FICHAS COMPLEMENTARIAS. REFLEXIÓN I.- DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES Para realizar las prácticas de óptica vas a usar: 1.- Banco óptico: es una base metálica sobre la que colocar los diferentes montajes. Tiene a) un rectángulo donde colocar el soporte de la fuente de luz b) una línea central que marca el eje óptico: todos los soportes deben estar alineados sobre ese eje c) una regla lateral que mide distancias d) 2.- Fuente de luz: es una lámpara de 12V que se debe conectar al transformador. La lámpara se coloca en el rectángulo del banco óptico y así conseguimos que el filamento de la bombilla coincida con el 0 de la regla lateral Eje óptico 3.- Lente de 50mm de foco: es una lente especial que se coloca delante de la lámpara y a 5 cm de ella. Transforma los rayos divergentes de la bombilla en rayos paralelos para poder medir correctamente ángulos y direcciones. 4.- Soportes para diafragmas, filtros y pantallas: son soportes de plástico que cuentan con dos ranuras provistas de unos flejes para sujetar los diafragmas (pantallas metálicas negras provistas de ranuras de diversas formas), los filtros de colores y las pantallas planas (translúcidas, blancas y con espejo). La figura muestra la forma correcta de colocarlos sobre el soporte. En su base cuentan con marcas para garantizar su correcta colocación: a) centrales para alinearlo correctamente sobre el eje óptico b) laterales para medir la distancia a la que se coloca la pieza Marca lateral: distancia sobre la regla Marca central: alineación sobre el eje óptico 4.- Disco de Hartl: disco graduado para medir ángulos. Cada semicírculo está graduado en ángulos simétricos con respecto al eje 0º - 180º. Sirve para medir los ángulos i de incidencia y r de salida del rayo de luz. El disco se inserta en un soporte y se puede girar en ambas direcciones. IMPORTANTE: Para colocarlo correctamente, el eje 0º-180º debe coincidir con el eje óptico y con el rayo de luz = un rayo que entre por el 0º debe recorrer el eje y salir por el 180º. Debes comprobar en cada observación la alineación. 5.- Espejos y lentes: se colocan sobre el disco, alineados con el eje 90º-90ºy sirven para estudiar el comportamiento de los rayos de luz al reflejarse o atravesar diversos objetos. C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 1 de 11
I.- REFLEXIÓN DE LA LUZ EN UN ESPEJO PLANO 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de una ranura colocado sobre un soporte, un segundo soporte, un disco de Hartl y un espejo plano 2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico b) el diafragma de una ranura a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, mueve con cuidado el soporte del disco hasta ajustarlo. 4.- Coloca el espejo plano sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineado. El montaje debe quedar como te muestra la figura. 5.- Gira el disco de Hartl en cualquiera de las dos direcciones. Observarás dos rayos de luz, el rayo incidente (i) y el reflejado (r). Rellena la siguiente tabla de datos y completa el dibujo b a) Angulos b) con colores diferentes colorea la trayectoria de los rayos que inciden con 0º, 30º y 60º Incidencia Reflexión i r 0º 15º 30º 45º 60º 75º 90º 6. Fórmula una ley que describa la trayectoria que sigue un rayo al reflejarse en un espejo plano: 7.- Sustituye el diafragma de una ranura por el de tres ranuras. Quita el espejo plano, comprueba que el rayo central discurre sobre el eje 0º-180º y coloca de nuevo el espejo. Gira el disco y describe lo que ocurre: a) Describe lo que observas b) Dibuja la trayectoria de tres rayos cualesquiera C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 2 de 11
