Odbicie i załamanie światła

Zagadnienia

• Prawo Snelliusa
• Załamanie
• Odbicie
• Optyka
• Pryzmaty
• Soczewki
• Światło

Opis

Zbadaj zmianę kierunku biegu światła na granicy dwóch ośrodków, o różnych współczynnikach załamania. Zobacz, jak zmiana ośrodka z powietrza na wodę czy szkło, zmienia kąt załamania. Pobaw się pryzmatami o różnych kształtach i twórz tęcze.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Wyjaśnij, w jaki sposób światło załamuje się na granicy pomiędzy dwoma ośrodkami i co określa kąt załamania.
• Zastosuj Prawo Snelliusa do wiązki światła laserowego, padającego na granicę dwóch ośrodków.
• Opisz w jaki sposób prędkość i długość fali światła zmienia się w różnych ośrodkach.
• Opisz wpływ zmiany długości fali na kąt załamania.
• Wyjaśnij powstawanie tęczy, po przejściu światła białego przez pryzmat.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Prawo Snelliusa (Wikipedia)
• Równania Fresnela (Wikipedia)
• Interaktywny wstęp do transformaty Fouriera (AGH)
• Natura światła (OpenStax)
• Optyka geometryczna (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Ekran Wstęp (link bezpośredni)

Zbadaj załamanie światła pomiędzy dwoma ośrodkami o różnych współczynnikach załamania światła.

Ekran Pryzmaty (link bezpośredni)

Baw się pryzmatami o różnych kształtach i z różnych materiałów oraz badaj dyspersję światła białego.

Ekran Więcej narzędzi (link bezpośredni)

Kontroluj długość fali światła i badaj, jak załamuje się ono na granicy dwóch ośrodków, korzystając z miernika natężenia, prędkościomierza i detektora fal.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Odbicie i załamanie światła jeśli chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/bending-light_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/bending-light_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Parametr query i opis	Przykłady
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=3
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Uczniowie bez doświadczenia w analizie Fouriera lub mechanice kwantowej mogą się wiele nauczyć z pierwszych dwóch ekranów. Trzeci ekran zwykle wymaga więcej wskazówek.
• Uczniowie często mylą funkcje przestrzeni i czasu i używają terminów "długość fali" i "okres" zamiennie. Możliwość przełączania się między tymi dwoma terminami (lub stosowania obu z nich) oraz korzystanie z narzędzi długości fali i okresu pomaga im lepiej je rozróżniać.
• Uczniowie często myślą, że długość fali i okres są właściwościami konkretnego miejsca na wykresie. Przesuwanie narzędzi długości fali i okresu może pomóc im zobaczyć, że tak nie jest.

Uproszczenia / założenia modelu

• Istnieje wiele rodzajów szkła; zastosowano współczynnik załamania 1,50 (przy 650 nm).
• Natężenia są obliczane przy założeniu równoległej spolaryzowanej wiązki padającej.
• Podczas pokazywania wielu odbić na ekranie Pryzmatów, promienie świetlne kończą się po 50 odbiciach/załamaniach, aby zapewnić obliczalność.
• Współczynnik załamania zależy od prędkości, z jaką światło przemieszcza się przez ośrodek. To zachowanie jest dokładnie modelowane w tej symulacji, ale może być łatwiejsze do zaobserwowania na ekranie Więcej narzędzi z włączoną opcją Kąty.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Czy odbicie i załamanie światła zależy od koloru? Jakie masz na to dowody?
• Wyjaśnij, co dzieje się z falą, gdy wchodzi do ośrodka o wyższym współczynniku załamania światła.
• Oszacuj współczynnik załamania światła tajemniczych materiałów. Wyjaśnij swoją procedurę.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Odbicie i załamanie światła tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).