'N Oog op optika
Die doel van hierdie les is om studente 'n oop geleentheid te gee om materiaal te ondersoek en te werk, waarnemings te maak en te deel en 'n grondige begrip te bou van die verhouding tussen gelatienvorme en lig.
Stel studente bekend aan:
- Lig
- Lenses
- Hulpvisie-tegnologieë
Ouderdomsvlakke: 10-14
Kits
- Kits wat aktiwiteitsmateriaal bevat, kan gevind word by: https://laserclassroom.com/product/eyes-on-optics-kit-a-gelatin-optics-engineering-project/
Inleiding
- Studente -werkblad 1: KWL -grafiek - BESPAR om weer in aktiwiteit 5 gebruik te word
- Normale, hiperopiese en bysiende oogdiagramme/uitdeel
- 'N Paar brille
Aktiwiteit 1
- Studente-werkblad #2: Materiaal en eksperimentele opset
- Bereide gelatienblaaie (sien resep hieronder)
- Stel Light Blox (https://laserclassroom.com/light-blox/) OF Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
- Stel sirkelvormige koekiedrukkers
- Plastiek mes
Aktiwiteit 2
- Studente -werkblad #3: Ray -opsporing
- Voorbereide gelatienvorms
- Gevormde konvekse lense
- Gevormde konkawe lense
- Vierkant gelatien (~ 3 "X 3")
- Sirkel van gelatien (~ 3 ”deursnee)
- Stel Light Blox (https://laserclassroom.com/light-blox/) OF Laser Blox (https://laserclassroom.com/laser-blox/)
Aktiwiteit 3
- 1 Voorbereide gelatienblad per span
- 1 Stel sirkelvormige koekiedrukkers per span
- 1 plastiekmes per span
Aktiwiteit 4
- 1 Voorbereide gelatienblad per span
- 1 Stel sirkelvormige koekiedrukkers per span
- 1 plastiekmes per span
Aktiwiteit 5
- Studente -werkblad # 1
- 1 Voorbereide gelatienblad per span
- 1 Stel sirkelvormige koekiedrukkers per span
- 1 plastiekmes per span
Aktiwiteit 6
- 1 Voorbereide gelatienblad per span
- 1 Stel sirkelvormige koekiedrukkers per span
- 1 plastiekmes per span
- Oog sjabloon
- KWL -grafiek vir verwysing
Design Challenge
- Stel Light Blox
- Stel gevormde lense - een konkaaf en een konveks
- Plaat gelatien
- Plastiek mes
- Koekiedrukkers
- Oog sjabloon
- Voltooide KWL -grafiek uit werkblad #1
Gelatien resep:
- Die volgende resep maak genoeg gel vir ongeveer ses groot skywe:
- 4 koppies water
- 8 koeverte Knox Original Gelatin
- 1 houer met afmetings van 9 "x 7" x 2 "
- Kookwater. Meng 4 koppies kookwater tot 8 koeverte (of 'n verhouding van 1: 2 water tot gelatien) Knox Original Gelatin.
- Vir aktiwiteit #2, gooi mengsel in lensvormbakke.
- Vir alle ander aktiwiteite, gooi mengsel in die houer sodat die diepte van die vloeistof minstens 0.75 duim is. Sit gelatien oornag in die yskas om te stol.
Materiale
- Verskeidenheid skoon, droë herwinbare materiale (plastiek, glas, metaal / aluminium blikkies en papier) in 'n groot vullisdrom of doos
- Lang tafel of 'n paar kort tafels saam geplaas
proses
Plaas die ontwerp op 'n lang tafel (of 'n paar kort tafels saam), voeg herwinbare items by die ontwerp en dokumenteer hoe goed elke ontwerp die herwinbare items in aparte vullis sorteer.
Design Challenge
U is deel van 'n span ingenieurs, gegewe die uitdaging om 'n stelsel lense te ontwerp om die pasiënt se gesig te verbeter. U sal ses aktiwiteite voltooi om te leer oor die optika van lense en die menslike oog.
Kriteria
- Ontwerp en skets 'n stelsel om die gesig van 'n pasiënt te verbeter.
beperkings
- Gebruik slegs die materiaal wat voorsien word.
Les vereis ses klasperiodes van 45-60 minute
INLEIDING VAN DIE UITDAGING
Opsomming
Hierdie les word afgesluit met 'n ontwerpuitdaging, 'n oop projek wat studente aanmoedig om vrae te stel, inisiatief te neem en kreatief te dink. Ingenieurs- en ontwerpuitdagings bied konteks en betekenis vir die gebruik van die wetenskaplike proses, die ontwikkeling van tegniese kennis en vaardighede en sukses in die moderne samelewing.
Om hierdie ontwerpuitdaging bekend te stel, word aan studente die doel gestel om 'n stelsel lense te ontwerp om die gesig van 'n pasiënt te verbeter.
Agtergrondvaardighede en kennis
- Ligpad van bron (of voorwerp) na oë (opsionele aktiwiteit: Klaskamergrot)
- Ligpad na die menslike oog: Retina en fokuspunt
- Opsionele aktiwiteit - Eksperimenteer met u eie visie
Stel op vir aktiwiteit
Verdeel studente in spanne van 2 of 3. Stel die weg vir 'n dinkskrum oor die struktuur en funksie van lense en die menslike oog.
Hou 'n bril op.
