Optik och Akustik

Planering Optik och Akustik

Centralt innehåll

·        Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara jordens strålningsbalans, växthuseffekten och klimatförändringar.

 

·        Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara uppkomsten av partikelstrålning och elektromagnetisk strålning samt strålningens påverkan på levande organismer. Hur olika typer av strålning kan användas i modern teknik, till exempel inom sjukvård och informationsteknik.

 

·        Aktuella samhällsfrågor som rör fysik.

 

 

·        Hur ljud uppstår, breder ut sig och kan registreras på olika sätt. Ljudets egenskaper och ljudmiljöns påverkan på hälsan.

 

·        Ljusets utbredning, reflektion och brytning i vardagliga sammanhang. Förklaringsmodeller för hur ögat uppfattar färg.

 

 

·        Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor.

 

·        Systematiska undersökningar. Formulering av enkla frågeställningar, planering, utförande och utvärdering.

 

 

·        Dokumentation av undersökningar med tabeller, diagram, bilder och skriftliga rapporter.

 

·        Källkritisk granskning av information och argument som eleven möter i källor och samhällsdiskussioner med koppling till fysik.

 

 

Planering

OBS! Planeringen gäller lektion för lektion. Det kan bli avbrott för friluftsdagar samt prao m.m. det är inte inlagt i planeringen.

Extra: http://www.illusioner.nu/ samt filmer på ur.se fysik

Vecka	Lektion 1	Lektion 2	Lektion 3
1  Optik	Planering G: Inledning ljus Läs. s.160-163 Lab: Skoj med Speglar	Hur man skriver en laborationsrapport (Mall)   G: Infallsvinklar reflektionsvinklar I plan, konkav och konvex spegel   Läs s. 164-165	Lab: Vilken väg tar ljuset Svara på frågorna i labben
2	Läs s. 160-166 Gör TDS 9.1	G: ljuset bryts Läs s. 167-168   Lab. Penna i glas Skriv lab rapport   Arbetsblad: När solens strålar ändrar riktning	G. Totalreflektion Läs s. 170-171 TDS 1, 2, 7, 12   Gör klart arbetsblad
3 Optik	G: Ljuset bryts i linser Lab: När ljuset träffar en lins Lab: verklig bild	Kamera kikare Skrivuppgift Optiskt instrument	Labb kikare Skriv klart Optiskt instrument
4 Optik	G: Ljus och färg   Läs s. 178-181 Uppg s. 186, 9.4   Ev.Lab: Prisma (Färgsnurra)	Polariserat ljus Laserljus Fortsätt med uppg s. 186, 9.4	G: strålning Växthuseffekten Läs s. 181-185 Uppg. 1-15 s.187 uppg. 1-3 Film: växthuseffekten
5 Optik	Inför provet Arbetsblad En stråles väg Vad händer när ljuset polariseras Problemlösning ljus	Prov
6 Akustik	G: Vad är ljud Förtätning förtunning Lab. Telefon, linjal Läs s.82-85 Uppg. 1-2 (s.89)	G: Frekvens Ultraljud Infraljud s. 86-87 G: Eko Ekolod s.88 Uppg. 6-10 Lab: Resonanslådor Provrörsinstrument Luft som vibrerar Svara på frekvensfrågan	Buller Mobiltelefonen som bullermätare Ladda ner appen ”Buller”   Gör klart Testa dig själv
7	Ljuduppsats	Ljuduppsats	Ljuduppsats
8	Frågor om ljud (I) och (II)	Problemlösning ljud

 

 

1.       

Kunskapskrav i Optik och Akustik åk 8

 

Information

Eleven kan använda informationen på ett fungerande sätt i diskussioner och för att skapa texter och andra framställningar med anpassning till syfte och målgrupp.

 

Det kan du visa på provet

 

 

Laborationer

Eleven kan genomföra undersökningar utifrån givna planeringar.

I undersökningarna använder eleven utrustning på ett säkert och fungerande sätt.

