkava och konvexa speglar. • Konkava och konvexa linser. • Ögats funktion. • Prismor och spektrum. • Polariserat ljus och laser. • Optiska instrument. • Genomförande av experiment. • Rita figurer och strålgångar. Vi arbetar främst med detta häfte där både fakta och arbetsuppgifter finns. 2 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 ljus ljus är elektromagnetiska vågor. Man kan också säga att ljus är den del av den elektromagnetiska strålningen som vi kan se. Andra delar av den, som vi alltså inte kan se, är ultraviolett strålning (UV), röntgenstrålar, mikrovågor och andra radiovågor samt värmestrålning, som vi kan känna fast vi inte kan se den. Det som går i vågor är elektriciteten och magnetismen själv. Vågorna har en våglängd. Mikrovågor till exempel har en våglängd på några centimeter. Det är i själva verket bara våglängden som skiljer alla de olika vågorna åt. Ljus har våglängder som är mikroskopiskt små. Ändå kan vi se skillnaderna i våglängd som skillnader i färg. Rött har den längsta våglängden. Sedan har orange, gult, grönt och blått allt kortare vågor. Kortast våglängd har violett. Sedan börjar UV-strålningen, som har ännu kortare vågor. Vitt ljus, solljus mitt på dagen till exempel, är en blandning av alla våglängder eller färger. Ljus kan återkastas (speglas eller reflekteras) på olika sätt. När vi ser ett vitt stycke papper beror detta på att allt ljus återkastas från det. Men de flesta föremål återkastar bara vissa delar av ljuset. Om ett papper bara återkastar rött ljus ser vi det som ett rött papper. Ett matt papper återkastar ljus i alla riktningar. Men blanka ytor speglar ljuset. Det innebär att allt ljus återkastas i en enda riktning. Det är därför vi kan se en bild i spegeln. Ljus kan också ändra sin riktning, brytas. Linser och prismor bryter ljuset. Genom att låta dem kröka ljus på olika knepiga sätt kan man bygga förstoringsglas och kikare och mikroskop och många andra optiska apparater. Ljuset rör sig med en hastighet av strax under 300 000 kilometer per sekund i tomrum. När det går genom tätare ämnen som luft, vatten eller glas rör det sig lite långsammare. foton foton är den partikel som ljus består av. Fotonen har ingen massa, det vill säga den väger inget. Den har heller ingen laddning. Fotonen är en stabil partikel som kan korsa universum och den bär på energi. Det var i början av 1900-talet som fysikerna förstod att ljuset kunde beskrivas som en ström av partiklar. Det finns även en helt annan beskrivning av ljuset, nämligen som en vågrörelse. Bägge beskrivningarna är riktiga. Fysikerna talar om att ljuset kan uppfattas på två helt olika sätt, både som en vågrörelse och som en ström av partiklar. färg färg är först och främst vår upplevelse av färg när vi ser till exempel en röd ros eller en gul citron. Färgämnen kallas också ibland färg, som målarfärg, färgen i färglådan eller i färgburken. Vi upplever dagsljuset eller solljuset som vitt. Men vitt ljus är egentligen en blandning av alla färger som vi kan se. Om vi låter vitt ljus gå genom ett prisma (ett stycke glas med vinklade plana sidor) delas ljuset upp i ett spektrum med alla synliga färger: violett, indigo, blått, grönt, gult, orange, rött. 3 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Uppdelningen beror på att de olika färgerna tar lite olika vägar genom glaset när ljusvågorna bryts i övergångarna mellan luft och glas. (se spektrum nedan) På en TV eller en datorskärm ser man många olika färger. Men i verkligheten finns där bara tre, nämligen rött, grönt och blått. Går man nära skärmen med ett förstoringsglas ser man små lysande punkter i de färgerna. Genom att dessa färger blandas i hjärnan upplever vi alla de andra. Gult till exempel är en blandning av rött och grönt. Vitt är en blandning av lika delar