Øvelser 10. KlasseCenter Vesthimmerland Kaj Mikkelsen

Transkript

1 Indhold Bølgeegenskaber vha. simuleringsprogram... 2 Forsøg med lys gennem glas... 3 Lysets brydning i et tresidet prisme... 4 Forsøg med lysets farvespredning... 5 Forsøg med lys gennem linser... 6 Langsynet eller nærsynet - briller... 7 Forsøg med reflektion i et plant spejl... 8 Forsøg med reflektion vha. hule spejle... 9 Beregning af lysets bølgelængde Polarisering af lys Lysets brydning i vand Atomer og lys. (Flammefarver) Energien i brintatomets baner Beregning af energien i brintatomets stationære tilstande Sammenhængen mellem brints linjespektrum og atomets anslåede tilstand Brint har mange spektrallinier

2 Bølgeegenskaber vha. simuleringsprogram Gå ind på com.dk/fysik og vælg "SIMULERINGER", du bliver nu sendt videre til en anden hjemmeside. Vælg evt. sproget dansk nederst på siden. Vælg lyd og bølger under menupunktet simuleringer tv. i menuen KLIK på ikonet Lyd og du får nu mulighed for at køre/downloade simuleringen Lyd. Du skal nu vha. dette lille program vise de tre bølgeegenskaber, der jo gælder for alle bølger som f.eks. vandbølger, lydbølger og lysbølger. 1. Skriv den 1. bølgeegenskab: Beskriv kort, hvordan du viser den vha. computeren 2. Skriv den 2. bølgeegenskab: Beskriv kort, hvordan du viser den vha. computeren 3. Skriv den 3. bølgeegenskab: Beskriv kort, hvordan du viser den vha. computeren 2

3 Forsøg med lys gennem glas Opstil lysboksen med en enkeltspalte. Lysboksen stilles på et stykke hvidt papir, så du klart og tydeligt kan se lysstrålen. Undersøg nu, hvordan lysstrålen bevæger sig gennem den rektangulære glas- klods og brug papiret til at tegne indfalds- strålen, lysstrålen i glasklodsen, og udfaldsstrålen. Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) evt. vinkelmåler blankt, hvidt papir Kan man konkludere noget ud af, hvordan lysstrålen opfører sig i glasklodsen? Kan man konkludere noget om indfaldsstråle og udfaldsstråle? Prøv at lege med forskellige opstillinger med glasklodsen. Fx stor indfaldsvinkel, lille indfaldsvinkel, flere klodser osv. Skriv nedenfor noget om, hvad I finder ud af. 3

4 Lysets brydning i et tresidet prisme Opstil lysboksen med en enkeltspalte. Lysboksen stilles på et stykke hvidt papir, så du klart og tydeligt kan se lysstrålen. Undersøg nu, hvordan lysstrålen bevæger sig gennem det tresidede prisme. Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) blankt, hvidt papir Lad lysstrålen ramme det tresidede prisme som vist herunder og indtegn på papiret, hvordan strålen bevæger sig i og udenfor prismet. Hvilke farver består det hvide lys af, og hvordan får du farverne frem (forklar og tegn): 4

5 Forsøg med lysets farvespredning Opstil lysboksen med en enkeltspalte. Lysboksen stilles på et stykke hvidt papir, så du klart og tydeligt kan se lysstrålen. Brug det tresidede prisme til danne et spektrum af regnbuens farver på et stykke hvidt papir, der holdes lodret (skærm) eller buk kanten op i enden af papiret. Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) blankt, hvidt papir Hvilke farver har lyset (skrives i rækkefølge)? Hvilken farve afbøjes mest? Jo kortere bølgelængde, jo mere afbøjes lyset - hvilken farve har den korteste bølgelængde? Hvilken farve har den længste bølgelængde? 5

6 Forsøg med lys gennem linser Opstil lysboksen med en trippel- spalte. Lysboksen stilles på et stykke hvidt papir, så du klart og tydeligt kan se lysstrålerne. Brug de to typer linser og find ud af, hvordan lysstrålen bevæger sig gennem linserne. Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) blankt, hvidt papir Send lysstrålen igennem som vist på tegningerne og tegn, hvordan lysstrålen bevæger sig i og udenfor linsen. Hvilken linse er en spredelinse og hvilken er en samlelinse? Hvad sker der, hvis man sætter to samlelinser sammen? Hvad nu hvis man kombinerer en samle- og en spredelinse? 6