Vra studente om te verduidelik hoe 'n bril werk om visie te verbeter. Laat studente hul ontwerpe skets as dit hulle help om hulself meer volledig uit te druk.
Verduidelik aan die klas dat hierdie les eindig met 'n ontwerpuitdaging. Verduidelik dat spanne studente 'n stelsel lense sal ontwerp om die visie van 'n pasiënt te verbeter. Verduidelik dat hulle 'n model van 'n pasiënt se oog sal ontvang en die taak sal hê om 'n stel lense te ontwerp om die pasiënt se sig te verbeter.
Verduidelik dat spanne hul ontwerpbesluite moet verduidelik op grond van data wat hulle versamel tydens die ontwerp en toets van lense.
Hou 'n klasbespreking - vra studente:
- Hoe werk 'n bril?
- Hoe kombineer 'n bril met die oog om visie te verbeter?
- Is hulle verskillende soorte bril? Indien wel, hoe verskil hulle en waarom?
- Hoe dink u kan dokters agterkom watter tipe lens die sig verbeter?
Fasilitering van die les
Projekteer die beelde van 'n normale oog, 'n hiperopiese en 'n bysiende oog op die skerm en/of deel 'n uitdeelstuk aan spanne met hierdie beelde.
As 'n klas, ondersoek en bespreek die verskille tussen die beelde. Help studente om die volgende te verstaan en daarop te let:
- Identifiseer en verstaan basiese funksies van die strukture van die oog wat in die tekening getoon word
- Die ooglens is deurgaans identies
- Die afstand van die lens tot die retina verskil van oog tot oog
- Retina is op dieselfde plek vir alle oë geleë
- Die vorm van elke oog as geheel is anders
Versprei die scenario -uitdaging en Studentewerkblad #1, KWL -grafiek aan studente. Lees en hersien die scenario as 'n klas. Laat studente die KWL in pare voltooi.
Opsomming en besinning
Hersien die scenario as 'n klas en vra vrywilligers om met hul KWL -grafiese organiseerders te deel, en evalueer studente se begrip van die Design Challenge.
Stel studente vrae soos:
- Hoe sou u in u eie woorde die ontwerpuitdaging wat u gekry het, beskryf?
- Wat dink jy moet jy weet om 'n stelsel lense te ontwerp om visie te verbeter?
- Wat verstaan u al van die menslike oog en visie wat u sal help om hierdie uitdaging die hoof te bied?
- Wat verstaan u reeds oor die aard van lense wat u sal help om hierdie uitdaging die hoof te bied?
- Wat dink u moet u leer om die ontwerpuitdaging die hoof te bied?
AKTIWITEIT 1: VERKEN MET LIG EN GELATIEN (45-60 minute)
Opsomming
Die doel van hierdie aktiwiteit is dat studente die doeltreffendste manier vind om die pad van lig waar te neem en op te teken terwyl dit die ligbron verlaat en deur en dan uit die gelatien gaan.
Studente kry 'n oop geleentheid om die materiaal te ondersoek en te werk, waarnemings te maak en te deel, en 'n grondige begrip te bou van die verband tussen gelatienvorme en lig. Hierdie oop verkenning moedig kreatiwiteit en probleemoplossing aan wat nuttig is om die laaste uitdaging van die ontwerp van 'n lensstelsel aan te gaan om visie te verbeter.
Leeruitkomste
As gevolg van hierdie aktiwiteit sal studente in staat wees om:
- Oriënteer gelatien en ligte om die ligpad te sien terwyl dit deur die ligbron deur 'n stuk gelatien beweeg
- Beskryf en dokumenteer die pad van lig terwyl dit deur gelatien beweeg
o Met gelatien plat op die tafel gelê
o Met die gelatien NIE plat op die tafel gelê nie
o 1 balk met Light Blox aan sy breër kant
o 1 balk met Light Blox wat aan die smaller kant sit
o 3 balke tegelyk
Voorkennis en vaardighede
Voordat u aktiwiteit 1 begin:
- Studente moet aan die einde van hierdie les kennis dra van die ontwerpuitdaging. Sien die afdeling "Bekendstelling van die uitdaging" hierbo.
- Stel die oorkoepelende doelwit van die verkenningsaktiwiteit bekend: Om die effektiefste manier om die pad van lig waar te neem en op te teken, te vind en te dokumenteer terwyl dit die ligbron verlaat en deur en dan uit die gelatien gaan.
Demonstreer/modelleer hoe om die volgende te meet en aan te teken:
- Wys studente 'n stel materiaal en demonstreer hoe om koekiesnyers en die plastiekmes te gebruik om verskillende stukke gelatien te vorm.
- Wys studente hoe om die vorms te manipuleer sodat hulle die ligte deur elke oppervlak skyn.
- Wys vir studente die twee verskillende maniere om die ligte wat deur die gelatien loop, te oriënteer.
Fasilitering van die aktiwiteit
Moedig kreatiwiteit, verkenning en dokumentasie aan
- Model ondersoek en eksperimenteer met die materiaal
- Deel die studente -werkblad #2 uit en gee 'n model oor hoe om waarnemings op te neem
- Demonstreer hoe om te dokumenteer:
- Die grootte en vorm van hul stuk gelatien
- Die oriëntasie van die gelatien en die lig (te)
- Die hele pad van die ligstraal begin as dit die Light Blox verlaat terwyl dit deur die gelatien gaan
- Skep spanne en versprei hulpbronne. Maak seker dat elke span toegang tot 'n "gelatienplaat" het om te sny, koekiesnyers, plastiekmes, Light Blox (of ander ligbron), 'n vel papier en opnamemateriaal.