rött, grönt och blått. Men detta fungerar bara när det är ljus man blandar. Försöker man blanda röd och grön vattenfärg får man svart eller mörkbrunt. våglängd våglängd är avståndet mellan två intilliggande vågtoppar eller vågdalar i en vågrörelse. Våglängden mäts i enheten meter. Man talar också om begreppet frekvens, hur många vågtoppar som passerar förbi per sekund. En lång våglängd innebär en låg frekvens och tvärtom. Man kan se vågor med olika våglängder på många ställen i naturen. De bildas ofta av vindens inverkan. Våglängden för havsvågor kan vara från någon centimeter till flera kilometer. Elektromagnetisk strålning kan ses både som en vågrörelse i elektriska och magnetiska fält och som fotoner som är partiklar med olika energier. Vanligt, synligt ljus är en del av den elektromagnetiska strålning som vi kan uppfatta med våra ögon. Synligt ljus har våglängder som är mindre än en tusendels millimeter. Radiovågor har våglängder från någon millimeter (mikrovågor) till en kilometer eller mer (långvåg). Röntgenstrålning har våglängder som är tusen gånger kortare än för synligt ljus. Eftersom våglängd är ett mått på energi är röntgenstrålning omkring 10 miljoners miljoner gånger mer energirik än radiostrålning. spektrum spektrum är när ljuset delas upp i olika våglängder. När en ljusstråle passerar genom ett prisma delas den upp i flera färger (våglängder). Detta kallas ljusets spektrum. Vitt ljus uppdelas i färgerna rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett, mätt från korta mot långa våglängder. Synligt ljus innehåller alltså en blandning av dessa färger. Men även annat ljus som vi inte kan se med ögat, både med kortare och längre våglängder, kan delas upp i våglängdsintervall som kan sägas motsvara det synliga ljusets färger. spektrum. Ett spektrum bildas när en ljusstråle passerar genom ett prisma som bryter strålen i vinklar som beror på ljusets våglängd. I ett prisma bryts rött ljus med den minsta vinkeln och violett ljus med den största vinkeln. Ljus som har längre våglängder än det röda ljuset, infrarött ljus, bryts också av prismat men är osynligt eftersom ögat inte är känsligt för dessa våglängder. På motsvarande sätt bryts (för ögat osynligt) ultraviolett ljus i större vinklar än violett ljus. Ljus är elektromagnetisk strålning som samverkar med omgivningen genom fotoner med varierande energier (våglängder). På kortare (energirikare) våglängder än det synliga spektret finns med ökande energi ultraviolett ljus, röntgenstrålning och gammastrålning. På längre (energifattigare) våglängder finns med minskande energi infrarött ljus, mikrovågor och radiovågor. Dessa energiintervall bildar tillsammans det elektromagnetiska spektret. 4 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 spegel spegel (medellågtyska spêgel, ytterst av latin spe´culum, se vidare spekulum), polerad metallyta eller med metallskikt belagd glasyta som reflekterar ljusstrålar. Förutom plana speglar finns speglar med krökt yta: konkava med insidan speglande och konvexa med utsidan speglande. Beroende på den speglande ytans form talar man om sfäriska, paraboliska, elliptiska och cylindriska speglar spegel. En plan spegel, t.ex. en lugn vattenyta, ger en omvänd bild i naturlig storlek. En konvex spegel, t.ex. en sidospegel i en bil, ger en rättvänd men förminskad bild. En konkav spegel i en strålkastare ger ett parallellt strålknippe om ljuskällan placeras i spegelns fokus. brytning brytning betyder inom optiken att en ljusstråle ändrar riktning. Brytning i vatten Brytning uppkommer till exempel om en ljusstråle träffar vatten. Då blir brytningsvinkeln mellan ljusstrålen och riktningen vinkelrätt mot vattenytan (som kallas normalen) mindre. Man säger att ljusstrålen bryts mot normalen. Att ljusstrålen bryts beror