Temat

Zjawisko powstawania cienia i półcienia

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

IX. Optyka. Uczeń:

1) ilustruje prostoliniowe rozchodzenie się światła w ośrodku jednorodnym; wyjaśnia powstawanie cienia i półcienia.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyjaśnia zjawisko powstawania cienia i półcienia.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozróżnia punktowe i rozciągłe źródła światła.

2. Ilustruje graficznie powstawanie cienia.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- określa punktowe i rozciągłe źródła światła,

- przedstawia graficznie proces powstawania cienia.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Doświadczenie.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Nauczyciel zachęca uczniów do dyskusji na temat tego, czym jest cień.

Zadaje pytanie: „Co to jest cień? Czy można nie mieć cienia?”

Uczniowie omawiają problem w małych grupach, a następnie prezentują swoje stanowisko na forum klasy.

Realizacja lekcji

Nauczyciel z uczniami formułuje definicję cienia.

Nauczyciel przedstawia definicję punktowego i rozciągłego źródła światła.

Definicja:

Cień to obszar, do którego nie docierają promienie świetlne. Rozciągłe źródło światła można rozpatrywać jako zbiór punktowych źródeł światła.

Punktowe źródło światła to takie źródło, którego rozmiary są znacznie mniejsze od odległości od oświetlanego przedmiotu. Przedstawiając je graficznie, zaznaczamy wyraźnie, że promienie świetlne wychodzą dokładnie z tego samego punktu.

Rozciągłe źródło światła to źródło, którego rozmiary są względnie duże w stosunku do odległości do oświetlanego przedmiotu np. Słońce oświetlające Ziemię. Rozciągłe źródło światła można także rozpatrywać jako zbiór punktowych źródeł światła.

[Ilustracja 1]

Uczniowie zapoznają się z geometryczną metodą ilustrującą powstawanie obszaru cienia.

Światło natrafiając na nieprzezroczystą przeszkodę, zostaje przez nią zatrzymane, a za przeszkodą powstaje cień np. na ścianie budynku za oświetloną źródłem punktowym kolumną powstaje cień. Aby lepiej zrozumieć jego powstawanie, warto przeanalizować geometryczne wyjaśnienie na rysunkach przedstawiających zarówno widok przestrzenny, z góry jak i na wprost.

[Ilustracja 2]

Uczniowie badają zależność rozmiaru cienia od wzajemnego położenia źródła światła, przedmiotu oraz ekranu.

Polecenie 1

Za pomocą apletu zbadaj, jak zmienia się rozmiar cienia w zależności od położenia względem siebie źródła światła, przedmiotu oraz ekranu.

Które zdania są prawdziwe?

Cień staje się większy, gdy:
1. Przybliżamy przedmiot do ekranu.
2. Przybliżamy przedmiot do źródła światła.
3. Przybliżamy ekran do przedmiotu.
4. Odsuwamy ekran od przedmiotu.
5. Przybliżamy źródło światła do przedmiotu.
6. Odsuwamy źródło światła od przedmiotu.

[Geogebra aplet 1]

Uczniowie zapoznają się z geometryczną metodą ilustrującą powstawanie obszaru cienia w przypadku rozciągłego źródła światła.

Polecenie 2

Za pomocą apletu zbadaj, jak wygląda cień przedmiotu, w zależności od liczby użytych źródeł punktowych.

Wyjaśnij mechanizm powstawania obserwowanych cieni.

[Geogebra aplet 2]

Definicja:
Rozciągłe źródło światła można rozpatrywać jako zbiór punktowych źródeł światła.

W przypadku rozciągłego źródła światła tworzą się dwa obszary cienia.

Cień całkowity to obszar, do którego nie docierają promienie świetlne.

Półcień to obszar, do którego dochodzi część światła ze źródła.

Uczniowie ćwiczą przeprowadzanie geometrycznego konstruowania cienia.

Polecenie 3

Jak wygląda cień kolumny oświetlonej dwoma źródłami punktowymi? Wykonaj odpowiedni rysunek cienia widzianego z góry oraz na wprost.

[Ilustracja 3]

Rozwiązanie:

[Ilustracja 4]

Uczniowie zapoznają się z geometryczną metodą ilustrującą powstawanie obszaru cienia Ziemi.

Polecenie 5

Wykonaj rysunek przedstawiający Słońce oraz Ziemię. Słońce jest znacznie większe od Ziemi, czyli jest źródłem rozciągłym. Narysuj obszar znajdujący się za Ziemią, do którego nie trafiają promienie słoneczne (obszar cienia) oraz obszar, do którego promienie trafiają tylko z części powierzchni Słońca (obszar półcienia).

[Ilustracja 5]

Uczniowie obliczają długość cienia rzucanego przez budynek.

Polecenie 6

Budynek rzuca cień o długości 20 m. Człowiek o wzroście 1,8 m stojący obok budynku rzuca cień o długości 2,5 m. Jaką wysokość ma budynek?

Wskazówka:
Skorzystaj z podobieństwa trójkątów.

[Ilustracja 6]

Podsumowanie lekcji

Półcień powstaje wtedy, gdy mamy do czynienia z nieprzezroczystym przedmiotem oświetlanym rozciągłym źródłem światła. Cień bez półcienia, czyli cień całkowity, powstaje tylko wówczas, gdy nieprzezroczysty przedmiot oświetlony jest punktowym źródłem światła.