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.
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1.2) La luce solare investe una superficie nera.
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1.3) Alcuni materiali (fosforescenti) esposti alla luce riemettono a loro volta luce.
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1.4) Un filamento incandescente emette luce.
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1.5) Una fiamma emette luce.
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1.6) Il nostro occhio rileva luce.
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1.7) La foglia di una pianta è esposta alla radiazione solare
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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:
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a) quando il bulbo è annerito
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b) quando la distanza sorgente-bulbo aumenta
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c) quando la superficie del bulbo esposta alla radiazione diminuisce
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d) quando utilizzi una lente che concentra la luce sul bulbo
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DISCUSSIONE (APPUNTI)
Per alcuni dei concetti emersi nella discussione riporta in forma sintetica i tuoi appunti
a) Dispersione della luce, spettro visibile, spettro elettromagnetico.
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b) Meccanismo di emissione della luce.
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c) Intensità luminosa e illuminamento.
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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.
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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?
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c) Riassumi il procedimento di misura seguito.
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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.
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b) lampada alimentata con corrente alternata.
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c) monitor del computer.
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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.
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b) Filtro blu.
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c) Filtro rosso.
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d) Filtro grigio.
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e) Filtro giallo + verde.
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f) Filtri rosso + blu.
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g) Filtri rosso + verde.
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h) Filtri blu + verde.
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i) Molti filtri trasparenti non colorati.
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j) Un filtro traslucido.
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4.3) Taratura del Trasduttore
Descrivi le operazioni di taratura del trasduttore di luce.
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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.
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c) Cosa puoi dire sui dati dell’ultima colonna?
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d) Con che errore possiamo considerare costanti i dati dell’ultima colonna?
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e) Con i dati dell’esperimento costruisci il grafico I = I(d)
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I(lux)
d(cm)
DISCUSSIONE (APPUNTI)
a) Dati sperimentali, modello matematico.
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b) Leggi dell’inverso del quadrato della distanza.
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c) Fotoni, modello corpuscolare della luce e legge dell’inverso del quadrato.
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d) Sorgente puntiforme, sorgente estesa.
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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.
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DISCUSSIONE (APPUNTI)
a) Illuminamento e legge del coseno dell’angolo.
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b) Le leggi del coseno dell’angolo.
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c) Costante solare e angolo zenitale.
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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.
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b) Obiettivi e caratteristiche dell’esperimento (esplorativo, quantitativo…)
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DISCUSSIONE (APPUNTI)
Riporta in forma sintetica i risultati ottenuti e commentali.
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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.
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b) Obiettivi e caratteristiche dell’esperimento (esplorativo, quantitativo…).
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c) Risultati e Commenti.
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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
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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.
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DISCUSSIONE (APPUNTI)
a) Funzionamento di un sensore di luce.
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b) Risposta del sensore in funzione della frequenza.
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c) Funzionamento di una lampadina.
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d) Radiazione infrarossa, visibile, ultravioletta.
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e) Luce ed energia (emissione e assorbimento).
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COMMENTI SULL’ATTIVITA SVOLTA
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