Eleven kan jämföra resultaten med frågeställningarna och drar då slutsatser med koppling till fysikaliska modeller och teorier.

Dessutom gör eleven dokumentationer av undersökningarna med tabeller, diagram, bilder och skriftliga rapporter.

 

Det kan du visa under laborationerna

 

 

Kunskaper

Eleven har kunskaper om materia och andra fysikaliska sammanhang och visar det genom att ge exempel och beskriva dessa med användning av fysikens begrepp, modeller och teorier.

Eleven kan föra underbyggda resonemang där företeelser i vardagslivet och samhället kopplas ihop med ljus och ljud och visar då på fysikaliska

samband. Eleven använder fysikaliska modeller på ett fungerande sätt för att beskriva och ge exempel på partiklar och strålning.

Eleven kan ge exempel på och beskriva några centrala

Naturvetenskapliga upptäckter och deras betydelse för människors levnadsvillkor.

 

Det kan du visa på provet och under diskussioner i samband med genomgångarna.

 

 

 

 

 

 

 

Träna på till provet i optik

·         Läs sidorna 160 – 189

·         Instuderingsuppgifter på sidorna: 166, 173, 177, 186, 187

·         Laborationer: Du ska kunna skriva en laborationsrapport och du ska veta vad vi har undersökt i de laborationer vi arbetat med.

Du ska förstå/kunna:

·         Hur vi kan se föremål.

·         Vilka ljuskällor vi har idag och vilka som fanns förr i tiden samt hur det påverkat samhället förr och nu.

·         Hur ljuset färdas och med vilken hastighet.

·         Hur ljuset reflekteras i plana speglar (reflektionslagen). (lab)

·         Hur ljuset reflekteras i konkava och konvexa speglar. (lab)

·         Vad konvexa och konkava speglar används till.

·         Vad brännpunkt och brännvidd är.(lab)

·         Hur bilder uppkommer i plana och buktiga speglar (Överkurs)

·         Varför ljuset bryts

·         Med bild beskriva hur ljuset bryts mellan t.ex. vatten och luft

·         Med bild beskriva varför åran ser ut att vara bruten.

·         Totalreflektion, vad det är och hur vi har användning av det.

·         Hur ljuset bryts i konvexa och konkava linser. Rita bild.

·         Skillnaden mellan en verklig bild och en skenbild.

 

·         Beskriva vad som händer med ljuset då det passerar ett glasprisma.

·         Varför regnbågen syns.

·         Hur vi ser olika färger.

·         Ultraviolett strålning och infraröd strålning.

·         Rangordna olika sorters strålning med avseende på våglängd.

 

 

 

Anteckningar från genomgångar

Ögat

Funktionen hos ögats olika delar kan liknas med kamerans:

Ögonlock: (Slutaren) Öppna och stänger för ljusinsläpp.

Pupillen: (Bländaren). När ljuset är starkt är pupillen liten. När ljuset är svagt är pupillen stor.

Ögonlinsen (objektivet). Ögonlinsens uppgift är att bryta ljusstrålarna så att de sammanstrålar på näthinnan.

Näthinnan: (Filmen). På näthinnan uppstår den bild som linsen skapat. Bilden blir upp- och nedvänd. Det är hjärnans uppgift att vända den rätt.

Synfel

Närsynt

Vanligt bland yngre personer.

Ögongloben är utdragen vilket gör att strålarna bryts före näthinnan och bilden blir suddig.

 

 

 

 

 

Genom att använda glasögon med konkava linser kan man få strålarna att brytas precis på näthinnan.

Översynt

Vanligt bland äldre.

Ögongloben är lite ihop tryckt. Det gör att strålarna sammanstrålar bakom näthinnan. Genom att använda glasögon med en konvex lins kan man få strålarna att sammanstråla precis på näthinnan.

Ljusets egenskaper

Vi kan se föremål i vår omgivning genom att ljuset reflekteras på föremålet, från en ljuskälla till ögat.