- Demp die ligte as dit veilig en moontlik is
- Sirkuleer deur die klas om spanne waar te neem terwyl studente hul toerusting voorberei en organiseer.
- Sirkuleer deur die kamer en kyk hoe studente werk. Terwyl spanne werk, let op hul pogings om Light Blox deur die gelatien te laat skyn, help individue of spanne wat sukkel met die bestuur van toerusting en opstelling.
- Betrek studente, soos toepaslik, in gesprek oor hul aktiwiteite. Stel studente oop vrae oor hul pogings om toerusting te rangskik, vorms te sny, ligte te oriënteer, aan te teken wat hulle waarneem en hoe hulle sin maak uit hul waarnemings.
- Indien nodig, stop die klas om die werk van een of meer spanne met ander spanne te deel. Gebruik sulke onderbrekings om positiewe voorbeelde van eksplorasie uit te lig, insluitend maar nie beperk nie tot: kreatiewe ontwerp, metodes om ligte in lyn te bring, gelatien en skerm, rekordhouding en spanwerk.
Herinner die studente gedurende die tydperk om gedetailleerde rekords te hou van hul werk waarna hulle dit in die opvolgbespreking sal verwys.
Som op en besin
Sluit die aktiwiteit af, moedig spanne aan om hul werk te deel en maak gevolgtrekkings oor die resultate.
- Bespreek studente se bevindings as 'n klas
- Hoe om gelatien en ligte die beste te oriënteer om die pad van die lig waar te neem terwyl dit deur die gelatien gaan?
- Hoe beïnvloed die vorm van die gelatien die pad van die lig as dit deur die gelatien gaan?
- Onthou dat u in die toekoms 'n stelsel lense sal ontwerp om die menslike visie te verbeter. Wat het u vandag gedoen en geleer wat van toepassing is op hierdie uitdaging?
- Kom as klas ooreen oor 'n prosedure om die ligpad op te spoor terwyl dit die ligbron verlaat, deur die gelatien gaan en dan uit die gelatien.
Wat gaan aan? Breking definisie en verwysing na meer inligting. Opsioneel: Kinestetiese brekingsaktiwiteit http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/
AKTIWITEIT 2: EKSPERIMENT MET LENSVORM (45-60 minute)
Opsomming
Studente gebruik die wetenskaplike proses om die kwalitatiewe verband tussen lig en die vorm (konkaaf, konveks, vierkantig, sirkelvormig) van 'n lens.
Leeruitkomste
As gevolg van hierdie aktiwiteit sal studente die pad van 'n enkele ligstraal kan opneem terwyl dit van die ligbron deur 'n eenkant van 'n lens na die ander kant van 'n stuk gelatien gaan; en maak gevolgtrekkings oor hoe lig deur 'n stuk gelatien beweeg met 'n
- Plat/reguit oppervlak
- Geboë oppervlak
- Beskryf, demonstreer en teken die pad van lig aan terwyl dit deur beide 'n konvekse en konkawe lens gaan (met 3 ligte)
- Identifiseer en definieer: konkawe lens, konvekse lens invallingsstraal, gebreekte straal
Voorkennis en vaardighede
Hersien aan die begin van die aktiwiteit:
- Hoe om gelatien en ligte te oriënteer (van vorige aktiwiteite)
- Hoe om die pad van lig op te neem terwyl dit deur gelatien loop (van vorige aktiwiteite)
Stel op vir die aktiwiteit
Stel 4 stasies op
- 3 Ligte Blox en sirkel gelatien
- 3 Ligte Blox en vierkant gelatien
- 3 ligte en 'n gevormde konvekse lens
- 3 ligte en 'n gevormde konkawe lens
Voordat u met die eksperiment begin: Verduidelik die wetenskaplike proses
- Moedig die sistematiese studie van lig en lense aan. Op elke stasie moet studente hul waarnemings dokumenteer met 'n tekening, met gepaste etikette (invallende en gebreekte strale, konkawe of konvekse lens)
- Die verskil tussen onafhanklike en afhanklike veranderlikes
- Watter veranderlikes is die onafhanklike en afhanklike veranderlikes by elke stasie?
- Die afhanklike veranderlike is lensvorm - konkaaf of konveks
- Bykomende stappe in die wetenskaplike proses wat u van studente verwag om te volg, vanaf 'n hipotese tot gevolgtrekkings.
- WETENSKAPLIKE PROSES: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp
Demonstreer/modelleer hoe om die volgende te meet en aan te teken:
- Die posisie en afstand van die ligbronne na die lens
- Wat gebeur met die pad van lig as die afhanklike veranderlike, (die vorm van die lens), verander.
- Die gedrag van lig terwyl dit deur 'n lens beweeg
- Hersien die woordeskat terwyl u dit demonstreer
- Voorvalstraal
- Gebreekte straal
- Konkawe lens
- Konvekse lens
- Fokuspunt
Fasiliteer die aktiwiteit
- Deel studente werkblad #3 uit
- Verduidelik dat studente in hierdie aktiwiteit die wetenskaplike proses sal gebruik om meer georganiseerde en konkrete ontledings te maak van die effek van verskillende soorte lense op die gedrag van lig. Verduidelik aan studente dat hulle deur vier stasies sal draai.