på att vatten har högre densitet än vad luft har. Tvärtom blir det om ljusstrålen färdas från något som har högre densitet till något som har lägre. Då bryts ljusstrålen bort från normalen. Man kan se att ljuset bryts i vatten om man stoppar ner en träpinne eller en åra i vatten. Åran ser ut att ha en tydlig knyck, den får en annan riktning under vattenytan. Brytningsindex bestämmer brytningsvinkeln Olika material bryter ljuset olika mycket. Storleken på brytningsvinkeln bestäms av ämnets brytningsindex. Brytningsindexet säger hur hög ljusets hastighet är i vakuum jämfört med i materialet. I vakuum har brytningsindexet värdet exakt 1, i luft 1,0003, i vatten 1,33 och i glas ungefär 1,5. I glas är alltså ljushastigheten 1/1,5 = 0,67 av ljushastigheten i vakuum. 5 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Brytningsfenomen i naturen Brytningsvinkeln beror också på ljusets våglängd. Det är därför som en vit ljusstråle ger upphov till en färggrann regnbåge då strålen bryts i en vattendroppe. Den röda delen av ljuset bryts minst och den blå delen bryts mest. Detta fenomen kallas dispersion. Resultatet blir ett spektrum. lins lins är ett stycke buktigt glas som bryter ("kröker") ljusets strålar. När ljus faller i sned vinkel in mot linsens yta, ändrar det riktning. När ljuset fortsätter ut ur linsen, ändrar det riktning igen. Det är inte bara glas som kan bryta ljus. Ljusets bryts varje gång, som det går i sned vinkel från ett ämne med mindre täthet in i ett med större täthet, eller tvärtom. Det är därför som en käpp man doppar ner i vattnet ser ut som om den vore knäckt. Ljuset från käppen bryts när det går från vattnet upp i luften. Linser som har ytor som buktar utåt samlar ljuset. De är samlingslinser eller positiva linser. Saker som man ser genom en sådan lins ser större ut om man håller linsen intill sig. Ett förstoringsglas är ett bra exempel. Buktar ytorna inåt, sprider linsen ljuset. Den är en spridningslins eller negativ lins. Den som är närsynt behöver glasögonglas som är negativa linser. Positiva linser används både i kikare och mikroskop och i kameror.lins. 6 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 öga öga är ett yttre sinnesorgan som människor och andra djur ser med. Ögat är ett sinnesorgan som tar emot ljusenergi från omvärlden och omvandlar ljusenergin till el i form av nervimpulser. Nervimpulserna skickas i synnerverna till hjärnans syncentrum. Ögats byggnad En stor del av ögat består av en nästan klotrund, genomskinlig och geléartad kropp, glaskroppen. Glaskroppen består till 99 % av vatten. Funktionen är antagligen att ge stöd åt näthinnan. Glaskroppen är också täckt av andra hinnor. · Den yttersta hinnan, senhinnan, kallar vi vanligen ögonvitan. De sex muskler som styr ögats rörelser är fästa vid senhinnan. · Framtill täcks glaskroppen av den genomskinliga hornhinnan, som skyddar ögat och är mycket känslig för beröring. När hornhinnan retas bildas tårar, som försöker spola bort det som fastnat i ögat. · Framtill i ögat är linsen fäst. Mitt fram i ögat sitter den färgade regnbågshinnan eller iris, som har en öppning i centrum, pupillen, där ljus kommer in till linsen. · Bakom glaskroppen sitter näthinnan, där synbilden skapas. Från näthinnan leder synnerven in till hjärnan. · Innanför senhinnan och utanför näthinnan finns åderhinnan som är rik på blodkärl. Blodkärlen försörjer näthinnan med syre och näring och forslar bort koldioxid och annat avfall. Människoögats yttre delar med tårkörteln där tårarna bildas, och tårvägarna. 