ADLUCE3 - Progetto LES
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Laboratorio per l’Educazione alla Scienza Percorso Didattico su Luce e Colore Attività didattica ADLUCE3 Luce ed Energia DATA: ...................................................................… SCUOLA: .................................................................. CLASSE: ................................................................... DOCENTE: ................................................................ COGNOME e NOME: ............................................... GRUPPO N°: ............................................................. Città della Scienza ADLUCE3 pag. 1 In questa attività cercheremo di mettere in evidenza il carattere energetico della luce. Come al solito partiremo dalle nostre esperienze quotidiane e dalle nostre percezioni visive. Dagli effetti dell’interazione della luce con la materia, imparando ad utilizzare, in esperienze mirate, i nostri occhi e contemporaneamente fotometri e trasduttori di luce collegati al computer, studieremo gli effetti della radiazione luminosa in funzione della distanza, dell’angolo, del colore. 1. DOMANDE INTRODUTTIVE Tutti i fenomeni nel seguito indicati sono accompagnati da trasformazioni e trasferimenti di energia. Per ciascuno di essi cerca di mettere in evidenza il processo che ne è alla base. 1.1) Un lampadina collegata ad una batteria emette luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 1.2) La luce solare investe una superficie nera. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 1.3) Alcuni materiali (fosforescenti) esposti alla luce riemettono a loro volta luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 1.4) Un filamento incandescente emette luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 1.5) Una fiamma emette luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 1.6) Il nostro occhio rileva luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 1.7) La foglia di una pianta è esposta alla radiazione solare ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 2. ESPERIMENTI ESPLORATIVI 2.1) Esperimento - Esponi il bulbo del termometro alla radiazione della lampada che hai sul banco e descrivi ciò che osservi cercando di dare una tua spiegazione: Città della Scienza ADLUCE3 pag. 2 a) quando il bulbo è annerito ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) quando la distanza sorgente-bulbo aumenta ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) quando la superficie del bulbo esposta alla radiazione diminuisce ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… d) quando utilizzi una lente che concentra la luce sul bulbo ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… DISCUSSIONE (APPUNTI) Per alcuni dei concetti emersi nella discussione riporta in forma sintetica i tuoi appunti a) Dispersione della luce, spettro visibile, spettro elettromagnetico. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Meccanismo di emissione della luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Intensità luminosa e illuminamento. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 3. ESPERIMENTO CON IL FOTOMETRO DI BUNSEN. 3.1) Esperimento - Ripeti l'esperienza di Bunsen per ricavare la relazione tra l'intensità luminosa e la distanza dalla sorgente. In figura è riportato schematicamente l’apparato sperimentale. ADLUCE3 pag. 3 Città della Scienza a) Con i dati dell’esperimento svolto compila la tabella: N1 (candele) 1 1 1 1 N2 (candele) 1 2 3 4 d1 [cm] d2 [cm] (N1/d1)2 [1/cm2] (N2/d2)2 [1/cm2] b) Assumendo che il numero di candele sia proporzionale all'intensità I della sorgente luminosa che esse formano quali conclusioni puoi trarre? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Riassumi il procedimento di misura seguito. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4. IL TRASDUTTORE DI LUCE. 4.1) Esperimento - Esponi la parte sensibile del trasduttore (un fotodiodo al silicio) alle radiazioni indicate nel seguito. In ciascuno degli esperimenti registra l’illuminamento in funzione del tempo e commenta: a) lampada alimentata in corrente continua. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) lampada alimentata con corrente alternata. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) monitor del computer. ………………………………………………………………………………………………………… Città della Scienza ADLUCE3 pag. 4 ………………………………………………………………………………………………………… 4.2) Esperimento - Utilizza la lampada alimentata in continua e dei filtri colorati per studiare la risposta del traduttore di luce al variare del colore della luce. Per ciascuno dei filtri o delle combinazioni di filtri confronta il valore dell’intensità registrato con la percezione di intensità che rilevi con il tuo occhio. a) Filtro verde. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Filtro blu. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Filtro rosso. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… d) Filtro grigio. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… e) Filtro giallo + verde. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… f) Filtri rosso + blu. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… g) Filtri rosso + verde. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… h) Filtri blu + verde. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… i) Molti filtri trasparenti non colorati. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… j) Un filtro traslucido. