II. Solving problems using physical laws and relationships.
IX. Optics. The student:
1) illustrates the straight line propagation of light in a homogeneous medium; explains the formation of umbra and penumbra;
2) describes the phenomenon of reflectionreflectionreflection off a flat surface and off a spherical surface;
4) analyses the path of rays coming out from a point in different directions, and then reflected off a plane mirrorplane mirrorplane mirror and off spherical mirrors; describes the focusing of rays in a concave mirror and the path of rays reflected off a convex mirror; uses the concepts of the focal point and the focal length;
5) constructs the path of rays illustrating the formation of virtual images produced by a plane mirror and the creation of real and virtual images produced by spherical mirrors, knowing the location of the focal point;
6) describes qualitatively the phenomenon of refractionrefractionrefraction of light at the boundary of two media differing in the speed of light propagation; indicates the direction of refraction.
1. Remind what conditions must be met to form a shadow. 2. Remind the laws of reflectionreflectionreflection and refraction of light. 3. Remind how spherical mirrors work. 4. You certainly know what the microscope is and what it is for. And have you heard about a mirascopemirascopemirascope? If not, search on the Internet for an explanation of what it is and what it is for. 5. Remind, under what conditions the phenomenon of total internal reflectiontotal internal reflectiontotal internal reflection takes place and what it is.
Many problems and phenomena encountered in everyday life can be explained using geometrical optics. It assumes that light propagates in a straight line. The basic laws that accompany the propagation of light are the law of reflection and refractionrefractionrefraction.
Each of us has its shadow and we are not able to get rid of it. Once it is longer and once shorter and does not make any impression on us. Sometimes, however, he can be supernaturally large and terrifying. It is worth knowing that it still belongs to us and you should not be absolutely afraid of it.
The Brocken spectreBrocken spectreBrocken spectre, that is our own large shadow, often surrounded by a rainbow rim - glorygloryglory, is most often observed during hiking in the mountains, but it can also occur in other places. Various legends and superstitions are connected with it.
To observe the Brocken spectre, clouds or dense fog and the Sun are needed.
[Illustration 1]
Task 1
Take a look at the picture of the Brocken spectreBrocken spectreBrocken spectre and explain how the Sun, clouds or fog and observer must be aligned with respect to each other to observe this phenomenon.
Solution:
The Sun must be behind the observer's back, and in front of it clouds or fog create a background on which the shadow appears. Make a sketch of the solution.
Ewa wants to buy a new mirror for her room. Until now, she had only one in which she could see herself halfway. That is why she is interested in choosing the height of a new mirror so that she can see in it the reflection of her entire body.
Ewa is 170 cm tall. Knowing that human eyes are placed on average 10 cm below the top of head, estimate the minimum height of the mirror needed by Ewa.
At what height should the mirror be suspended from the floor?
Ewa's room is relatively narrow - does the distance from which she looks in the new mirror affect how much of her reflection she sees?
Tip:
Make a similar sketch as in the picture. Solve the problem geometrically. Apply the law of reflectionreflectionreflection.
[Illustration 2]
Solution:
[Illustration 3]
Ewa's distance from the mirror does not matter.
The minimum height of the mirror is equal to half the height of Ewa.
The upper edge of the mirror should be at a height of 165 cm above the floor.
You already know that the mirascope is a simple device mainly used for playing. We have here a beautiful example of optical illusion. The structure of the mirascope is not complicated. It consists of two spherical mirrors with the same diameters that face each other. At the top of one of them, the hole is cut out. The cross‑section of the mirascope is shown below.
Inside the mirascope, we place the object and looking at the device at a certain angle, we see an illusionary image of the object floating in the opening of the upper mirror.
[Illustration 4]
Task 3
Explain how the illusionary image is created in the mirascopemirascopemirascope.
Tip:
Apply the law of reflectionreflectionreflection of light. Present the solution geometrically.
Solution:
The light rays reflected off the object at the vertex of the bottom mirror travel to the surface of the upper mirror. Reflected off it, they reach the bottom mirror, and then they are reflected again and leave the mirascopemirascopemirascope through the top hole creating a real image of the object.
[Illustration 5]
Certainly you have often seen a picture of the water surface made by a diving photographer. Or do you remember what you saw while diving in a pool, lake or sea, looking up towards the surface of the water?
Diver looking towards the water surface sees a brighter part in the form of a circle surrounded by a darker space.
[Illutration 6]
Task 4
Explain the mechanism of the formation of the image seen by the diver.
What determines the diameter of the bright part?
Solution:
The diver, as well as fish and other animals under water, see everything that is above its surface, but the field of their vision is narrowed to a visibility cone of about 98 degrees. Outside of this cone, the water surface acts like a mirror. The black area visible in the picture is a reflection of the bottom. If the bottom is deep, its details are not visible. If a water reservoir is relatively shallow, around the bright circle we will see the reflection of everything that is on the bottom.
