Proef 2M-5.4a Een knik in een lichtstraal

3 december

Doel van de proef: de leerlingen weten wat lichtbreking is. Ze kennen de hoek van inval i en de hoek van breking r. Ze weten dat licht naar de normaal toe gebroken wordt als een lichtstraal van lucht naar glas (of naar water) gaat. Ze weten ook dat de hoek van breking r groter wordt als de hoek van inval i toeneemt.

Voorkennis: Leerlingen weten dat licht zich rechtlijnig voortplant vanuit een lichtbron. Ze weten wat spiegelende terugkaatsing is. Ze kennen de normaal op een oppervlak en weten wat bedoeld wordt met de hoek van inval i. Ze weten uit de wiskunde dat een lijn door het middelpunt van een cirkel loodrecht staat op de raaklijn aan de cirkel in het punt waar de lijn de cirkel snijdt.

Benodigdheden:

  • Recht glas water met een rietje (of recht staafje) erin

Uit de optiekset (in de lestrolley)

  • Lichtkastje met voorzet lens (die maakt de lichtbundel evenwijdig)
  • Plaatje met één spleet
  • Halfrond stuk perspex
  • Papier met cirkel-gradenboog (liefst een kopie waarop getekend kan worden)
  • Vier ronde magneten

Doe deze proeven in een zoveel mogelijk verduisterd lokaal of op een donkere (regen)dag.

Uitvoering

Het gebroken rietje. Laat de leerlingen, als oriënterende proef, vanaf de zijkant en van bovenaf naar het rietje in het glas water kijken: het lijkt wel of het rietje aan het wateroppervlak gebroken is. ‘Ligt dit aan het rietje of aan het licht?’ Noem dit verschijnsel ‘breking van het licht’, het onderwerp van deze proef.

Breking van lucht naar glas. Maak de opstelling zoals op de foto hieronder.

Het is belangrijk dat het midden van de vlakke kant van het halfronde stuk perspex precies in het midden van de gradenboog geplaatst wordt. En de lijn die van 0o naar 180o loopt moet de normaal op die vlakke kant vormen.

Richt de lichtstraal uit het lichtkastje op het genoemde midden van het perspex. Geef aan dat de hoek die de invallende straal met de normaal maakt de hoek van inval i is.

Wijs op de breking van de lichtstraal aan het vlakke perspex oppervlak. Maar aan het ronde oppervlak treedt geen breking op. Geef de hoek van breking r aan en laat zien dat die kleiner is dan de hoek van inval.

Maak de hoek van inval nu groter en laat zien dat de hoek van breking ook groter wordt. Maak de hoek van inval ook kleiner, laat zien dat de hoek van breking ook kleiner wordt totdat de hoek van inval 0 is: de hoek van breking is dan ook 0. (Nu kun je vertellen dat de hoek van inval aan de ronde kant 0 is omdat de lichtstraal precies volgens de straal van de cirkel loopt. De hoek van breking is dan ook 0: geen breking)

Geef als conclusie dat de lichtstraal naar de normaal toe gebroken wordt als die van lucht naar perspex gaat. En dat de brekingshoek minder toeneemt dan de hoek van inval toeneemt.

Breking van glas naar lucht. Herhaal de proef, maar laat de lichtstraal dan op de bolle kant van het perspex invallen naar het midden van de vlakke kant. Beargumenteer dat de lichtstraal die van perspex naar lucht gaat, van de normaal af gebroken wordt.

Breking van licht in water. Voor deze proef moet je de onderdelen van de opstelling tegen een metalen kast of bord kunnen ‘plakken’. Je hebt ook het waterbakje uit de optiekset nodig. Vul dat met water. Richt de lichtstraal op het oppervlak van het water, zoals op de foto. Daarmee is de breking op de overgang van lucht naar water zichtbaar te maken. De hoek van inval en van breking kunnen opgemeten worden.

Leswerk