- Verduidelik dat hulle op elke stasie lig deur 'n tipe lens sal gee en die gedrag van die ligstrale kan opneem as dit deur die lense gaan.
- Leer studente om hul waarnemings by elke stasie waar te neem en op te teken met tekenings en etikette:
- Lig Bron
- Voorval Ray
- Gebreekte Ray
- Konkawe lens
- Konvekse lens
- Fokuspunt (dit is nie nodig om die brandpunt op hierdie punt in te voer nie, of om die verband tussen fokuspunt en visie te bespreek tensy dit na vore kom)
- Aantekeninge, gevolgtrekkings, ander waarnemings
- Verdeel studente in pare. Ken pare toe aan stasies.
- Stel verwagtinge vir die tyd wat by elke stasie spandeer word en die aantal rangskikkings van die ligte en die lens wat u van studente verwag om by elke stasie te meet en op te neem.
- Sirkuleer deur die kamer terwyl spanne hul pogings waarneem. Help spanne om hul toerusting op te stel, die afhanklike en onafhanklike veranderlikes te identifiseer en hul resultate te meet, aan te teken en te teken.
- Bespreek, soos toepaslik, die eksperimentele opset van die studente, hul metodes om die ligposisie te meet, die hoek van die ligstraal wat deur die lens kom en watter veranderlikes hulle konstant sal hou wanneer hulle na die volgende stasie beweeg. en die volgende lens.
- As daar geleentheid is om studente se pogings uit te lig, hou 'n klasbespreking oor sommige van die waarnemings wat u gemaak het. Laat studente aan hul eweknieë hul eksperimentele opset, metodes om resultate te meet en aan te teken, verduidelik, en beplan om hul werk konsekwent van stasie tot stasie te hou.
- Hou die tyd dop. Gee studente genoeg tyd om hul ligte te herrangskik en minstens twee of drie keer te meet voordat hulle na 'n ander stasie gaan.
- Gee 'n 'vooraf waarskuwing' ongeveer 5 minute voordat studente na die volgende stasie moet draai. Sê vir hulle om hul werk by die huidige stasie te voltooi.
- Laat 1-2 minute die studente opruim en herstel die stasie soos dit was toe hulle dit gevind het (of beter). Draai na 'n ander stasie as die tyd dit toelaat. Indien nie, verduidelik dat studente die volgende tydperk sal oplaai waar hulle opgehou het.
Som op en besin
Sluit die aktiwiteit af, moedig spanne aan om hul werk te deel en maak gevolgtrekkings oor die resultate.
- Bespreek en deel resultate en gevolgtrekkings as 'n klas
- Vierkant vs sirkel
- Konkawe lense produseer 'n fokuspunt voor die lens
- Konvekse lense produseer 'n fokuspunt agter in die lens
- Die afstand van die middel van die lens tot die fokuspunt word die fokuspunt genoem
- lengte
- Spreek woordeskat aan
AKTIWITEIT 3: SKEP U EIE LENSES - ONTWERP EN DOKUMENT (45-60 minute)
Opsomming
Studente beoefen gerigte verkenning en gebruik wat hulle tot dusver geleer het, om 'n proses te dokumenteer oor hoe om betroubaar konkawe en konvekse lense van verskillende groottes (breedtes) te skep/ontwerp.
Leeruitkomste
As gevolg van hierdie aktiwiteit sal studente in staat wees om:
- Beskryf, demonstreer en teken aan hoe u 'n konkawe en 'n konvekse lens met 'n sirkelkoekiesnyer uit gelatien kan sny.
- Maak gevolgtrekkings uit bewyse oor hoe die ligpad optree wanneer 'n afhanklike veranderlike (lensvorm, grootte, afstand van ligbron) verander.
Stel, bespreek of hersien voor die aktiwiteit
- Konvekse en konvekse lense
- Hoe om 'n herhaalbare proses te dokumenteer http://www.wikihow.com/Document-a-Process
Fasiliteer die aktiwiteit
Ons beveel sterk aan dat u hierdie klasperiode neem om studente 'n bepaalde tyd (15-20 minute) te gee om te sukkel nadat u hulle die vorms gewys het wat hulle moet skep en hul materiaal gegee het, eerder as om studente uitdruklik te wys hoe skep die vorms. Sodra hulle uitgevind het hoe om 'n konkawe en 'n konvekse lens te maak, sal hulle die proses wat hulle gebruik het, dokumenteer.
Hierdie uitdaging lê die grondslag vir die verstaan van iets basies, maar nie intuïtief oor hierdie soort lense nie - dat dit uit sirkels afkomstig is; en die meer gevorderde begrip van die wiskunde wat die eienskappe van lense beskryf, berus op die begrip. Hierdie eenvoudige praktiese aktiwiteit gee studente 'n ervaringsgerigte, intuïtiewe ervaring van die verhouding tussen konkawe/konvekse lense en sirkels.
- Stel die uitdaging vir vandag bekend: Dokumenteer 'n proses om 'n konvekse en 'n konkawe lens te sny
- Konkaaf: 2-3 verskillende groottes
- Konveks: 2-3 verskillende groottes
- Gee vir elke paar studente 'n stel ronde koekiedrukkers en 'n stuk gelatien van ~ 9 "X 7".