This effect is the result of the phenomena of total internal reflectiontotal internal reflectiontotal internal reflection. The angle of incidence called the critical angle, above which the light rays are not able to leave the water to pass to the air, is 48.6 degrees for water‑air media boundary. The total internal reflectionreflectionreflection takes place only when the ray passes from a more optically dense medium to a less optically dense medium.
The diameter of the image that we see on the surface of the water depends on the depth at which we are (the height of the visibility cone).
Zwierciadła płaskie, czyli zwyczajne lustra, posiada w domu każdy z nas. W niektórych możemy oglądać się w całości, w innych widzimy się tylko częściowo. Są wykonane przeważnie ze szkła powleczonego cienką warstwą aluminium.
m8eecbd306eff7186_1528449000663_0
Zadania problemowe bazujące na eksperymentach
m8eecbd306eff7186_1528449084556_0
Drugi
m8eecbd306eff7186_1528449076687_0
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
IX. Optyka. Uczeń:
1) ilustruje prostoliniowe rozchodzenie się światła w ośrodku jednorodnym; wyjaśnia powstawanie cienia i półcienia;
2) opisuje zjawisko odbicia od powierzchni płaskiej i od powierzchni sferycznej;
4) analizuje bieg promieni wychodzących z punktu w różnych kierunkach, a następnie odbitych od zwierciadła płaskiego i od zwierciadeł sferycznych; opisuje skupianie promieni w zwierciadle wklęsłym oraz bieg promieni odbitych od zwierciadła wypukłego; posługuje się pojęciami ogniska i ogniskowej;
5) konstruuje bieg promieni ilustrujący powstawanie obrazów pozornych wytwarzanych przez zwierciadło płaskie oraz powstawanie obrazów rzeczywistych i pozornych wytwarzanych przez zwierciadła sferyczne znając położenie ogniska;
6) opisuje jakościowo zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków różniących się prędkością rozchodzenia się światła; wskazuje kierunek załamania;
m8eecbd306eff7186_1528449068082_0
45 minut
m8eecbd306eff7186_1528449523725_0
Wyjaśnia powstawanie cienia w zjawisku przyrodniczym.
m8eecbd306eff7186_1528449552113_0
1. Stosuje prawo odbicia w rozwiązywaniu problemów z życia codziennego.
2. Konstruuje bieg promieni w zwierciadle sferycznym.
3. Wyjaśnia zjawisko przyrodnicze stosując prawo załamania światła.
m8eecbd306eff7186_1528450430307_0
Uczeń:
- wyjaśnia zjawiska przyrodnicze stosując prawa odbicia i załamania światła,
- konstruuje bieg promieni ilustrując powstawanie obrazów w zwierciadle płaskim i sferycznym.
m8eecbd306eff7186_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
m8eecbd306eff7186_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
m8eecbd306eff7186_1528450127855_0
1. Przypomnij sobie, jakie warunki muszą być spełnione, aby powstał cień. 2. Przypomnij sobie prawo odbicia i załamania światła. 3. Przypomnij sobie, w jaki sposób działają zwierciadła sferyczne. 4. Z pewnością wiesz, czym jest i do czego służy mikroskop. A czy słyszałeś o miraskopie? Jeśli nie, to poszukaj w Internecie wyjaśnienia, co to jest i do czego służy. 5. Przypomnij, w jakich warunkach zachodzi i czym jest zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia.
m8eecbd306eff7186_1528446435040_0
Wiele problemów i zjawisk napotykanych w codziennym życiu można wyjaśnić za pomocą optyki geometrycznej. Zakłada ona, iż światło rozchodzi się po linii prostej. Podstawowe prawa towarzyszące rozchodzeniu się światła to prawo odbicia i załamania.
Każdy z nas ma swój cień i nie jesteśmy w stanie się go pozbyć. Raz jest dłuższy, raz krótszy i nie robi na nas żadnego wrażenia. Czasami jednak potrafi być nadnaturalnie wielki i przerażający. Warto wiedzieć, że wciąż należy do nas i nie należy się go absolutnie bać.
Widmo Brockenu, czyli nasz własny wielki cień, często otoczony tęczową obwódką - glorią, obserwowane jest najczęściej podczas wędrówki w górach, ale może wystąpić również w innych miejscach. Związane z nim są różne legendy i zabobony.
Aby zaobserwować widmo Brockenu potrzebne są chmury lub gęsta mgła i Słońce.
[Ilustracja 1]
Polecenie 1
Przypatrz się zdjęciu widma Brockenu i wyjaśnij, jakie musi być wzajemne ułożenie Słońca, chmury lub mgły oraz obserwatora, aby można zaobserwować to zjawisko.
Rozwiązanie:
Słońce musi znajdować się za plecami obserwatora, a przed nim chmury lub mgła tworzą tło, na którym pojawia się cień. Naszkicuj rozwiązanie.