I.- REFLEXIÓN DE LA LUZ EN UN ESPEJO CÓNCAVO 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de tres ranuras, un diafragma de ventana colocado vertical, un disco de Hartl y un espejo curvo. 2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico b) el diafragma de tres ranuras a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura central del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, mueve con cuidado el soporte del disco hasta ajustarlo. 4.- Coloca el espejo curvo sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineado y que su centro coincide con el eje central del disco. El montaje debe quedar como te muestra la figura. 5.- Observa la trayectoria que siguen los tres rayos. Dibújala en el siguiente esquema y describe lo que observas: a) Dibuja la trayectoria de los tres rayos b) Describe lo que ocurre: 6.- Gira el disco unos 10º-15º primero a la derecha y luego a la izquierda. Observa lo que ocurre y dibújalo: a) Girando º a la derecha b) Girando º a la izquierda c) Describe lo que ocurre: 7.- Sustituye ahora el diafragma de tres ranuras por el de ventana. Comprueba que el haz de luz discurre centrado en el eje 0º-180º y, si no fuera así, corrige la posición del disco. Realiza las mismas observaciones anteriores y dibújalas: a) Espejo perpendicular al rayo b) Girando el disco º a la derecha c) Girando el disco º a la izquierda 8.- Busca información sobre un uso concreto de espejos cóncavos y descríbelo brevemente en tu libreta C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 3 de 11
I.- REFLEXIÓN DE LA LUZ EN UN ESPEJO CONVEXO 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de tres ranuras, un difragma de ventana, un disco de Hartl y un espejo curvo. 2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico b) el diafragma de tres ranuras a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura central del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, mueve con cuidado el soporte del disco hasta ajustarlo. 4.- Coloca el espejo curvo sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineado y que su centro coincide con el eje central del disco. El montaje debe quedar como te muestra la figura. 5.- Observa la trayectoria que siguen los tres rayos. Dibújala en el siguiente esquema y describe lo que observas: a) Dibuja la trayectoria de los tres rayos b) Describe lo que ocurre: 6.- Gira el disco unos 10º-15º primero a la derecha y luego a la izquierda. Observa lo que ocurre y dibújalo: a) Girando º a la derecha b) Girando º a la izquierda c) Describe lo que ocurre: 7.- Sustituye ahora el diafragma de tres ranuras por el de ventana. Comprueba que el haz de luz discurre centrado en el eje 0º-180º y, si no fuera así, corrige la posición del disco. Realiza las mismas observaciones anteriores y dibújalas: a) Espejo perpendicular al rayo b) Girando el disco º a la derecha c) Girando el disco º a la izquierda C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 4 de 11
FICHAS COMPLEMENTARIAS. REFRACCIÓN V.- REFRACCIÓN DE LA LUZ EN UN VIDRIO SEMICIRCULAR 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de una ranura, un diafragma de tres ranuras, un disco de Hartl con su soporte y un vidrio semicircular 2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico b) el diafragma de una ranura a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, mueve con cuidado el soporte del disco hasta ajustarlo. 4.- Coloca el vidrio semicircular sobre el eje 90º-90º, centrado sobre el disco y perfectamente alineado. El montaje debe quedar como te muestra la figura. 5.- Observa la trayectoria del rayo de luz. Ahora, en vez de reflejarse, atraviesa el objeto. Vamos estudiar el ángulo de salida del rayo tras atravesar el vidrio. Gira el disco de Hartl en cualquiera de las dos direcciones. Observarás dos rayos de luz, el rayo incidente (i) y el refractado (r). Rellena la siguiente tabla de datos y completa el dibujo b. En el dibujo, marca solo la trayectoria del rayo incidente y del rayo de salida (refractado) y no hace falta que dibujes la trayectoria dentro del vidrio a) Angulos b) con colores diferentes colorea la trayectoria de los rayos que inciden con 0º, 30º, 45º y 60º. Incidencia Refracción i r 0º 15º 30º 45º 60º 75º 90º 6. Describe que ocurre con la trayectoria que sigue un rayo al atravesar el vidrio semicircular: 7.- Sustituye el diafragma de una ranura por el de tres ranuras, comprueba que el rayo central discurre sobre el eje 0º-180º describe lo que ocurre: a) Describe lo que observas b) Dibuja la trayectoria de tres rayos C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 5 de 11