Exempel på ljuskällor är: solen, eld, glödlampor, ledlampor, lågenergilampor, lysrör, oljelampor, fotogenlampor och gaslyktor.

 

Ämnen som är svåra att se

En del ämnen kan vi inte se t.ex. luft. Det beror på att luftmolekylerna inte reflekterar något ljus.

Så färdas ljuset

Ljuset rör sig rätlinjigt, Alltså rättfram utan att böja sig runt saker. Det är därför det bildas skuggor.

Ljuset rör sig fort fram. Ljusets hastighet är i:

Luft: 300 000 km/s

Vatten: 225 000 km/s

Glas: 200 000 km/s

 

 

 

Ljuset reflekteras

Infalls och reflektionsvinkel

När ljusstrålar träffar en plan yta kommer infallsvinkeln vara lika stor som reflektionsvinkeln.

Reflektionslagen: infallsvinkeln = reflektionsvinkeln

 

Buktiga speglar

Konkav spegel: Buktar inåt.

Konvex spegel: Buktar utåt.

Se bilder sidan 164 i din bok.

Brännpunkt

En punkt där ljusstrålarna sammanstrålar i en punkt.

OBS! Du bör träna på att rita hur strålarna reflekteras i en plan spegel och i en konkav och konvex spegel.

 

 

Ljuset bryts

När man säger att ljuset bryts menar man att det ändrar riktning. Anledningen till att det ändrar riktning är att det ändrar hastighet när det går från ett ämne till ett annat.

Att det ändrar hastighet beror i sin tur på att olika ämnen är olika täta, alltså har olika densitet. I ämnen med hög densitet ligger atomerna tätare än i ämnen med låg densitet.

Titta på bilden på sidan 167.

Den vinkel som bildas mellan den infallande strålen och normalen kallas för infalls vinkel. Den vinkel som bildas mellan ljusstrålen i vattnet och normalen kallas för brytningsvinkel.

När ljusstrålen går från luften (tunnare) till vattnet (tätare) bryts den mot normalen.

 

Om du tittar på en åra i vattnet så ser den bruten ut vid ytan. Att den gör det beror på att vår hjärna inte förstår att ljuset bryts . Hjärnan tror att ljuset färdats rätlinjigt från åran.

Se bild s. 168

 

Totalreflektion

När ljuset går från glas till luft kan ljuset totalreflekteras. Om ljusstrålen kommer in i en vinkel som är större än 45 grader totalreflektera det. Alltså vänder tillbaks in i glaset.

I en prisma kan man använda sig av detta fenomen genom att vända bilder rätt. Det gör man t.ex. i kikare.

Ett annat användningsområde för totalreflektion är FIBEROPTIK. Här totalreflekteras ljuset i tunna trådar av glas. Det stannar på så sätt kvar inne i glasfibern tills det kommer ut på andra sidan.

Med hjälp av detta fenomen kan man överföra information i ljussignaler i fiberoptiska kablar. Optiska fibrer använder man i stället för elkablar. Fördelarna med att använda optiska fibrer är att man kan överföra mer information per sekund, det går åt mindre kablar, man kan skicka informationen längre sträckor och de är omöjliga att avlyssna.

I ena änden av den optiska fibern sitter en sändare och i den andra en mottagare.

 

 

Konvexa och konkava linser

Se bild s. 172

Linser används i t.ex. kameror , kikare och mikroskop. De kan vara tillverkade av antingen plast eller glas.

En konvex lins är tjock på mitten och en konkav lins är tunn på mitten.

En konvex lins samlar strålarna och kallas därför samlingslins, den kallas även positiv lins. Avståndet mellan brännpunkten och linsens mitt kallas brännvidd.

Konkava linser kallas även spridningslinser och negativa linser. När ljusstrålarna passerar en sådan lins sprids de.

Brännpunkten hittar man om man följer de spridda strålarna bakåt.