7 Langsynet eller nærsynet - briller Start med at tegne et øje på det hvide papir, placer en samlelinse som øjets linse, og placer nu lysboksen med trippel- spalte på papiret. Send lys ind i "øjet" og brug nu din viden fra før til at give "øjet" briller på, idet du bruger samle- eller spredelinser sammen med "øjet". HUSK - briller sidder IKKE inde i øjet, men udenfor :- ) Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) blankt, hvidt papir Hvilken linse skal bruges til det nærsynede øje og hvorfor?(tegn evt. et øje i tværsnit på papiret) Hvilken linse skal bruges til det langsynede øje og hvorfor?(tegn evt. et øje i tværsnit på papiret) 7

8 Forsøg med reflektion i et plant spejl Opstil lysboksen med en enkeltspalte og send lysstrålen ind i spejlet, så I laver forsøg med forskellige indfaldsvinkler. Lysboksen stilles på et stykke hvidt papir, så du klart og tydeligt kan se lysstrålen og indtegn, hvordan lysstrålen reflekteres af spejlet med de forskellige indfaldsvinkler, bl.a. indfaldsvinkler som vist på tegningerne nedenfor. Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) blankt, hvidt papir Vinkelmåler Tegn lodlinje og mål ind- og udfaldsvinkel med din vinkelmåler i hvert tilfælde Kan man opstille en regel for hvordan indfaldsvinkel og udfaldsvinkel forholder sig til hinanden? 8

9 Forsøg med reflektion vha. hule spejle Opstil lysboksen med en trespalte og send lysstrålen ind i hhv. hulspejl og parabolspejl. Lysboksen stilles på et stykke hvidt papir, så du klart og tydeligt kan se lysstrålen og indtegn, hvordan lysstrålen reflekteres af de to spejle. Prøv at ændre afstanden mellem spejl og lysboks og se, om det har betydning for, hvordan lyset reflekteres og for, hvor brændpunktet er. Lysboks (max. 12V) Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) blankt, hvidt papir Vinkelmåler /Kuglespejl Sammenlign brændpunkterne i de to spejle er brændpunktet det samme sted (hvor)? Hvad sker der med brændpunktet og de reflekterede lysstråler, hvis du har hhv. kort og lang afstand mellem spejl og lysboks? Hvad er forskellen på hulspejlet og parabolspejlet i denne sammenhæng? 9

10 Beregning af lysets bølgelængde Find et optisk gitter og aflæs antal linjer pr. mm derpå. Spalteafstanden, d, beregnes nu ud fra: d =!!"#$%&'!".!! mm. Opstil lysboksen/laser, så den peger mod en lodret flade, fx en væg og sæt det optiske gitter i. Vælg en passende (nem) afstand mellem den lodrette flade og lysboksen målt fra gitteret. Denne afstand benævnes L og angives i mm. Lysboks (max. 12V) eller rød/grøn laser Strømforsyning (skal være skruet helt ned når du tænder den) Optisk gitter Målebånd Lommeregner For hver farve måles afstanden 2x (se tegningen til højre) og dividér afstanden med 2 for at finde x. Dette angives også i mm. Brug nu formlen her til at beregne bølgelængden for de forskellige farver og indfør resultatet i skemaet. Sammenlign dernæst med oplysningerne i dit kompendium. X d = L mm 10

11 Polarisering af lys Lys er tværbølger, hvis bølger har forskellige retninger, selv om det bevæger sig samme vej. 2 polarisationsfiltre Et polarisationsfilter virker ved, at det kun tillader lysbølger med en bestemt retning at slippe igennem, alle andre bliver sorteret fra. På billedet ovenfor ville det svare til, at filteret fx tillod alle de vandrette bølger at trænge igennem. Se gennem et polarisationsfilter og skriv hvad du observerer. Se nu gennem to polarisationsfiltre, der er vendt modsat i forhold til hinanden og skriv, hvad du observerer forklar gerne hvorfor du ser det, du ser. 11

12 Lysets brydning i vand Anbring en mønt på bunden af en skål, så I lige nøjagtig ikke kan se mønten på bunden af skålen. Hæld nu vand i skålen og fyld op, til der sker en ændring. Hvad sker der, og hvorfor sker dette? Se på billedet ovenfor og forklar, hvorfor det ser ud som om blyanten har et knæk? 12