- Gee 15-20 minute tyd vir spanne studente om te eksperimenteer met die uitsny van lensvorms, met die fokus op die dokumentasie van 'n herhaalbare en betroubare proses om ronde koekiedrukkers te gebruik om konkawe en konvekse lense te ontwerp.
- Sirkuleer deur die kamer terwyl spanne hul pogings waarneem. Help spanne om hul toerusting op te stel indien nodig.
Som op en besin
- Stop studente na 15-20 minute om 'n klasbespreking oor studente se werk te hou. Laat studente aan hul eweknieë hul eksperimentele opset en metodes verduidelik om die proses te dokumenteer.
- As klas skryf (dokumenteer) die proses op grond van studente se bevindings en insette.
AKTIWITEIT 4: EKSPERIMENT MET LENSGROOTTE (BREEDTE) (45-60 minute)
Opsomming
Deur gebruik te maak van die proses wat in die laaste klasperiode gedokumenteer is, neem studente deel aan die wetenskaplike proses om data te versamel en aan te teken en tot 'n gevolgtrekking te kom oor die impak van die afhanklike veranderlike (lenswydte) op die brandpunt. Dit is kwalitatief. Die brandpunt word byvoorbeeld langer of korter.
Om te verstaan hoe die grootte (breedte) van die lens en die afstand van die ligbron tot die lens die brandpunt beïnvloed, sal studente help om 'n stelsel lense te ontwerp om visie te verbeter wanneer hulle aan die laaste uitdaging deelneem.
- Studente sal:
- Ontwerp:
- Konkaaf: 2-3 verskillende breedtes
- Konveks: 2-3 verskillende breedtes
- Rekord: Straalpad EN benaderde brandpunt
- Konkawe lense: 2-3 verskillende breedtes
- Konvekse lense: 2-3 verskillende breedtes
- Sluit die kwalitatiewe verband tussen die breedte van 'n lens en die brandpunt af
- Terminologie en konsepte:
- Lig Bron
- Brandpunt - hoe beïnvloed die verandering van die breedte van die lens die brandpuntsafstand?
- Ontwerp:
Stel, bespreek of hersien voor die aktiwiteit
- Die verskil tussen onafhanklike en afhanklike veranderlikes
- Watter veranderlikes is die onafhanklike en afhanklike veranderlikes in die huidige aktiwiteit?
- Die breedte van die lens EN die afstand van die ligbron van die lens is die afhanklike veranderlikes wat die resultaat beïnvloed: brandpunt
- Die definisie van brandpunt en kortliks, die verhouding tot visie.
- Die ligbron = die voorwerp (lig wat van die voorwerp in die oog weerkaats)
- Die lig wat die oog binnedring, moet direk op die retina fokus sodat 'n duidelike beeld kan vorm.
- As u verkies om meer wiskunde bekend te stel of meer in fokuspunt te gaan, bied Khan Academy 'n uitstekende oorsig vir u verwysing:
Demonstreer/modelleer hoe om waar te neem, te meet en op te teken
- Hoe om die benaderde brandpunt van beide 'n konkawe en 'n konvekse lens te bepaal
- Wat gebeur met die gedrag (pad) van lig as die afhanklike veranderlike, (die breedte van die lens), verander.
- Hersien of stel woordeskat in soos u demonstreer
- Voorvalstraal
- Gebreekte straal
- Konkawe lens
- Konvekse lens
- Brandpunt
Fasiliteer die aktiwiteit:
Moedig sistematiese eksperimentering met lig en lense aan
- Stel die doel van die aktiwiteit vir vandag bekend:
- Versamel data en maak gevolgtrekkings oor die impak van die grootte (breedte) van die lens op die brandpunt
- Versamel data en maak gevolgtrekkings oor die impak van die afstand van die ligbron tot die lens op die brandpunt
- Gee vir elke paar studente 'n stel materiaal:
- Stel ronde koekiedrukkers
- 9 x 13 duim gelatienplaat
- Stel van drie Light Blox
- Gee studente instruksies aan
- Ontwerp 3 konvekse lense met verskillende breedtes
- Meet en teken die breedte van elke lens en die ooreenstemmende brandpuntsafstand daarvan op
- Gee studente instruksies aan
- Ontwerp 3 konkawe lense met verskillende breedtes
- Meet en teken die breedte van elke lens en die ooreenstemmende brandpuntsafstand daarvan op
- Gee studente instruksies aan
- Meet en teken aan hoe die brandpuntsafstand verander namate die afstand tussen die ligbron en die lens verander.
- Sodra spanne hul metings en waarnemings aangeteken het, eindig die aktiwiteit.
- Gee studente tyd om hul werk af te handel, en voltooi datatabelle en tekeninge indien nodig.
- Sit tyd opsy om skoon te maak.
Opsomming en besinning
Vra spanne om hul resultate te deel. Hou 'n klasbespreking waarin spanne/individue verduidelik wat hulle gedoen het, wat hulle waargeneem het en watter sin hulle van die resultate het. Afhangende van u benadering, kan u een van die verskillende aktiewe leerstrategieë gebruik of vrywilligers uitnooi om hul werk aan die voorkant van die klas te teken of te demonstreer.
- Gebruik die studentresultate, insluitend tekeninge en datatabelle, om die verskil tussen 'n lig deur elke tipe lens te vergelyk.
- Bespreek in die klas vrae soos:
- Wat gebeur met die brandpunt as die breedte van die lens toeneem of afneem?