V.- REFRACCIÓN DE LA LUZ: LAS LENTES (I) Las lentes son vidrios que usan las propiedades de la refracción para modificar la trayectoria de los rayos de luz. 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de tres ranuras, un diafragma de ventana colocado vertical, un disco de Hartl y tres lentes de diversas formas: Lente A: Lente B: Lente C:.2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico b) el diafragma de tres ranuras a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura central del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, mueve con cuidado el soporte del disco hasta ajustarlo. 4.- Coloca la lente A sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineada y que su centro coincide con el eje central del disco. El montaje debe quedar como te muestra la figura. Observa la trayectoria que siguen los tres rayos. Dibújala en el siguiente esquema y describe lo que observas: a) Dibuja la trayectoria de los tres rayos b) Describe lo que ocurre: 5.- Coloca la lente B sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineada y que su centro coincide con el eje central del disco. El montaje debe quedar como te muestra la figura. Observa la trayectoria que siguen los tres rayos. Dibújala en el siguiente esquema y describe lo que observas: a) Dibuja la trayectoria de los tres rayos b) Describe lo que ocurre: 6.- Hay dos tipos de lentes: convergentes y divergentes. De acuerdo con lo que has observado, completa esta tabla Tipo de lente: Es convergente / divergente Ya que (razona tu respuesta) Lente A: Lente B: C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 6 de 11
VI.- REFRACCIÓN DE LA LUZ: LAS LENTES (II) 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de tres ranuras, un diafragma de ventana colocado vertical, un disco de Hartl, una regla y tres lentes de diversas formas: Lente A: Lente B: Lente C:.2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico b) el diafragma de tres ranuras a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura central del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, muévelo hasta ajustarlo. 4.- Coloca la lente B sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineada y que su centro coincide con el eje central del disco. El montaje debe quedar como te muestra la figura. Observa la trayectoria que siguen los tres rayos. Dibújala en el siguiente esquema y mide la distancia en cm entre el centro de la lente y el punto donde se cortan los tres rayos. Ese punto es el foco de la lente. Repite esa operación con la lente C y dibuja y anota los resultados: a) Dibuja el punto de corte de los tres rayos de la lente B: Foco a cm b) Dibuja el punto de corte de los tres rayos de la lente C: Foco a cm 5.- A continuación te damos dos lentes imaginarias, una mas curvada que la lente B y otra menos curvada que la lente C. Comparando lo que ha ocurrido con las lentes del ejercicio anterior, imagina donde irían sus dos focos. a) Lente más curvada que la B: Foco a cm b) Lente menos curvada que la C: Foco a cm 6. Puedes establecer una regla que relacione el foco de una lente y la curvatura de la lente convergente: 7.- Si te da tiempo, repite la operación pero con el diafragma de ventana y comprueba que tus deducciones han sido correctas. C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 7 de 11
VII.- REFRACCIÓN DE LA LUZ: EL OJO HUMANO (I) 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de tres ranuras, un diafragma de ventana colocado vertical, un disco de Hartl, un modelo de ojo y lentes convergentes. 2.- El ojo humano (fig. 1) consta de una lente, el cristalino que enfoca las imágenes sobre la retina fotosensible que detecta luces y colores. El cristalino se puede acomodar para permitir enfocar imágenes más cercanas y más lejanas, pero a veces falla y no enfoca correctamente. El modelo de ojo (fig. 2) es una pieza de plástico que incorpora tres bordes curvados, que simulan el cristalino normal (N), y el cristalino de dos de los errores más comunes de nuestro ojo: el cristalino miope (M) y el hipermétrope (H). Observa el modelo y localiza las tres áreas. Describe como es la curvatura de cada uno de ellos: Indica que pasa con la curvatura en cada caso: a) El ojo hipermétrope es curvado que el normal Fig. 1 El ojo humano Fig 2. Modelo de ojo b) El ojo miope es curvado que el normal 3. Coloca por este orden sobre el banco óptico a) la fuente de luz en su rectángulo y la lente circular a 5cm (marca lateral) sobre el eje óptico (marca central) b) el diafragma de tres ranuras a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) c) un soporte para el disco de Hartl a 19 cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura central del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, muévelo hasta ajustarlo. 