7 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Ögonen med yttre ögonmuskler och synnerver. Sett uppifrån, omedelbart ovanför ögongloberna. öga. Det mänskliga ögat i genomskärning. Ögats skydd Ögat ligger skyddat på en kudde av fett inne i ögonhålan i skallen. Framtill skyddas ögonen av ögonlocken, som kan täcka ögonen helt när det behövs. Det är det vi gör när vi blundar. Vi blinkar ungefär var femte sekund. Det gör vi för att tårvätska ska fördela sig över ögat och skydda det. Ögonlocken har fransar som skyddar ögat mot mindre skräp. Hur ögat ser Man kan jämföra ögat hos en människa med en kamera. Båda har en reglerbar öppning som släpper igenom ljus. Pupillen drar ihop sig när det är ljust och vidgar sig när det blir mörkare, som bländaröppningen i kameran. Både kameran och ögat har en lins, där ljuset bryts. I kameran fastnar bilden på en ljuskänslig platta – i ögat på näthinnan. Näthinnan har omkring 130 miljoner synceller. Ögats lins bryter, tillsammans med hornhinnan, samman ljuset till näthinnan. Muskler runt linsen kan ändra linsens tjocklek så att ljuset bryts mer eller mindre. Det gör att vi kan se saker på både långa och korta avstånd. Näthinnan innehåller olika typer av synceller. De kallas för tappar och stavar. Tapparna fungerar bäst på dagen när det är ljust. I det område på näthinnan som kallas gula fläcken finns väldigt många tappar. Människor har tre olika sorters tappar, som är känsliga för ljus med olika färger. Egentligen är det så att ljuset har olika våglängder som vår hjärna upplever som färger. De tre typerna av tappar är mest känsliga för ljusvåglängder som vi upplever som färgerna rött, grönt och blått. Hur kan vi då se en gul citron? Jo, dels registrerar tapparna även andra ljusvåglängder, men inte lika starkt, dels ger kombinationer av minst två ljusvåglängder andra färgupplevelser. Ett exempel är att vi upplever en kombination av lika delar "rött" och "grönt" ljus som färgen gult. 8 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Stavar fungerar när man ser i svagt ljus, till exempel på kvällen. Då kan man inte se olika färger, för det finns bara en sorts stavar som alla är känsligast för blågrönt ljus. Därför ser blå och gröna saker ljusare ut än röda när det är mörkt. Från näthinnan går nervtrådar ihop i synnerven, en från vartdera ögat. I den punkt där synnerven går ut ur ögat finns inga synceller. Den punkten kallas blinda fläcken eftersom vi inte kan se ljus som träffar näthinnan där. Synnerverna går till syncentrum i nackloben i hjärnan, där informationen från näthinnan bearbetas och omvandlas till en synupplevelse. I starkt ljus stänger sig katters pupiller så att de bildar upprättstående, smala streck. Människans pupiller behåller sin runda form när de drar ihop sig, och kan inte stänga ute ljuset lika bra som kattens. Ögon och syn hos olika djur I djurvärlden finns många exempel på ögon som överträffar människans: stora rovfåglar har den bästa synskärpan, kolibrier och dagfjärilar samt vissa kräftdjur har det bästa färgseendet och djuphavsfiskar, ugglor och vissa nattaktiva däggdjur har det bästa mörkerseendet. Bland ryggradslösa djur finner man många exempel på mycket små ögon (mindre än 0,1 millimeter hos bladlöss) såväl som djurvärldens största ögon (mer än 35 centimeter) hos vissa jättebläckfiskar. Hos insekter och kräftdjur är den vanligaste ögontypen fasettögon som har många små linser som samarbetar. Ögon som har en enda lins (som våra) kallas kameraögon och finns hos bland annat ryggradsdjur, bläckfiskar, snäckor och spindlar. Dessutom finns andra sorters ögon. Kammusslor och vissa kräftdjur har spegelögon, där en krökt spegel skapar bilden på näthinnan. Flera sorters maskar har enkla ögon som kallas pigmentbägarögon och kan uppfatta ljusets riktning. katarakt katarakt är en ögonsjukdom där ögats lins blir grumlig. Katarakt kallas ibland grå starr. Vid katarakt blir ögonlinsen grumlig så att ljuset inte längre kan nå näthinnan. Katarakt är en vanlig sjukdom hos äldre personer. Den leder till allt sämre syn, och till slut kan ögat bara skilja på ljus och mörker. I iländer opererar man katarakt, och den grumliga linsen byts ut mot en plastlins. I andra länder blir de flesta som drabbas av sjukdomen blinda. glaukom glaukom, eller grön starr, är en ögonsjukdom. Grön starr är egentligen ett gammalt namn på sjukdomen. Sjukdomen orsakas av för högt tryck i ögat. Det höga trycket kan skada synnerven och synfältet. Glaukom behandlas med ögondroppar som sänker trycket i ögat. I svåra fall kan man använda laserbehandling eller operera. 