Konvexa linser kan skapa verkliga bilder, alltså bilder som skapas på en skärm. En skenbild ser du om du tittar igenom en lupp. En skenbild kan inte fångas upp på en skärm.

Konkava linser kan bara skapa skenbilder, inga verkliga bilder.

 

 

Optiska instrument

Lupp

Luppen består av en positiv lins som förstorar bilden. Ju kortare brännvidd är, desto mer förstorar bilden.

Kikare

Den enklaste kikaren består av två konvexa linser som kallas objektiv och okular.

Objektivet ger en bild av föremålet inne i kikaren. Sedan tittar du på bilden genom okularet. Okularet förstorar den bild som objektivet skapar. Objektivet är en lins med lång brännvidd och okularet är en lins med kort brännvidd. En prisma kan användas i en kikare för att vända bilden rätt.

 

Mikroskop

Mikroskop används för att förstora bilder. Även ett mikroskop har två konvexa linser, ett objektiv och ett okular. Objektivet skapar bilden och okularet förstorar den.

 

Kamera

I alla kameror finns det fyra viktiga delar.

Objektiv: Positiva linser som skapar bilder.

Slutare: Öppnar och stänger kameran. Då regleras exponeringstiden.

Bländare: Varierar kameraöppningens storlek, då regleras ljusinsläppet.

Film (i digitalkameror används s.k. ccd-celler)

 

 

 

Ljus och färg

Ljus kan beskrivas som en ström av partiklar, sådana partiklar kallas fotoner.

Ljus kan också beskrivas som en vågrörelse. Vågorna består av berg och dalar och kallas för en transversell vågrörelse. Avståndet mellan två vågberg eller mellan två vågtoppar kallas för en våglängd.

Våra ögon kan uppfatta ljus mellan 400-800 nm (nanometer 10-9 meter).

 

Spektrum – ett band av färger

Om man låter vitt ljus passera ett tresidigt prisma kommer ljuset att delas upp i sju olika färger. Färgerna är alltid desamma och ligger alltid i samma ordning: rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. Rött bryts minst och violett bryts mest. Hur mycket ljuset bryts beror på dess våglängd. Ljus med lång våglängd bryts mindre än ljus med kort våglängd.

Regnbågen

En regnbåge uppstår när ljusstrålarna bryts i vattendropparna. Vattendropparna fungerar då som prisman. Du ser regnbågen då du har solen i ryggen och vinkeln mellan dig vattendroppen och solen är ca 43 grader.

Färger

Den färg vi ser är den som reflekteras. Om du har en grön tröja på dig, ser du den gröna färgen därför att det är den som reflekteras. Resten absorberas.

Vit färg ser man när alla färger reflekteras.

Svart färg ser man inte, då absorberas alla färger, det du ser är de omgivande färgerna.

Ultraviolett strålning

Ljus som har en kortare våglängd än det violetta ljuset kallas för ultraviolett. Det ljuset kan vi inte se, men vi märker det genom att det är det som gör oss solbrända. För mycket solande kan vara farligt.

Ozonskiktet

Runt jorden i de övre delarna av atmosfären finns ett skikt med gaser som kallas ozonskiktet. Det hindrar en stor del av den ultravioletta strålningen från att nå marken. Ozonskiktet har tunnats ut och det är ett stort problem och ett hot mot livet på jorden.

 

 

Infraröd strålning

Infraröd strålning har längre våglängd än rött ljus. Vi kan inte se den, men vi känner den som värme.

 

 

Elektromagnetisk strålning

Ljus är en form av elektromagnetisk strålning. Övriga former av elektromagnetisk strålning är:

Gammastrålning som har kortast våglängd och är mest energirik. Den bildas vid radioaktivt sönderfall och tränger igenom de flesta material och är farlig för oss människor.

 Röntgenstrålning är så energirik så att den tränger igenom vår kropp, det är därför den kan användas till att ta bilder inne i kroppen.

Ultraviolett strålning är så energirik att den tränger in i vår hud. Den gör oss solbrända.