4.- Coloca el modelo de ojo orientando el ojo normal sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineada y que su centro coincide con el eje central del disco. El montaje debe quedar como te muestra la figura. 5.- Observa la trayectoria que siguen los tres rayos y donde se cortan. Dibuja lo que observas y descríbelo: a) Dibuja la trayectoria de los tres rayos b) Describe lo que ocurre: 6.- Si te da tiempo, repite la operación pero con el diafragma de ventana y comprueba que tus deducciones han sido correctas. C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 8 de 11
VIII.- EL OJO HUMANO: EL OJO HIPERMÉTROPE 1.- Repite la misma instalación que en la práctica anterior, pero ahora coloca alineado sobre el eje 0º-180º el centro del ojo hipermétrope. Dibuja la trayectoria de los rayos (a), observa la que ocurre y descríbelo (b): b) a) 2.- Coloca ahora delante del ojo la lente convergente. Colócala perpendicular a los rayos y centrada enfrente del ojo. Acércala y aléjala del ojo, observa la que ocurre y descríbelo: b) 3.- Si te da tiempo, repite la operación pero con el diafragma de ventana y comprueba tus deducciones IX.- EL OJO HUMANO: EL OJO MIOPE 1.- Esta actividad debes hacerla en casa. El ojo miope tiene un defecto contrario al del hipermétrope. Basándote en todo lo que has investigado y descubierto sobre las lentes, y teniendo en cuenta la curvatura del ojo miope a) Dónde se cruzarían los rayos en este caso? Haz un dibujo (a) y describe lo que observarías (b): b) a) b) Con qué lente se podría corregir? Haz un dibujo y justifica tu respuesta: b) a) C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 9 de 11
X.- LA DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ: EL PRISMA ÓPTICO Si has observado con detalle las prácticas anteriores, a lo mejor has observado ya este fenómeno. 1.- Necesitamos el banco óptico, una fuente de luz, una lente circular (f = 50 mm), un diafragma de una ranura, un diafragma de ventana colocado vertical, un disco de Hartl, una pantalla blanca y un prisma triangular. 2.- Coloca por este orden sobre el banco óptico a) la fuente de luz en su rectángulo y la lente circular a 5cm (marca lateral) sobre el eje óptico b) el diafragma de una ranura a 10cm (marca lateral) y ajustado sobre el eje óptico (marcas centrales) 3.- Enciende la lámpara y coloca el disco de Hartl sobre su soporte. Comprueba que el rayo de luz que sale de la ranura central del diafragma está alineado con el eje 0º - 180 del disco. Si no fuera así, mueve con cuidado el soporte del disco hasta ajustarlo. 4.- Coloca prisma con un lado situado sobre el eje 90º-90º del disco. Comprueba que está perfectamente alineado y que su centro coincide con el eje central del disco. Coloca la pantalla de forma que se sitúe enfrente del ángulo 120º - 150º. El montaje debe quedar como te muestra la figura. 5.- Gira el disco en sentido de las agujas del reloj lentamente y observa lo que ocurre. Cuando llegues a los 45º empezarás a observar un fenómeno sobre la pantalla blanca. Observa la trayectoria que sigue el rayo de luz dentro del prisma y lo ocurre cuando sale del prisma. Dibújalo en este esquema y describe lo que observas: a) Dibuja la trayectoria del rayo y lo que ves en la pantalla: b) Describe lo que ocurre: Pantalla blanca 6.- El fenómeno se puede invertir. Para ello debes colocar paralelo a este prisma un segundo prisma un poco desplazado y separado de él. Mueve la pantalla hasta encontrar el rayo de luz que los atraviesa y describe lo que ha ocurrido a) Dibuja la trayectoria del rayo b) Describe lo que ocurre: 7.- Conoces algún fenómeno de la naturaleza que sea parecido? Descríbelo C. NATURALES 2º ESO ÓPTICA Página 10 de 11
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