9 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 brytningsfel brytningsfel är ett samlingsnamn för olika synfel. Dessa synfel gör att ljuset som kommer in i ögat inte bryts till en skarp bild på näthinnan. Det finns tre former av brytningsfel: översynthet, närsynthet och astigmatism. brytningsfel gör att ljuset som kommer in i ögat inte bryts till en skarp bild på näthinnan. 1. I ett öga med normal syn bryts ljus till en skarp bild på näthinnan. 2. Översynthet beror ofta på att ögat är för kort. (a) Därför bryts ljuset till en skarp bild bakom näthinnan. (b) Om linsen ackommoderar (ändrar form) hamnar bilden på näthinnan. (c) Om linsen inte kan ackommodera, som hos äldre personer, används en positiv (konvex) glasögonlins som hjälper ögat att bryta samman ljusstrålarna, så att... Närsynthet Närsynthet är den vanligaste formen av brytningsfel. Om man är närsynt ser man ganska bra på nära håll, men sådant som är längre bort är suddigt. Det beror vanligen på att ögat är för långt i djupled. Därför bryts ljuset så att en skarp bild hamnar framför näthinnan i stället för på den. Översynthet Mindre vanlig, i varje fall hos yngre människor, är översynthet. Om man är översynt ser man bra på håll, men sådant som är nära är suddigt. Då är det svårt att till exempel läsa texten i en bok. Det beror på att ögat är för kort, så att ljusstrålarna bryts så att en skarp bild hamnar bakom näthinnan i stället för på den. En yngre person som är lite översynt kan själv rätta till det genom att ändra ögonlinsens form extra mycket. Man "skärper blicken". Det kallas att ackommodera. Men den förmågan avtar med åren. Då drabbas man av ålderssynthet. Därför behöver många medelålders och äldre personer läsglasögon. Astigmatism En tredje, annorlunda form av brytningsfel är astigmatism. Det gör att kanter på ett föremål kan verka suddiga och att raka linjer ser ut som om de var böjda. Brytningsfelet beror på att hornhinnan eller linsen i ögat inte är sfärisk, det vill säga formad som ytan av ett klot. Ljuset som kommer in i ögat bryts till olika punkter på näthinnan beroende på om ljusstrålarna faller in vågrätt eller lodrätt. 10 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Del 1: Ljus och reflektion Sidan 207-220 i fysikboken. Efter att vi gått igenom denna del ska du: • • • • • • • • • Känna till hur ljus kan beskrivas och kunna ge exempel på olika typer av ljuskällor. Känna till hur ljus reflekteras och kunna använda begreppen Infallsvinkel, Reflektionsvinkel, Normal och Brytningsvinkel. Kunna redogöra för reflektionslagen. Känna till att ljuset har olika hastighet i olika medier. Känna till hur ljuset reflekteras i olika typer av speglar. Kunna använda begreppen konkav och konvex i samband med speglar. Kunna använda begreppen fokus och brännpunkt i samband med speglar. Känna till att ljuset bryts när det passerar mellan olika medier. Känna till begreppet totalreflektion och veta att detta är principen för olika tillämpningar inom medicin och teknologi. Arbetsuppgifter som hör till: • • • Övningsuppgifter till del 1. Laborationsuppgifter1-12 (Reflektion av ljus) Laborationsuppgifter 13-19 (Ljusbrytning och reflektion) Del 2: Linser och optiska apparater Sidan 221-226 i fysikboken. Efter att vi