Synligt ljus

Infraröd strålning har längre våglängd än det synliga ljuset. Den känner vi som värme.

Mikrovågor har ännu längre våglängd och används i våra mikrovågsugnar. Där får den molekylerna att vibrera och på så sätt skapa värme.

Radiovågor har de längsta vågorna i det elektromagnetiska spektra och därmed också lägst energiinnehåll. De är därför ofarliga för oss människor.

 

 

Strålningsenergi och kemisk energi

Vår viktigaste energikälla är solen.

Strålningen från solen är en form av energi som kallas strålningsenergi.

Det är solens energi som växterna använder i fotosyntesen. Där växterna tar upp koldioxid och vatten och ombildar det till kolhydrater. Energin finns då lagrad i kolhydraterna i form av kemisk energi. Den energin kan växterna sedan använda för att tillverka andra ämnen, t.ex. stärkelse, cellulosa, fetter, proteiner och vitaminer.

Fotosyntesen är en förutsättning för djurens och människornas liv.

 

 

 

Vad är Ljud

Hur uppkommer ljud?

Ljud uppkommer om luftens molekyler kommer i rörelse och packas ihop till förtätningar omväxlande med förtunningar.

Ljud är förtätningar och förtunningar som breder ut sig i luften.

De uppkommer med hjälp av en ljudkälla, det kan t.ex. vara din röst eller en gitarr.

Om vi koncentrerar oss på en sträng på gitarren. När du spelar på gitarren börjar strängen att svänga. Luftens molekyler kommer då att packas tätare i vissa områden (förtätningar), samtidigt som det blir glesare mellan molekylerna i andra områden (förtunningar).

När örat träffas av en sådan våg av förtätningar och förtunningar börjar trumhinnan i ditt öra att svänga i takt med strängen.

Det krävs alltså molekyler för att ljud ska kunna uppstå. I vakuum, där det inte finns några molekyler hörs inga ljud, t.ex. i rymden.

 

 

ÖRAT

1.  Ljudvågorna fångas upp av öronmusslan och yttre hörselgången.

2.  Trumhinnan sätts i svängning.

3.  Svängningen fortplantar sig via hörselbenen: hammaren, städet och stigbygeln.

4.  I örat finns också balanssinnet.

5.  Hörselsnäckan är fylld med vätska. I den fortplanar sig ljudvågen till sinnesceller. På sinnescellerna finns sinnes hår.

6.  I sinnescellerna omvandlas ljudvågorna till elektriska signaler, nervimpulser. De förs till hjärnan genom hörselnerverna. När impulsen når hjärnan uppfattar vi den som ljud.

 

 

Frekvens och våglängd

 

En gitarrsträng sätts i svängning. Det bildas förtätningar och förtunningar av luftens molekyler.

 

En våglängd är sträckan mellan två förtätningar. Eller mellan två förtunningar.

 

Ju snabbare strängen svänger, desto fler förtätningar bildas det per tidsenhet, t.ex. per sekund.

 

Frekvens = antal svängningar per sekund.

Enheten för frekvens är 1Hertz (1Hz)

 

1 Hz är en hel svängning på en sekund.

 

Om örat träffas av 50 hela svängningar på en sekund säger man att det träffas av en ton med frekvensen 50 Hz.

 

Den lägsta frekvensen ett öra kan uppfatta är ca 20 Hz, den högsta ca 20000 Hz. Ju äldre man blir, desto svårare är det att uppfatta höga toner.

 

Skillnaden mellan tonstyrka och tonhöjd

Tonstyrka

Du slår på en och samma tangent på ett piano.

Slår du löst på tangenten blir tonen svag.

Slår du hårt på tangenten blir tonen stark.

 

Tonhöjd

När du slår på två olika tangenter på pianot hör du ljud med olika frekvens.

Hög frekvens = fler antal svängningar/s = hög ton

Låg frekvens = färre antal svängningar/s = låg ton