- Is dit dieselfde vir konkaaf as vir konveks?
- Verskil die resultate met die afstand tussen die lig en die lens?
- Wat het u geleer oor konvekse en konkawe lense wat u sal help met die laaste uitdaging?
- Bespreek as 'n klas die uitkomste van die eksperiment. Vrae om aan te spreek sluit in maar is nie beperk tot:
- Hoe verander die fokuspunt namate die lens kleiner/groter word?
- Watter bewyse ondersteun hierdie gevolgtrekkings?
- Hoe verskil die resultate tussen konkawe en konvekse lense?
- Hoe help die begrip van die verband tussen lensvorm en grootte en fokuspunt met die laaste uitdaging om 'n lensstelsel te ontwerp om visie te verbeter?
- As studente 'n voorspelling gemaak het oor fokuspunt en lensgrootte, hoe het hul voorspelling met die resultate vergelyk? Was die resultate verbasend?
- In die laaste aktiwiteit word u uitgedaag om 'n stelsel lense te skep wat ontwerp is om visie te verbeter. Wat het u geleer oor lense en fokuspunte wat u sal help om die uitdaging die hoof te bied?
- Onthou die beelde van die oog (normaal, naby en versiende). Op watter deel van die diagram wil u hê dat die lig moet fokus?
AKTIWITEIT 5: EKSPERIMENT MET 2 LENSSTELSELS (45-60 minute)
Opsomming
As hul laaste aktiwiteit ter voorbereiding van die Design Challenge, ondersoek studente die gedrag van lig terwyl dit deur verskillende kombinasies van lenspare gaan. In die laaste uitdaging ontvang studente 'n diagram van 'n pasiënt se oog. Een lens in die stelsel verteenwoordig die lens wat in die oog voorkom. Studente moet een of meer gelatienlense ontwerp om die pasiënt se gesig reg te stel of te verbeter. Die kombinasie van lense en hul belyning moet lig fokus op die retina in die diagram van die pasiënt se oog.
Vul EERSTE die laaste deel van die KWL -grafiek in.
Leeruitkomste
As gevolg van hierdie les sal studente in staat wees om:
- Beskryf, demonstreer en teken die impak van 'n stelsel van twee lense op die pad van lig en brandpunt aan
- 2 konvekse lense
- 2 konkawe lense
- 1 konkawe en 1 konvekse lens
- Beskryf die rol van lense in verskillende instrumente wat gebruik word om visie te verbeter of beelde te fokus
- Kamera
- Telescope
- Mikroskoop
- Vergrootglas
- Beskryf die rol van lense in menslike visie
- Die menslike oog bevat 'n konvekse lens
- Duidelike menslike visie berus op die vermoë om lig spesifiek op die retina te fokus
- Byziendheid en hiperopie as algemene visieprobleme
- Voorspel hoe verskillende lense die menslike visie kan verbeter as daar byziendheid of hiperopie voorkom.
Opsionele wiskunde
https://www.khanacademy.org/science/physics/geometric-optics/lenses/v/multiple-lenssystems
Stel die plan vir eksperimenteer met veelvuldige lense.
Maak as klas 'n lys van verskillende instrumente wat twee of meer lense gebruik. As studente voorstel dat die oog gekombineer met 'n bril 'n lensstelsel is, verduidelik dat hulle in die laaste les spesifiek aandag sal gee aan hierdie kombinasie. Fokus nou op instrumente soos teleskope, mikroskope en verkykers.
Vra die studente om te verduidelik hoe hulle dink dat die verskillende instrumente werk en die verhoudings tussen die lense en die lense en lig.
Verduidelik dat studente in hierdie aktiwiteit kombinasies van lense oor die gedrag van lig sal ondersoek. Verduidelik dat hulle 'n ligstraal deur twee lense gaan om die resultate waar te neem en op te teken.
Bespreek as 'n klas die vele veranderlikes in die eksperiment, wat u moet verander en wat u moet behou. Sommige veranderlikes wat studente moet herken, sluit in:
- Afstand tussen lense
- Kombinasie van lensoorte om pare lense te skep
- Posisie en afstand van ligbron tot lense
Fasiliteer die aktiwiteit
Verduidelik dat studente tydens hierdie aktiwiteit deeglik rekord moet hou van hul werk. Afhangende van die beskikbare tyd, laat alle spanne met alle kombinasies van lense werk, of verdeel die klas in 'kundige groepe' en gee hulle die verantwoordelikheid om aan die klas terug te gee oor die stelsel wat hulle ondersoek het.
Spanne moet met al of sommige van die volgende lenskombinasies eksperimenteer:
- Konveks + konveks
- Konkawe + Konkawe
- Konveks + konkaaf
- Vul EERSTE die laaste deel van die KWL -grafiek in
- Laat studente hul eksperiment beplan, hul opset teken en 'n datatabel opstel waarin hulle die resultate kan aanteken. Alternatiewelik, teken die toerusting op die bord en versprei 'n datatabel aan elke span.
- Sodra spanne 'n gepaste plan vir hul eksperimente demonstreer, voorsien hulle gelatien en gereedskap.
- Maak seker dat studente die effek van lenskombinasies EN die effek van die verandering van die afstand tussen lense ondersoek.
- Vestig die aandag op die effek van verskillende lenskombinasies op die gedrag van lig.
