Ανδρέας Ιωάννου
Κασσέτας
ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ
Η
ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Διδακτικοί
στόχοι
Με τη διδασκαλία μας
επιδιώκουμε οι διδασκόμενοι
1.
Να αποδεχθούν την ιδέα ότι το λευκό φως
είναι σύνθετο
2. Να κατανοήσουν ότι σε κάθε διάθλαση του
φωτός συντελείται και ανάλυση,
εκτός εάν το φως είναι μονοχρωματικό
3. Να είναι σε θέση να ερμηνεύουν τη εκδήλωση του
φαινομένου
Μέθοδος
Διδασκαλία που ακολουθεί το διαδρομή
i. καθημερινή εμπειρία,
ii. οργανωμένη (εργαστηριακή ) εμπειρία,
iii. χρήση εννοιών.
iv .
ερμηνεία του φαινομένου
Εννοιολογικά εμπόδια
Κατά τη διάθλαση του
ηλιακού φωτός παρατηρείται εμφάνιση χρωμάτων. Το εμπειρικό αυτό γεγονός ωθεί τη
σκέψη στο
να δημιουργήσει την ιδέα
ότι «αλλάζει το χρώμα» αλλά και την ιδέα
ότι αλλάζουν όλα τα χαρακτηριστικά του φωτός.
2.
Κατά τη διάθλαση αλλάζουν όλα τα
χαρακτηριστικά του φωτός
Γνωσιακές προϋποθέσεις
Κάθε
διδασκόμενος οφείλει να γνωρίζει:
1. Ότι ο δείκτης διάθλασης
ορίζεται ως λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης και
διάθλασης και
είναι ίσος με τον λόγο των ταχυτήτων του φωτός στα δύο μέσα.
2. ότι κατά τη διάθλαση μονοχρωματικής ακτινοβολίας
η συχνότητα διατηρείται αναλλοίωτη
3. ότι η συχνότητα μιας μονοχρωματικής ακτινοβολίας
είναι το βασικό στοιχείο της ταυτότητάς της
και περιγράφει το χρώμα της
Απαραίτητα υλικά
Πηγή
λευκού φωτός, σύστημα φακών, πρίσμα, λευκό πέτασμα, υπολογιστής, ειδικό applet,
Διαδικασίες
Ο διδάσκων
1. Αναφέρεται, μέσα από δικές του περιγραφές, σε φαινόμενα της καθημερινής εμπειρίας κατά
τα οποία όταν το ηλιακό φως πέφτει σε γυάλινες σφαίρες, σε σαπουνόφουσκες, σε
βιτρό δημιουργούνται χρώματα. Επικαλείται και την εμπειρία του ουράνιου τόξου.
Θέτει το ερώτημα «πως θα μπορούσαμε να το ερμηνεύσουμε;»
2. Καταθέτει την ιδέα ότι μια αποτελεσματική μέθοδος για να
ερευνήσουμε το φαινόμενο είναι να χρησιμοποιήσουμε το πρίσμα προσθέτοντας ότι η
ιδέα «κατάγεται» από τον Isaac
Newton.
3. Τους
παρουσιάζει ένα πρίσμα και μία πηγή φωτός και καλεί τους διδασκόμενους να συνεργαστούν σε μία προσπάθεια αξιοποίησης
της ιδέας. Αναθέτει σε δύο από αυτούς να
μεριμνήσουν ώστε το φως της πηγής να προσπέσει στο πρίσμα με σκοπό να
διαπιστώσουν στην οθόνη τα χρώματα του φάσματος. Οι δύο μαθητές το επιχειρούν
και τα αποτέλεσμα είναι περίπου αποτυχία. Ο διδάσκων παρεμβαίνει και τους
συνιστά να χρησιμοποιήσουν σύστημα φακών και σωλήνα με σχισμή με συνέπεια να
κάνει την εμφάνισή του το φάσμα. Ο διδάσκων ζητεί από ένα μαθητή να κατονομάσει
τα έξι χρώματα του φάσματος με τη σειρά από το ερυθρό μέχρι το ιώδες.