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4.3) Taratura del Trasduttore Descrivi le operazioni di taratura del trasduttore di luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ADLUCE3 pag. 5 Città della Scienza ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4.4) Esperimento- Relazione tra illuminamento e distanza dalla sorgente puntiforme con il sensore di luce. Con la sorgente luminosa e il sensore di luce studia l'illuminamento al variare della distanza sorgente-trasduttore. a) Il sensore da una misura in volt; per ottenere il valore dell'illuminamento in lux calcola I=KV con il fattore di conversione K=200 (lux/volt) D [m] V [volt] I=K·V [lux] I · d2 [lux·m2] Media = ………………. b) Descrivi nel dettaglio l’esperimento che abbiamo svolto. Descrivi, tra l’altro, cosa intendiamo per sorgente puntiforme e quali accorgimenti abbiamo adottato nella configurazione dell’esperimento. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Cosa puoi dire sui dati dell’ultima colonna? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… d) Con che errore possiamo considerare costanti i dati dell’ultima colonna? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… e) Con i dati dell’esperimento costruisci il grafico I = I(d) Città della Scienza ADLUCE3 pag. 6 I(lux) d(cm) DISCUSSIONE (APPUNTI) a) Dati sperimentali, modello matematico. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Leggi dell’inverso del quadrato della distanza. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Fotoni, modello corpuscolare della luce e legge dell’inverso del quadrato. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… d) Sorgente puntiforme, sorgente estesa. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ADLUCE3 pag. 7 Città della Scienza ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4.5) Esperimento - Relazione tra illuminamento e angolo di incidenza con la radiazione solare. L’esperimento può essere svolto con la luce del Sole o con una sorgente luminosa (quasi puntiforme) posta nel fuoco di uno specchio parabolico in modo da ottenere raggi paralleli. Rileva i dati con il trasduttore di luce, compila la tabella e costruisci il grafico I=I(. angolo incidenza [gradi] 0 15 30 45 60 75 90 V [volt] I [lux] I a) Descrivi nel dettaglio l’esperienza svolta. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… DISCUSSIONE (APPUNTI) a) Illuminamento e legge del coseno dell’angolo. Città della Scienza ADLUCE3 pag. 8 ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Le leggi del coseno dell’angolo. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Costante solare e angolo zenitale. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4.6) Esperimento - Intensità del raggio riflesso e di quello trasmesso. Con il semicilindro trasparente (semiluna) progetta e realizza alcuni esperimenti nei quali sono evidenti la riflessione e la rifrazione. In ciascun esperimento misura: - l’intensità del fascio incidente, - l'intensità del fascio riflesso; - l’intensità del fascio rifratto (trasmesso). Prova con diversi angoli di incidenza fino ad ottenere la riflessione totale. a) Descrizione dell’esperimento. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Obiettivi e caratteristiche dell’esperimento (esplorativo, quantitativo…) ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Città della Scienza ADLUCE3 pag. 9 DISCUSSIONE (APPUNTI) Riporta in forma sintetica i risultati ottenuti e commentali. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4.7) Esperimento - Intensità del fascio laser. Progetta e realizza un esperimento che ha come obiettivo lo studio di un fascio laser. a) 4.7.a) Descrizione dell’esperimento. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Obiettivi e caratteristiche dell’esperimento (esplorativo, quantitativo…). ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… c) Risultati e Commenti. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 5. EMISSIONE E ASSORBIMENTO. LUCE E RADIAZIONE INFRAROSSA CON UNA LAMPADINA ELETTRICA. 5.1) Esperimento - Riempi il bicchiere di plastica trasparente con acqua avente temperatura di poco al disotto di quella ambiente. Misura la massa e la temperatura dell’acqua. Immergi la lampadina nell’acqua contenuta nel bicchiere. Accendi la lampadina e con un voltmetro e un amperometro misura il lavoro elettrico=tensione·corrente. Con il termometro e un cronometro (o con la sonda di Città della Scienza ADLUCE3 pag. 10 temperatura collegata al computer) registra ad intervalli regolari di tempo la temperatura dell’acqua fino a raggiungere una temperatura di poco superiore a quella ambiente. a) Segui le istruzioni date e raccogli i dati in tabella. b) Esperimento - Ripeti l’esperienza in due diverse condizioni. - rivestendo la lampadina con un foglio di alluminio (esperienza quantitativa) - riempendo il contenitore con inchiostro 5.3) Risultati e Commenti. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… DISCUSSIONE (APPUNTI) a) Funzionamento di un sensore di luce. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… b) Risposta del sensore in funzione della frequenza. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Città della Scienza ADLUCE3 pag. 11 ………………………………………………………………………………………………………… c) Funzionamento di una lampadina. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… d) Radiazione infrarossa, visibile, ultravioletta. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… e) Luce ed energia (emissione e assorbimento). ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… COMMENTI SULL’ATTIVITA SVOLTA ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………