- Vestig die aandag op die gevolge van die verandering van die afstand tussen lense op die gedrag van lig.
- Sirkuleer deur die kamer om studente te sien. Neem, soos toepaslik, spanne in gesprek oor hul eksperimentele prosedures, metings, waarnemings en resultate. Help hulle om hul metodes te koppel aan hul uitkomste.
- (Opsioneel) Laat studente 'straaldiagramme' maak vir lense soos die hier getoon.
Opsomming en besinning
Maak afsluiting van die eksperimente wat studente uitgevoer het. Kyk as 'n klas na die gedrag van lig terwyl dit deur verskillende pare lense gaan en die effek van die verandering tussen die pare lense.
- Laat studente, indien nodig, tyd om die werk van die vorige stap in die les te hersien en af te handel voordat hulle dit aanbied.
- Laat spanne hul resultate deel. Moedig studente aan om na tekeninge en data te verwys om hul waarnemings en gevolgtrekkings te verduidelik.
- Bespreek as klas vrae soos:
- Wat gebeur met die fokuspunt as jy die een lens nader of verder van die ander beweeg? Hang dit af van watter kombinasie lense u gebruik?
- Wat gebeur met die fokuspunt van twee konvekse lense
- Wat gebeur met die fokuspunt van twee konkawe lense?
- Wat gebeur met verskillende kombinasies van verskillende lense?
- Hoe is die werk met twee (of meer) lense van toepassing op die laaste uitdaging om 'n stelsel lense te ontwerp om die pasiënt se sig te verbeter?
- Watter kombinasies van lense dink u sal die sig vir 'n bysiend pasiënt verbeter?
- Watter kombinasie van lense dink u sal die sig vir 'n versiende pasiënt verbeter?
OPSIONEEL
- Eksperimenteer met addisionele kombinasies van lense.
- Doen navorsing oor ontwerpe van verskillende instrumente wat lense soos teleskope, lasers, mikroskope en verkykers gebruik.
Die uitdaging: Ontwerp 'n tweelensstelsel om 'n sigprobleem reg te stel (2-45 min)
Opsomming
Hierdie aktiwiteit fokus daarop om studente deur 'n proses te neem om 'n lensstelsel te skep wat 'n visieprobleem regstel. Die doel van die aktiwiteitsles is nie om die perfekte lens te ontwerp nie, maar om te verstaan wat die oplossing van 'n probleem met die ingenieursproses insluit. Laat genoeg tyd en 'n paar gestruktureerde grense toe sodat ontdekking die verkenning kan motiveer!
Voorkennis en vaardighede
- Lig beweeg in 'n reguit lyn totdat dit 'n voorwerp raak of van een medium na 'n ander beweeg
- Alles wat ons sien, is die gevolg van lig wat ons oë binnedring; die meeste van die lig word weerkaats
- As lig van een medium na 'n ander (dws deur 'n lens) gaan, word die lig gebuig of gebreek
- Die vorm en materiaal van die lens beïnvloed hoe die lig buig
- Die oog bevat 'n lens wat lig op die retina fokus. Duidelike visie hang af van die vermoë van die ooglens om die lig wat die oog binnedring, te buig sodat die beeld spesifiek op die retina vorm
Fasiliteer die aktiwiteit:
- Hersien en verwys na studente se KWL -grafiek
- Deel een stel Light Blox uit met die spleetdoppe AAN en twee gevormde gelatienlense (een konveks en een konkaaf) aan elke groep van 3 studente.
- Wys studente hoe om die ligte aan te skakel en gee hulle 3-5 minute om te verken hoe die lig deur die lense beweeg.
- Gee die sjabloon van 'n oog met 'normale' sig. Laat studente die gevormde konvekse lens "in" die oog plaas om te sien dat die lig op die netvlies 'n fokuspunt kom. Om duidelik te sien hang af van die fokuspunt wat op 'n spesifieke plek in die oog beland, 'n retina genoem.
- Laat studente dan die gevormde konvekse lens plaas op die sjabloon van 'n hiperopiese oog wat sigskorreksie nodig het omdat die lig op die verkeerde plek beland. Let op waar die fokuspunt is. Dit skep nie 'n goeie visie nie!
- Vra hulle om die probleem te definieer en 'n oplossing te bespiegel ... Wat kan die fokuspunt na 'n ander plek "skuif". Laat studente op hierdie stadium tyd met beide die konkawe en die konvekse lense saam, sodat hulle kan ontdek dat die konkawe lens die fokuspunt beweeg.
- Gee vervolgens elke groep 'n vierkant (~ 4 "X 8") voorbereide, dubbele sterkte gewone gelatien en 3 ronde koekiedrukkers met verskillende diameters.
- Verduidelik dat hulle met hierdie gelatien 'n TWEEDE lens sal skep om die gesigsprobleem reg te stel. Die materiaal en gereedskap wat hulle beskikbaar het, is die gelatien-, mes- en koekiedrukkers!
- Vra studente om eers te oefen met die maak van konkawe en konvekse lense met hul koekiedrukkers en gelatien.
- Vra studente dan om lense te maak met koekiedrukkers, die plastiekmes en gelatien, wat die visieprobleme op die sjablone regstel.
- Terwyl studente hul lensontwerp skep, toets en verbeter, is hulle besig met die belangrikste aspekte van die ingenieursproses met behulp van lense en lig.