4. Ο διδάσκων παρουσιάζει τις έννοιες και τις
ιδέες που απαιτούνται για την ερμηνεία του φαινομένου. Εστιάζει σε τέσσερις ιδέες:
ii. το λευκό φως είναι σύνθετο μια ιδέα του Νεύτωνα την
οποία ουδέποτε υιοθέτησε ο Γκαίτε
ii. όλες οι ακτινοβολίες χρώματα στο κενό (και
κατά προσέγγιση στον αέρα ) έχουν την ίδια ταχύτητα
iii. στο γυαλί κάθε ακτινοβολία χρώμα έχει μια
διαφορετική ταχύτητα
iv. η διαφορετική ταχύτητα οδηγεί σε
διαφορετική γωνία διάθλασης
Ο
συνδυασμός των τεσσάρων ιδεών οδηγεί στο συμπέρασμα ότι κατά τη διάθλαση για
κάθε ακτινοβολία η γωνία διάθλασης είναι διαφορετική. Σε κάθε διάθλαση το
σύνθετο φως αναλύεται. Κατά τη διάδοση μέσα στο γυαλί κάθε ακτινοβολία διαδίδεται κατά το «δικό της»
μονοπάτι για να διαθλαστεί στη συνέχεια, - χωρίς καμία άλλη ανάλυση - να εξέλθει από το γυαλί και να προσπέσει στη
λευκή οθόνη. Τονίζει επίσης ότι η ταχύτητα της κόκκινης ακτινοβολίας είναι
η
μεγαλύτερη από τις ταχύτητες των άλλων. Για να βοηθήσει στο να κατανοηθεί η
σχέση ταχύτητας διάδοσης της ακτινοβολίας και γωνίας διάθλασης γράφει στον
πίνακα τη σχέση ημπ/ημδ= c0/
c άρα
ημδ =
ημπ c/
c0 και τους ζητεί να αντικρίσουν την τελευταία σχέση ως συνάρτηση
με μεταβλητές τη γωνία διάθλασης δ και
την ταχύτητα c της ακτινοβολίας το γυαλί , τονίζοντας ότι
κατά την πρώτη διάθλαση οι τιμές των
c0 και π
είναι ίδιες για όλες τις ακτινοβολίες χρώματα
5. Ο διδάσκων καλεί στη συνέχεια τους μαθητές
να παρακολουθήσουν ειδικά επιλεγμένα applets.
Στο
δύο πρώτα από αυτά μπορεί κανείς να παρατηρήσει σχέδια με ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ,
σύμφωνα με το θεωρητικό σχήμα που παρουσιάστηκε
Ακόμα
πιο καθαρά φαίνεται στο παρακάτω applet
http://theory.uwinnipeg.ca/java/java/dispprizm/index.html
Στο επόμενο applet interactive μπορεί κανείς να μετακινεί την
πηγή του φωτός, να αλλάζει τη διαθλαστική γωνία του πρίσματος και τον δείκτη
διάθλασης και να παρατηρεί κάθε φορά την ανάλυση του φωτός είτε την εκτροπή μιας
μονοχρωματικής ακτινοβολίας
Σε άλλα παριστάνεται η
εκτροπή από ένα πρίσμα μιας
μονοχρωματικής δέσμης
http://www.explorescience.com/activities/Activity_page.cfm?ActivityID=51
[
Αξιολόγηση
Ο διδάσκων ζητεί από κάθε μαθητή
1. να κάνει ένα δικό του σχήμα στο οποίο να αναπαριστά την πορεία των φωτεινών ακτίνων κατά την εξέλιξη του φαινομένου και να καταγράψει τα έξι χρώματα με τη σειρά από το κόκκινο μέχρι το ιώδες
2. Μοιράζει το φυλλάδιο αξιολόγησης, το οποίο έχει ετοιμάσει, με ερωτήσεις κλειστού τύπου.
Με ποια από τα παρακάτω συμφωνείτε;
α.
Η πρώτη γωνία διάθλασης της ιώδους ακτινοβολίας είναι μικρότερη από την
αντίστοιχη της πράσινης.
β.
Η ταχύτητα της γαλάζιας ακτινοβολίας στο γυαλί είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα της κίτρινης.
γ.
Η κόκκινη ακτινοβολία παρουσιάζει τη μικρότερη εκτροπή
δ.
Η ταχύτητα της πορτοκαλί ακτινοβολίας στο κενό είναι μεγαλύτερη από την
ταχύτητα της ιώδους
ε.
Κατά τη δεύτερη διάθλαση της γαλάζιας ακτινοβολίας αυξάνεται η συχνότητά της