[Grafika interaktywna]
Zwierciadła płaskie, czyli zwyczajne lustra, posiada w domu każdy z nas. W niektórych możemy oglądać się w całości, w innych widzimy się tylko częściowo. Są wykonane przeważnie ze szkła powleczonego cienką warstwą aluminium.
Polecenie 2
Ewa chce zakupić nowe lustro do swojego pokoju. Do tej pory posiadała jedynie takie, w którym widziała się do połowy. Dlatego zależy jej na dobraniu takiej wysokości nowego lustra, by mogła w nim widzieć odbicie całej swojej postaci.
Ewa ma 170 cm wzrostu. Wiedząc, że oczy człowieka są umieszczone średnio 10 cm poniżej jego czubka głowy, oszacuj minimalną wysokość lustra potrzebnego Ewie.
Na jakiej wysokości od podłogi powinno zostać zawieszone lustro?
Pokój Ewy jest stosunkowo wąski – czy odległość, z jakiej będzie przeglądać się w nowym lustrze, ma wpływa na to, jak wiele ze swojego odbicia zobaczy?
Wskazówka:
Sporządź podobny szkic jak na obrazku. Rozwiąż problem geometrycznie. Zastosuj prawo odbicia.
[Ilustracja 2]
Rozwiązanie:
[Ilustracja 3]
Odległość Ewy od lustra nie ma znaczenia.
Minimalna wysokość lustra jest równa połowie wzrostu Ewy.
Górna krawędź lustra powinna znajdować się na wysokości 165 cm nad podłogą.
Wiesz już, że miraskop to proste urządzenie służące głównie do zabawy. Dzięki niemu mamy do czynienia z pięknym przykładem iluzji optycznej. Budowa miraskopu nie jest skomplikowana. Tworzą go dwa zwierciadła sferyczne o tych samych średnicach zwrócone do siebie częściami wklęsłymi. W wierzchołku jednego z nich wycięty jest otwór. Przekrój poprzeczny miraskopu pokazany jest poniżej.
Wewnątrz miraskopu umieszczamy przedmiot i patrząc na urządzenie pod pewnym kątem widzimy iluzoryczny obraz przedmiotu unoszący się w otworze górnego zwierciadła.
[Ilustracja 4]
Polecenie 3
Wyjaśnij, w jaki sposób powstaje iluzoryczny obraz w miraskopie.
Wskazówka:
Zastosuj prawo odbicia światła. Przedstaw rozwiązanie geometrycznie.
Rozwiązanie:
Promienie świetlne odbite od przedmiotu znajdującego się w wierzchołku dolnego zwierciadła trafiają na powierzchnię zwierciadła górnego. Odbite od niej docierają do zwierciadła dolnego, tam ulegają ponownemu odbiciu i opuszczają miraskop tworząc obraz rzeczywisty przedmiotu.
[Ilustracja 5]
Z pewnością nieraz widziałeś zdjęcie powierzchni wody robione przez nurkującego fotografa. A może pamiętasz, co widziałeś podczas nurkowania w basenie, jeziorze lub morzu, patrząc w górę, w stronę powierzchni wody?
Nurek patrząc w stronę powierzchni wody widzi jaśniejsza część w formie koła otoczoną ciemniejszą przestrzenią.
[Ilustracja 6]
Polecenie 4
Wyjaśnij mechanizm powstawania obrazu widzianego przez nurka.
Od czego zależy średnica jasnej części?
Rozwiązanie:
Nurek, jak również ryby i inne zwierzęta będące pod wodą, widzą wszystko, co znajduje się nad jej powierzchnią, lecz pole ich widzenia jest zawężone do stożka widzialności o rozwartości ok. 98 stopni. Poza tym stożkiem powierzchnia wody działa jak lustro. Czarny obszar, widoczny na zdjęciu jest odbiciem dna. Jeśli jest ono głęboko położone, nie widać jego szczegółów. Jeśli zaś w zbiorniku wodnym jest stosunkowo płytko, wokół jasnego kręgu zobaczymy odbicie wszystkiego, co znajduje się na jego dnie.
Efekt ten jest wynikiem zjawiskiem całkowitego odbicia wewnętrznego. Kąt padania zwany kątem granicznym, powyżej którego promienie świetlne nie są w stanie opuścić wody, by przejść do powietrza, wynosi dla ośrodków woda‑powietrze 48,6 stopni. Całkowite odbicie wewnętrzne ma miejsce wyłącznie wtedy, gdy promień przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego.
Średnica obrazu, który widzimy na powierzchni wody, zależy od głębokości, na której się znajdujemy (wysokości stożka widzialności).
[Ilustracja 7]
[Ilustracja 8]
m8eecbd306eff7186_1528450119332_0
Wiele zjawisk optycznych, z którymi spotykamy się w życiu codziennym, można wyjaśnić za pomocą praw optyki geometrycznej.