Die doel is om studente in staat te stel om te verstaan dat lig met lense gemanipuleer kan word - en dat hulle daarmee probleme kan oplos. Dit sal 'n uitdaging wees om die lens reg te kry. Vir meer gevorderde studente kan u die brandpuntsafstand, krommingsradius en brekingsindeks bekendstel as wiskundige metodes om oplossings te skep eerder as die 'trial and error' -benadering wat hulle gebruik.
Tydwysiging
Die les kan binne 1 klasperiode vir ouer studente gedoen word. Om studente egter te help om gejaagd te voel en om studentesukses te verseker (veral vir jonger studente), moet u die les in twee periodes verdeel en sodoende studente meer tyd gee om te dink, idees te toets en hul ontwerp te finaliseer. Doen die toets en bespreking in die volgende klasperiode.
Oogdiagramme
Internet verbindings
Skryfaktiwiteit
Watter ander toepassings het lense in ons wêreld?
Belyning by kurrikulumraamwerke
let wel: Alle lesplanne in hierdie reeks is in lyn met die Computer Science Teachers Association K-12 Computer Science Standards, die Amerikaanse Common Core State Standards for Mathematics, en indien van toepassing ook die National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Mathematics, die standaarde vir tegnologiese geletterdheid van die International Technology Education Association en die Amerikaanse National Science Education Standards wat deur die National Research Council opgestel is.
Dissiplinêre kernidees
∙ PS4.B: Elektromagnetiese straling
o Die ligpad kan as reguit lyne opgespoor word, behalwe op oppervlaktes tussen verskillende deursigtige materiale (bv. lug en water, lug en glas) waar die ligpad tussen die media buig. (MS-PS4-2)
∙ ETS1.A: Definisie en afbakening van ingenieursprobleme
o Hoe akkurater die kriteria en beperkings van 'n ontwerptaak gedefinieer kan word, hoe groter is die waarskynlikheid dat die ontwerpte oplossing suksesvol sal wees. Spesifikasie van beperkings sluit in die oorweging van wetenskaplike beginsels en ander relevante kennis wat moontlike oplossings waarskynlik beperk (MS-ETS1-1)
∙ ETS1.B: Ontwikkeling van moontlike oplossings
o 'n Oplossing moet getoets word en dan op grond van die toetsresultate gewysig word om dit te verbeter. MS-ETS-4)
Wetenskaplike en ingenieurswese praktyke
∙ Definieer 'n ontwerpprobleem wat opgelos kan word deur die ontwikkeling van 'n voorwerp, hulpmiddel, proses of stelsel en bevat verskeie kriteria en beperkings, insluitend wetenskaplike kennis wat moontlike oplossings kan beperk. (MS-ETS1-1)
∙ Ontwikkel en gebruik 'n model om verskynsels te beskryf (MS-PS4-2)
∙ Analiseer en interpreteer data om ooreenkomste en verskille in bevindings te bepaal. (MS ETS1-3)
Kruisbegrippe
∙ Struktuur en funksie
o Strukture kan ontwerp word om spesifieke funksies te verrig deur die eienskappe van verskillende materiale in ag te neem en hoe materiale gevorm en gebruik kan word (MS PSR-2)
o Strukture kan ontwerp word om spesifieke funksies te dien
Studente -werkblad #1: KWL -grafiek
Student Naam Datum
Verpleegsters, dokters en ingenieurs werk saam om brille en ander gereedskap wat visie verbeter, te ontwerp en te bou. In hierdie uitdaging ontwerp u 'n stelsel lense om die pasiënt se sig te verbeter.
Wat moet u weet oor die menslike oog en lense om iemand se visie te verbeter?
Gebruik die KWL grafiese organiseerder hieronder om 'n lys te maak van wat u weet, wil weet en geleer het om brille te ontwerp om iemand se visie te verbeter
Wat ek Weet oor oë en lense | Wat ek wil om te weet oor oë en
Lenses |
Wat ek Geleer oor Oë en
Lenses |
||
|
|
|||
|
||||
|
||||
|
Studente-werkblad 2: Materiaal en eksperimentele opset
Student Naam Datum
Om die ontwerpuitdaging aan die einde van hierdie eenheid te voltooi, moet u nie weet hoe u gelatien en ligte moet oriënteer om die ligpad te sien terwyl dit deur die ligbron deur 'n stuk gelatien gaan nie
Beskryf en dokumenteer die pad van lig terwyl dit deur gelatien gaan met woorde en/of tekeninge: o Met gelatien plat op die tafel gelê o Met die gelatien NIE plat op die tafel gelê nie
- 1 balk met Light Blox aan sy breër kant
- 1 balk met Light Blox aan die nouer kant
- 3 balke tegelyk
Studente Werkkaart 3: Ray Tracing
Teken met behulp van woorde en tekeninge die pad van 'n enkele ligstraal aan terwyl dit van die ligbron deur 'n eenkant van 'n lens na die ander kant van 'n stuk gelatien gaan; en maak gevolgtrekkings oor hoe lig deur 'n stuk gelatien beweeg met 'n
- Plat/reguit oppervlak
- Geboë oppervlak
- Beskryf, demonstreer en teken die pad van lig aan terwyl dit deur beide 'n konvekse en konkawe lens gaan (met 3 ligte)
- Identifiseer en definieer: konkawe lens, konvekse lens invallingsstraal, gebreekte straal
Studente Werkkaart 4: Oogsjabloon
Lesplanvertaling