13 Atomer og lys. (Flammefarver) 4 porcelænsdigler Brandsikkert underlag Bariumchlorid BaCl 2 Lithiumchlorid LiCl Kobber(II)sulfat CuSO 4 Natriumchlorid NaCl Ethanol C 2 H 5 OH Fremgangsmåde: Stil de fire porcelænsdigler på et brandsikkert underlag og giv dem nummer 1 4. I nr. 1 kommes nu lidt Bariumchlorid, i nr. 2 kommes lidt Lithiumchlorid, i nr. 3 kommes lidt Kobber(II)sulfat og i nr. 4 kommes lidt natriumchlorid. I alle fire digler hældes lidt ethanol.s Antænd nu de fire blandinger og iagttag, flammefarverne i de fire digler og noter dem ned her: Nr. 1 : Metal og flammefarve Nr. 2 : Metal og flammefarve Nr. 3 : Metal og flammefarve Nr. 4 : Metal og flammefarve Prøv om du kan forklare, hvorfor de forskellige salte danner forskellige flammefarver, når de antændes: For at komme dybere ind i teorien skal du lave teori- opgaverne på de næste sider 13

14 Energien i brintatomets baner TEORI-OPGAVE Brintatomets elektron kan kun kredse omkring kernen i nogle bestemte baner. På tegningen kan du se, at afstanden mellem banerne vokser, jo længere væk fra kernen der er. Mellem hvilke nabokerner tror du, der er størst energiforskel f.eks. mellem bane 1 og 2 eller mellem bane 4 og 5? Grafen nedenfor viser sammenhængen mellem elektronens energi og dens afstand fra grundtilstanden. Energien i grundtilstanden er sat til nul. I de andre er elektronen anslået. På x- aksen er elektronens baner (n) angivet. Hvordan bliver energiforskellen mellem to nabobaner, når n bliver større? Mellem hvilke baner er energiforskellen størst 14

15 Beregning af energien i brintatomets stationære tilstande. Så længe elektronen kredser i en bestemt bane, er dens energi uforandret. Niels Bohr kaldte derfor også banerne for stationære tilstande. Energien i brintatomets stationære tilstande kan beregnes vha. følgende formel: 1 E = 13, 60 m 2 1 n 2 Sættes m=1, får vi energien i forhold til grundtilstanden. n er tallet for de stationære tilstande. Beregn energien i de stationære tilstande og skriv resultatet i skemaet: ev TEORI- OPGAVE Indtegn de fundne energiniveauer i diagrammet til højre (energien for den stationære tilstand 1 er indtegnet). Hvordan bliver energiforskellen mellem niveauerne? Hvilken energi tror du er den største, et anslået brintatom kan have? (Måske kan det hjælpe, hvis du kigger på formlen og sætter n til et meget stort tal) Hvad tror du, der vi ske, hvis elektronen får tilført en energi, der er lig med eller større end 13,60 ev? (Du kan evt. kigge på grafen på forrige side) 15

16 Sammenhængen mellem brints linjespektrum og atomets anslåede tilstand. TEORI-OPGAVE Niels Bohr påstod, at når en elektron springer fra et højere energiniveau til et lavere energiniveau, så bliver energiforskellen udsendt som en foton med en bestemt bølgelængde. Kender man en fotons bølgelængde, kan dens energi beregnes vha. formlen: E = 1,239 λ ev Kender man en fotonens energi, kan dens bølgelængde beregnes vha. formlen: λ = 1,239 E μm Beregn energien i de fotoner, som brints liniespektrum viser: Stemmer disse efotonernergiforskelle med beregningerne på s. 15? Indtegn på tegningen, mellem hvilke baner elektronerne skal springe for at udsende fotoner med de bølgelængder, brints liniespektrum viser. 16

17 Brint har mange spektrallinier TEORI-OPGAVE Når elektroner springer fra højere energiniveauer ned til samme energiniveau, kaldes springet en serie. På tegningen kan du se de forskellige serier. Den serie, du har beregnet i de foregående øvelser kaldes Balmer serien. Beregn bølgelængden i de andre serier, og undersøg vha. teorikompendiet i hvilket område de ligger. Hvad er rigtigt: 1. Jo mindre en fotons bølgelængde er, jo mindre energi er der afgivet ved et elektronspring. 2. Jo mindre en fotons bølgelængde er, jo større energi er der afgivet ved et elektronspring. 17