Practicum: schaduwen
Onderwerp: Optica
Algemene beschrijving
Omschrijving
Bij dit practicum passen de leerlingen toe wat ze hebben geleerd over het maken van stralendiagrammen op schaduwen. In eerdere lessen (01 Demo licht en 02 Oefenles stralendiagrammen) hebben licht gemodelleerd als deeltjes die zelf onzichtbaar zijn en die in rechte lijnen bewegen. Ze passen het dit model toe om te verklaren:
- hoe schaduwen ontstaan
- hoe schaduwen veranderen als je het object voor de lichtbron verplaatst.
- hoe schaduwen veranderen als er meer lichtbronnen zijn
- wat er gebeurt als de lichtbron uitgebreid is (zoals een tl-balk).
Leerdoelen
- Leerlingen kunnen uitleggen hoe een schaduw ontstaat
- Leerlingen kunnen een stralendiagram gebruiken om te voorspellen waar een schaduw van een object terecht zal komen en hoe deze zal veranderen bij het verplaatsen van het object of de lichtbron.
Bij een les langer dan 50 minuten of bij twee lessen:
- Leerlingen kunnen uitleggen wat er wordt bedoeld met de begrippen kernschaduw en halfschaduw.
- Leerlingen kunnen met een stralendiagram laten zien hoe kern- en halfschaduw ontstaan.
Voorkennis
- Leerlingen kunnen zich lichtstralen voorstellen als een stroom deeltjes die kunnen weerkaatsen tegen voorwerpen.
- Leerlingen kunnen lichtstralen weergeven in een stralendiagram.
Benodigdheden
- Kaartje* met knijper
- Spanningskastje
- Twee snoertjes
- Twee lampjes
- Zaklamp
- Klein whiteboard (als projectiescherm). Indien niet aanwezig kan de schaduw ook op de muur worden geprojecteerd.
- Groot whiteboard (voor stralendiagrammen)
*Kaartjes
Een klein kartonnen kaartje is voldoende. Met een wasknijper kun je zorgen dat het kaartje rechtop blijft staan. Eventueel kunnen leerlingen ook hun eigen spullen uit hun tas of etui gebruiken, als ze niet te groot zijn.
*Lichtbron
Belangrijk is dat de lichtbron zo goed mogelijk puntvormig is. De fietslampjes die vaak gebruikt worden in een elektriciteitspracticum voldoen hier prima aan. Het lampje van een telefoon is vaak ook prima. Zaklampen hebben vaak een reflector, waardoor het een uitgebreidere lichtbron wordt. Dit geeft een wazige schaduw, terwijl je op grond van het model een scherpe schaduw verwacht. Anderen bestaan uit meerdere led lampjes, waardoor de schaduw ook wazig wordt. Je kan dit oplossen door een stukje karton met een gaatje voor de lamp te zetten. Als je naar uitgebreide bronnen gaat kijken, dan haal je het karton weer weg.
Klassikale introductie van het practicum
- Maak alvast groepjes van drie leerlingen. Zorg dat ieder groepje een whiteboard heeft.
- Sluit een lampje aan en zet een kaartje met een knijper voor het lampje. Vang de schaduw op op een whiteboard.
- Vraag de klas hoe de schaduw ontstaat.
- Vraag de klas om de situatie weer te geven in een stralendiagram. Herinner ze aan de conventies (lichtstralen als rechte lijnen met pijlen, lichtbronnen met lichtstralen die ervandaan wijzen, gebruik een geodriehoek, etc.)
- Bespreek met de klas op wat voor manier je de schaduw kunt veranderen. Maak een lijst. Je komt uit op:
- object links/rechts schuiven
- object naar voren/naar achteren schuiven
- lichtbron links/rechts schuiven
- lichtbron naar voren/naar achteren schuiven
- Vraag de leerlinge om zelf te onderzoeken hoe al deze mogelijkheden de schaduw veranderen. Bij iedere situatie moeten ze een stralendiagram tekenen om te laten zien wat er verandert. Handige conventie: Een voorwerp of lichtstraal die verandert teken je met een stippellijn in de oude situatie en met gewone lijnen in de nieuwe situatie.
- Als je een les hebt die langer duurt dan 50 minuten, vraag de leerlingen dan om maar de helft van het whiteboard te gebruiken.
Uitvoering
- Het aansluiten van lampjes is geen leerdoel van dit practicum. Doe het voor of vraag de toa dit alvast voor de leerling in orde te maken.
- Leerlingen kunnen dit practicum, na de klassikale start, vrij zelfstandig uitvoeren. Wel hebben sommigen misschien nog moeite met de stralendiagrammen. Let scherp op de conventies.
- Als je een les hebt die langer duurt dan 50 minuten kun je na 10 minuten het practicum kort tussentijds bespreken. Vervolgens kun je de leerlingen wijzen op de schaduwen die tl-balken maken van de kaartjes. Deze zijn veel waziger. In een kort gesprek kun je ze richting het idee sturen dat het te maken heeft met dat de tl-balk veel breder is en dat ze dit kunnen testen door meer lichtbronnen naast elkaar te zetten. Dit kunnen ze doen door een paar extra lampjes parallel te schakelen (met hulp van docent en toa).
Organisatie (optioneel)
Tijdsplanning:
- 50 minuten voor een les over alleen het verschuiven van object en lichtbron. Dan nog 25 minuten voor een les over het ontstaan van half- en kernschaduw bij een uitgebreidere lichtbron.
- Als je lessen van 70/80 minuten hebt kan het in één les.
Klassenorganisatie
- Het tempo van leerlingen verschilt sterk. Hier kan je gebruik van maken. Leerlingen die verder zijn kun je vragen om te kijken wat voor schaduw de tl balken maken van het kaartje. Zij bespreken dan vervolgens bij het kringgesprek wat er gebeurt als de schaduw wordt gemaakt door een uitgebreidere lichtbron.
Inhoud kringgesprek
- Laat verschillende groepjes onder woorden brengen hoe de schaduw verandert bij verschillende situaties. Leerlingen vinden het soms lastig om dit met woorden uit te leggen, maar dat is een goede oefening voor ze. Je kan helpen door:
- De leerlingen te vragen om hun eigen bord te beschrijven.
- Af en toe kort te herhalen wat de leerlingen hebben gezegd.
- De leerlingen te parafraseren, zodat ze kunnen checken of wat ze wilde zeggen is overgekomen.
- Als leerlingen zijn die naar meerdere lichtbronnen hebben gekeken, laat ze dan vertellen hoe dat de schaduw verandert.
- Vraag ze wat er zou gebeuren als je nog meer lichtbronnen op een rij zet (bijvoorbeeld 10).
- Vraag ze naar het verband tussen veel losse lichtbronnen en één lange lichtbron, zoals een tl-balk.
- Werk toe naar een conclusie als: bij een uitgebreide lichtbron is er een gebied waar slechts een deel van het licht terecht komt (halfschaduw) en een gebied waar helemaal geen licht terecht komt (kernschaduw)
Inhoud logboek / reflectief schrijven (optioneel)
- Een uitleg in eigen woorden van hoe schaduwen ontstaan, met een voorbeeld stralendiagram.
- De conclusies van het kringgesprek.