gått igenom denna del ska du: • Känna till olika typer av linser, hur de bryter ljuset och vad de används till. • Kunna använda begreppen fokus/brännpunkt och brännvidd i samband med linser. • Känna till ögats uppbyggnad och funktion. • Känna till några optiska apparater. Arbetsuppgifter som skall göras: • Övningsuppgifter del 2. • Laborationsuppgifter 20-26 (Linser) Läs själv: Spektrum, laser och osynligt ljus Sidan 226-230 i fysikboken. Efter att du läst denna del ska du: • Känna till att vitt ljus kan delas upp i ett spektrum av färger med hjälp av ett prisma. • Känna till vad det är som avgör vilken färg ett föremål får. • Veta något om laser, infrarött och ultraviolett ljus. 11 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Övningsuppgifter till del 1: 1. 2. 3. 4. 5. Ge exempel på några olika ljuskällor och beskriv deras för- och nackdelar. Vilken är ljusets hastighet i luft respektive vatten? På vilka två olika sätt kan ljus beskrivas? Beskriv reflektionslagen med ett exempel. Här nedanför finns olika speglar, rita ut hur ljuset reflekteras i de olika speglarna. 51° 12 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 6. Nedanför finns tre olika plana speglar. Punkten är ditt öga som tittar på figurens spegelbild. Rita ut hur strålgången går samt var ögat uppfattar att bilden finns. 7. Skriv vad de olika spegeltyperna heter och rita hur strålarna reflekteras. 13 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 8. Undersök med hjälp av en sked hur din spegelbild blir i en konkav respektive konvex spegel. Förklara varför resultatet blir som det blir! 9. Hur bryts ljuset när det går från ett tunnare till ett tätare medium. Rita en bild och sätt ut normal, infallsvinkel (45°), reflektionsvinkel samt brytningsvinkel. 10. Hur bryts ljuset när det går från ett tätare till ett tunnare medium. Rita en bild och sätt ut normal, infallsvinkel (45°), reflektionsvinkel samt brytningsvinkel. 11. Rita hur ljuset bryts i ett prisma. Låt infallsvinkeln vara 45°. 12. Förklara hur totalreflektion uppkommer. Övningsuppgifter till del 2: 1. Rita strålgången, markera brännpunkten samt skriv hur lång brännvidden är hos respektive lins. +5 +7 -5 14 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 -9 2. Sätt ut namnen på ögats olika delar. 3. Hur korrigeras ett synfel där personen är närsynt? 4. Hur korrigeras ett synfel där personen är översynt? 5. Vad ska en person med synfelet -2,5 dioptrier ha för typ av lins? 6. Ge exempel på några olika typer av optiska apparater och vad de kan användas till. 15 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Laborationskompendium Alla dessa försök gör ni i grupp. Använd optiklådorna på skolan . Titta aldrig in i lasern och var aktsamma med utrustningen! Reflektion av ljus Plan spegel Lägg ut gradskivan på bänken. Anslut laserboxen och ställ in den på en laserstråle. Placera boxen på gradskivan så att strålen exakt följer linjalen. 1. Justera spegelmodellen så att den blir plan och placera den på 90ºstrecket (bild 1). Laserstrålen ser ut att ”fastna” i spegeln, varför? 2. Flytta laserboxen till 45º-stecket. Vad händer? (bild 2) 3. Flytta laserboxen så att den lyser mot centrum från 10º, 20º, 30º och 40ºstrecket. Vid vilken vinkel går strålen ut i de olika försöken? 4. Rita en enkel skiss av ett av försöken i uppgift 3. 5. Formulera med egna ord en regel för hur infallsvinkeln i och reflektionsvinkeln r hänger ihop. 16 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Konkav spegel Justera spegeln så att den blir böjd och placera den och laserboxen som på bild 4. 6. Rita en skiss av försöket med tre strålar. 7. Förklara vad som händer i försök 6. 8. Man pratar om en konkav spegels brännpunkt. Vad är brännpunkten? Varför tror det kallas brännpunkt? 