Proef 2M-5.5a Beeldvorming bij een positieve lens

3 december

Doel van de proef: de leerlingen weten dat je met een positieve lens een afbeelding (‘beeld’) van een ‘voorwerp’ op een scherm kan maken. Ze weten dat dat beeld op het scherm omgekeerd staat. Ze kunnen bij een positieve lens ook aangeven of ze een reëel of een virtueel beeld zien.

Voorkennis: de leerlingen kennen de convergerende werking van een positieve lens. Ze weten dat een voorwerp dat licht ontvangt uit de omgeving, dat licht uitzendt door diffuse terugkaatsing van het licht dat erop valt.

Benodigdheden:

  • Een loep en/of de ronde bolle glazen lens uit de lestrolley (f = 5 cm)
  • Witte oppervlakken (muur en A4’tje) die als scherm gebruikt kunnen worden
  • Liniaal of meetlat
  • Zo mogelijk: enkele positieve brillenglazen (liefst geen astigmatische)

 

Uitvoering 1: reëel beeld. Neem de lens en/of de loep en maak een afbeelding van de ramen van het klaslokaal op de muur. Of beeld de lampen van het plafond van het lokaal af op een wit A4’tje op een tafel. Houd daartoe de glazen lens op ca. 7 cm voor het scherm (de loep wat meer) en beweeg die van en naar het scherm totdat er een scherpe afbeelding op het scherm ontstaat. Omdat de brandpuntsafstand van de glazen lens klein is, is de afbeelding ook klein en moeilijk vanuit de klas te zien. Een loep met een grotere brandpuntsafstand geeft een groter beeld.

De afbeelding van het gebouw op de muur staat op zijn kop. In de weerspiegeling van het gebouw op de lens staat het gebouw rechtop.

Maak ook een afbeelding van een lichtgevend voorwerp (een figuurtje of een leerling in de zon, een kaars) dat vrij dichtbij de lens staat. Laat in alle gevallen zien dat het beeld omgekeerd is. Geef aan wat het voorwerp is en wat het beeld is. Geef ook aan wat bedoeld wordt met de voorwerpsafstand v en de beeldafstand b. Laat kwalitatief zien dat de beeldafstand b afhangt van de voorwerpsafstand v: een voorwerp met voorwerpsafstand v tussen f en 2f wordt vergroot afgebeeld. Als v>2f is de afbeelding verkleind. Hoe groter v, hoe kleiner de afbeelding. (Introductie van de formule komt pas later). Laat ook zien dat je geen beeld meer krijgt als je de voorwerpsafstand te klein maakt (in de buurt van de brandpuntsafstand f of kleiner).

Herhaal deze proef zo mogelijk met andere positieve lenzen/brillenglazen. Laat zo mogelijk de leerlingen met een positieve lens spelenderwijs afbeeldingen maken.

Uitvoering 2: virtueel beeld. (a) Laat de leerlingen op een armlengte afstand door de lens heen kijken naar een voorwerp dat op wat grotere afstand van de lens staat. Ze zien dan (het beeld van) de omgeving verkleind en ondersteboven. Dat beeld ligt aan dezelfde kant van de lens als het voorwerp, de omgeving zelf. Het is een virtueel beeld: je kunt dat niet opvangen op een scherm.

(b) laat de leerlingen de positieve lens ook als een loep gebruiken. Houd de ‘loep’ of kleine afstand (v < f) van het voorwerp, bijvoorbeeld de letters in een boek. Ze zien het voorwerp dan rechtopstaand en vergroot. Ook dat is een virtueel beeld, want de vergrote letters (het beeld) staan aan dezelfde kant van de lens als de letters zelf (het voorwerp).

Praktische aanwijzingen

Het is de moeite waard om een aantal positieve lenzen in de klas te hebben en de leerlingen er een in de hand te geven. Goedkope loepen zijn te vinden in speelgoedzaken of bouwmarkten. Glazen uit oude brillen met positieve lenzen zijn ook goed bruikbaar. Vraag de opticien ernaar!

Sommige brillenglazen zijn astigmatisch. Dat wil zeggen dat de brandpuntsafstand in de ene richting anders is dan in de richting daar loodrecht op. Glazen die sterk astigmatisch zijn, zijn wat minder goed bruikbaar omdat als je een scherpe afbeelding in de lengte hebt, de breedte onscherp is.

Didactische aanwijzingen

Beeldvorming in lenzen is een moeilijk onderwerp voor leerlingen. De formele behandeling ervan, met de formule en met de constructiestralen, gaat pas voor hen leven als ze de beeldvorming gezien hebben en begrijpen waar het over gaat. Als lenzen in verband gebracht worden met hun toepassingen, zoals de lens in een fototoestel of projector (reëel beeld) of het gebruik van een loep (virtueel beeld). Het ‘spelen’ met lenzen is dus heel belangrijk voor de begripsvorming.

Bij het leren over beeldvorming zitten een aantal leerlingdenkbeelden een goed begrip vaak in de weg. Bijvoorbeeld: Leerlingen

maken geen onderscheid tussen het voorwerp en het beeld

denken dat het beeld in het brandpunt staat

hebben het idee dat er alleen een beeld gevormd wordt als het op een scherm wordt opgevangen

denken dat de helft van het beeld wegvalt als je de lens half bedekt (in werkelijkheid blijft het hele beeld aanwezig, maar halveert de intensiteit van het licht).

Leswerk