A fizika tanítása

VÁZLAT EGY BEMUTATÓ ÓRÁHOZ

Tantárgy:        fizika
Előadó:          Dobó László
Iskola:           Október 10. Általános Iskola, Horgos
Helyszín:        Jovan Jovanović Zmaj Általános Iskola, Magyarkanizsa
Rendezvény:  GENIUS a tehetséges diákokért, XIV. fizika-kémia tehetséggondozó diáktábor
Szervező:      Vajdasági Magyar Pedagógusok Egyesülete
Időpont:         2012.12.7.

A bemutató óra témája:
LASER POINTER ALKALMAZÁSA AZ OPTIKA OKTATÁSÁBAN

Az óra típusa: ismétlés, begyakorlás
Oktatási szint: a megtanult tananyag alkalmazása
Az oktatás formája: frontális
Az oktatás módja: demonstrációs
Felhasznált oktatási eszközök: Green Laser Pointer (Wave length 532 nm, max. output Power < 100 mW), üvegedények, víz, tej (completta), sík- és gömbtükör, CD lemez, gyűjtő- és szórólencsék, optikai korong, optikai kábelnyaláb, prizma, különböző színű üveglemezek, kis permetező.

Célok és feladatok:
- az optikai törvényszerűségek és jelenségek könnyebb megértése,
- a már hallott tananyag mélyebb elsajátítása,
- az optikai eszközök gyakorlati alkalmazásának bemutatása,
- a lézerfény, mint új oktatási eszköz felhasználásának népszerűsítése.

Az óra bevezető része: A már korábban tanult fénytani alapfogalmak átismétlése. Mi a fény? Mi az, amit látunk? Csak a visszaverődő fényt látjuk. Mit tudunk a lézerekről? Kezdetben drága rubinlézerek voltak, majd másfajta lézerek is megjelentek, pl. a széndioxid lézerek. Ma itt a lézerdióda kollimált (közel párhuzamos sugarakból álló) fényét láthatjuk. Emlékeztetni kell a jelenlévőket arra, hogy a fény különleges mozgás a temészetben. A fény terjedése vákuumban a lehető legnagyobb mozgási sebesség, melynek értéke nem függ sem a szemlélő, sem a forrás sebességétől.

Az óra fő része: Elsötétített teremben bemutatjuk a lézerfényt levegőben. Amikor a fénnyaláb útjába porlasztóval vízcseppeket permetezünk, akkor a fénysugarak jobban láthatók, mert visszaverődnek a cseppekről. Itt zöld színű (532 nm hullámhosszú) lézerfényt használunk. Az ember szeme a zöld színre a legérzékenyebb.

Kísérletek

1. A fényvisszaverődés törvényei:
Szükséges eszközök: üvegkád, víz (tegyünk bele néhány csepp tejet vagy egy csipetnyi tejport, jobban fog látszani a fény útja), tükör, lézer.

Az üveg aljára síktükröt teszünk, majd vizet öntünk bele. Felülről nagy beesési szög alatt lézerfénnyel rávilágítunk a tükörre. A fénynyaláb a levegőből a vízbe jut, miközben megtörik, majd a síktükörről visszaverődik, és újra megtörik, amikor a vízből kilép a levegőbe. Jól látható a fénytörés és a fényvisszaverődés jelensége. A síktükörről visszaverődő fénysugár a mennyezeten egy fényes pontként mutatkozik.

2. A fényvisszaverődés fajtái:
Szükséges eszközök: Az előző kísérlet eszközei mellett szükség van még egy vízzel telt kádra, melynek aljára egy CD lemezt teszünk.
Amikor a CD lemezt világítjuk meg fénynyalábbal, akkor több visszaverődő fénysugár figyelhető meg, melyek a mennyezeten több fénylő pontot jelenítenek meg.

3. Fénytörés és teljes fényvisszaverődés:
Szükséges eszközök: vízzel telt üvegkád, optikai kábelnyaláb, lézer.
A levegőből a vízbe nagy beesési szög alatt érkező fénysugár megtörik a két közeg határához érve, és kisebb szög alatt halad a vízben.
Az üvegkád odalán keresztül a víz felszíne felé induló lézerfény visszavérődik a víz és a levegő határfelületéről.
A meghajlított műanyag zsinórnyaláb irányítja a fénysugarakat. Alkalmazása a távközlésben (optikai szálak).

4. Fényvisszaverődés gömbtükröknél:
Szükséges eszközök: meghajlított aluminium lemez, optikai korong, lézer.
Az optikai korongra, vagy a vízbe tesszük a meghajlított alumínium lemezt. Ügyelünk arra, hogy a fénysugár először párhuzamosan haladjon az optikai főtengellyel, majd pedig a fókuszponton haladjon keresztül. A lemezt megfordítva homorúból domború gömbtükröt kapunk.

5. Fényvisszaverődés, elnyelődés, fénytörés:
Szükséges eszközök: színtelen átlátszó üveglap, sötét színű üveglap, lézer.
Egy üveglemezt világítunk át a lehető legnagyobb beesési szöggel úgy, hogy a visszaverődő és a megtört sugár falra vetődő fénypontjai közel kerüljenek egymáshoz. Ekkor a két fénypont csaknem egyforma erősségű. Hasonló kísérletet végzünk a sötét üveglappal is. Azt láthatjuk, hogy a keresztülhaladó sugár fénypontja gyengébb, mert az áthaladó fény egy része elnyelődik.

6. Fénytörés prizmán:
Szükséges eszközök: derékszögű fénytani prizma, optikai korong, lézer.
Az optikai korongra erősített prizmára nagy beesési szöggel fényt bocsátunk. Látszani fog a fényelhajlás jelensége. Ha viszont a fényt a prizma alapjához képest merőlegesen indítjuk, kétszeri teljes visszaverődés után a beesési sugárhoz viszonyítva párhuzamosan tér vissza.

7. Fénytörés fénytani lencsén:
Szükséges eszközök: lencsék 200 mm és –100 mm fókusztávolsággal, lencsekeresztmetszetek, lézer.
Először az optikai korongon lencsekeresztmetszetekkel bemutatjuk a fénytörést a gyűjtő- és a szórólencsén. Rámutatunk a fókuszpontokra.
Ezután valódi lencséken engedjük át a fényt. Szórólencse esetén a falon egy kb.10 cm-es átmérőjű fénykorongot láthatunk a szóródás miatt. Meglepő esemény lesz az, hogy a gyüjtőlencsén átengedett fény is ugyanilyen korongot hagy. Ez azért van, mert a fal távolabb van, mint a fókuszpont, és az után a sugarak ismét szétszóródnak.

Az óra befejező része: A lézer végére rácsavarjuk a rácsot, és emiatt a fénye sok sugárra osztódik. Vigyázzunk arra, hogy a lézerfény ne jusson a szemünkbe. A szem azokat az elektromágneses hullámokat érzékeli, amellyek által a növények a fotoszintézist végzi.
Fel lehet tenni a következő kérdéseket:
- Mennyi idő kell a fénynek ahhoz, hogy a Földről a Holdra érjen?
- Mi mindenre használják a lézert?