9. Gör om försöket med fem strålar. Konvex spegel Vänd på spegeln och placera den som på bild 5. Testa med fem strålar så du ser hur en konvex spegel fungerar. 10. Vad händer? Rita en skiss. Ta spegeln och håll den nära (5-10 cm)ansiktet och spegla dig i den. Spegla dig både i den konkava och konvexa sidan. 11. Vilken sida förstorar och vilken förminskar? 12. Vad händer om du speglar dig i den konkava sidan på lite längre avstånd? Testa både att hålla spegeln lodrät och vågrät. Är det någon skillnad? 17 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Ljusbrytning och reflektion Halvcirkelformad lins Lägg ut gradskivan på bänken. Lägg den halvcirkelformade linsen mitt på 90º-strecket. Lys med en laserstråle mot centrum utefter 45º-strecket, se bild 6. 13. Vad händer när ljusstrålen går in i linsen? Rita en skiss. 14. Vad händer när ljusstrålen går ut ur linsen? Rita! Prisma Placera prismat på gradskivan och skicka en laserstråle in i prismat enligt bild 7. 15. Vad händer när ljusstrålen går in i prismat? Rita en skiss. 16. Vad händer när ljusstrålen går ut ur prismat? Rita! 17. I båda försöken ovan bröts ljuset när det gick in i plasten, men det var bara i prismat som ljuset bröts när det gick ut ur plasten. Vad beror det på? Varför bröts inte ljuset när det gick ur den halvcirkelformade linsen? Totalreflektion Placera laserboxen och rätblocket enligt bild 9. 18. Rita en skiss som visar hur ljusstrålen går. 19. Vad skulle hända om rätblocket var längre? 18 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Linser Konvex lins Lys på den konvexa linsen enligt bild 11. 20. Vad händer när ljusstrålen går in i linsen? Rita! 21. Vad händer när ljusstrålen går ut ur linsen? Rita! 22. Varför går ljusstrålen på det sättet? 23. Testa med tre och fem ljusstrålar och se vad som händer. Rita! Konkav lins Gör om försöken med en konkav lins, se bild 12. 24. Vad blev det för skillnad? 25. Rita! Se genom linserna Lägg de två linsmodellerna över texten i läroboken, se bild 13. Titta genom linserna, en i taget, samtidigt som du lyfter dem upp från pappret. 26. Vad upptäcker du? 19 Fysik, Blå enhet åk 8 & 9 Ht 12/Vt 13 Instuderingsfrågor, Sid 207-231 i Fysikboken 1. Vad menas med ljuskällor? 2. Vilken är den viktigaste ljuskällan? 3. Varför kan vi se olika föremål i ett mörkt rum, om vi tänder en lampa? 4. Hur fort färdas ljuset i vakuum? 5. Hur rör sig ljuset? 6. Rita ett parallellt strålknippe. 7. Hur lyder reflektionslagen? Rita gärna figur. 8. Rita hur parallella strålar reflekteras som faller in mot en konvex spegel. 9. Rita hur parallella strålar reflekteras som faller in mot en konkav spegel. 10. Vad menas med brännvidd och brännpunkt (fokus)? Rita gärna figur. 11. Vilken typ av spegel ger alltid förminskade bilder? 12. Vilken typ av spegel ger en förstorad bild, om föremålet står innanför brännpunkten? 13. Nämn ett praktiskt användningsområde för en konkav och en konvex spegel? 14. Hur bryts parallella strålar som faller in mot en positiv lins? Rita figur och markera även brännvidden och fokus. 15. Hur bryts parallella strålar som faller in mot en negativ lins? Rita figur. 16. a) Vilken typ av lins ska man använda till en lupp? b)Vilken av linserna +5 och +10 förstorar mest? c)Vad innebär det att en lins har beteckningen +12? 17. Vilka är kamerans tre viktigaste delar? 18. Vad kallas linserna i en kikare? 19. a) Vad händer när vitt solljus får passera ett prisma? b) Hur kan en regnbåge uppstå? 20. Nämn två exempel på osynligt ljus? 21. Vilken färg reflekterar en röd bild en solig vinterdag på norra halvklotet? 22. Vad kallas den strålning som åstadkommer solbränna? 23. Hur bryts en ljusstråle som träffar en vattenyta vinkelrätt? Rita gärna figur. 24. Vad menas med totalreflektion? 25. I vilken enhet mäts a) belysning b) ljusflöde 20