Auga á ljósfræði

Markmiðið með þessari lexíu er að veita nemendum opið tækifæri til að kanna og vinna með efni, gera og deila athugunum og byggja upp grundvallarskilning á tengslum gelatínsforma og ljóss.

 

Kynntu nemendum fyrir:

  • Ljós
  • Linsur
  • Aðstoðarsjónartækni

Aldursstig: 10-14

Efni & undirbúningur

Kits

Hvernig gengur lífið dag frá degi? Er það í jafnvægi og allt eins og það á að vera? Er jafnvægi hvort sem litið er á veraldlega stöðu eða andlega? Lífið er eins og það er. Það er ekki alltaf sólskyn. Það koma reglulega lægðir með rok og rigningu. Við vitum að í heildar samhenginu er lægð hluti af vistkerfi að leita að jafnvægi. Stundum erum við stödd í miðju lægðarinnar. Þar er logn og gott veður, sama hvað gengur á þar sem stormurinn er mestur. Sama lögmál gildir varðandi þitt eigið líf. Ef þú ert í þinn miðju, þínum sannleik þá heldur þú alltaf jafnvægi átakalaust. Sama hvað gustar mikið frá þér þegar þú lætur til þín taka. Huldufólk hefur gefið okkur hugleiðslu sem hjálpar okkur að finna þessa miðju, finna kjarna okkar og sannleikann sem í honum býr. Þegar þú veist hver þú ert og hvers vegna þú ert hér, mun líf þitt vera í flæðandi jafnvægi. Hugleiðslan virkjar þekkinguna sem er í vitund jarðar og færir hana með lífsorkunni inn í líkama okkar. Þar skoðar hún hugsana og hegðunar munstrið og athugar hvort það myndar átakalausu flæðandi jafnvægi. Hinn möguleikinn er falskt jafnvægi sem hafa þarf fyrir að viðhalda með tilheyrandi striti, áhyggjum og ótta. Síðan leiðbeinir þessi þekking okkur að því jafnvægi sem er okkur eðlilegt. Við blómstrum átakalaust, líkt og planta sem vex átakalaut frá fræi í fullþroska plöntu sem ber ávöxt.

  • Vinnublað nemenda 1: KWL mynd - SPARA til notkunar aftur í virkni 5
  • Venjuleg, ofsýn og nærsýn augnayfirlit/dreifing
  • Par gleraugu

Aðgerð 1

Aðgerð 2

Aðgerð 3

  • 1 Undirbúin gelatínplata á lið
  • 1 sett af hringlaga kökuskerum á lið
  • 1 plasthníf á lið

Aðgerð 4

  • 1 Undirbúin gelatínplata á lið
  • 1 sett af hringlaga kökuskerum á lið
  • 1 plasthníf á lið

Aðgerð 5

  • Vinnublað nemenda # 1
  • 1 Undirbúin gelatínplata á lið
  • 1 sett af hringlaga kökuskerum á lið
  • 1 plasthníf á lið

Aðgerð 6

  • 1 Undirbúin gelatínplata á lið
  • 1 sett af hringlaga kökuskerum á lið
  • 1 plasthníf á lið
  • Augnsniðmát
  • KWL töflu til viðmiðunar

Hönnun áskorun

  • Sett af Light Blox
  • Sett af mótuðum linsum - ein íhvolf og ein kúpt
  • Plata af gelatíni
  • Hníf úr plasti
  • Smákökur
  • Augnsniðmát
  • KWL töflu lokið frá vinnublaði #1

Gelatín uppskrift:

  • Eftirfarandi uppskrift gerir nóg af hlaupi fyrir um sex stóra diska:
    • 4 bollar vatn
    • 8 umslög af Knox Original Gelatin
    • 1 ílát með stærð 9 "x 7" x 2 "
    • Sjóðið vatn. Blandið 4 bollum af sjóðandi vatni í 8 umslög (eða hlutfallið 1: 2 vatn í gelatín) af Knox Original Gelatin.
  • Fyrir virkni #2, hella blöndunni í linsumótabakka.
  • Fyrir alla aðra starfsemi, hella blöndunni í ílátið þannig að dýpt vökvans sé að minnsta kosti 0.75 tommur. Setjið gelatín í kæli yfir nótt til að storkna.

Prófunarefni og ferli

efni

  • Ýmis hrein, þurr endurvinnanleg efni (plast, gler, málm / ál dósir og pappír) í stórum endurvinnslutunnu eða kassa
  • Langt borð eða nokkur stutt borð sett saman

aðferð

Settu hönnun á langborð (eða nokkrum stuttum borðum sett saman), bættu endurvinnanlegu efni við hönnunina og skjalfestu hve vel hver hönnun flokkar endurvinnsluefnin í aðskildar tunnur.

Verkfræðihönnunaráskorun

Hönnun áskorun

Þú ert hluti af teymi verkfræðinga vegna þeirrar áskorunar að hanna linsukerfi til að bæta sjón sjúklings. Þú munt ljúka 6 athöfnum til að læra um ljósfræði linsa og mannsins auga.

Viðmiðanir

  • Hannaðu og teiknaðu kerfi til að bæta sjón sjúklings.

Þvinganir

  • Notaðu aðeins efnið sem fylgir.

Leiðbeiningar um verkun og verklag

Kennslustund krefst sex 45-60 mínútna kennslustunda

KYNNING Á SKORUNIN

Yfirlit
Þessari kennslustund lýkur með hönnunaráskorun, opnu verkefni sem hvetur nemendur til að spyrja spurninga, taka frumkvæði og hugsa skapandi. Verkfræði- og hönnunaráskoranir veita samhengi og merkingu við að nýta vísindaferlið, þróa tækniþekkingu og færni og árangur í nútíma samfélagi.

Til að kynna þessa hönnunaráskorun, eru nemendur kynntir með það að markmiði að hanna kerfi linsa til að bæta sjón sjúklings, nemendur bera kennsl á það sem þeir vita og þurfa um sjónfræði linsa og mannlegt auga til að mæta áskoruninni.

Bakgrunnur og þekking

Settu upp fyrir virkni

Skiptu nemendum í 2 eða 3. lið. Settu sviðið fyrir hugarflugsfund um uppbyggingu og virkni linsa og mannsins auga.

Haltu upp gleraugum.

Biðjið nemendur að útskýra hvernig gleraugu virka til að bæta sjón. Láttu nemendur skissa hönnun sína ef það hjálpar þeim að tjá sig betur.

Útskýrðu fyrir bekknum að þessari kennslustund lýkur með hönnunaráskorun. Útskýrðu að teymi nemenda muni hanna kerfi linsa til að bæta sjón fyrir sjúkling. Útskýrðu að þeir munu fá líkan af auga sjúklings og þeim verður falið að hanna linsusett til að bæta sjón sjúklinga.

Útskýrðu að teymi þurfa að útskýra hönnunarákvarðanir sínar út frá gögnum sem þeir safna meðan þeir hanna og prófa linsur.

Haltu námskeiðsumræðu - spurðu nemendur:

  • Hvernig virka gleraugu?
  • Hvernig sameina gleraugu við augað til að bæta sjón?
  • Eru mismunandi tegundir þeirra af gleraugum? Ef svo er, hvernig eru þeir mismunandi og hvers vegna?
  • Hvernig heldurðu að læknar geri sér grein fyrir því hvers konar linsa mun bæta sjón?

Að auðvelda kennslustundina

Varpaðu myndum af venjulegu auga, ofsýn og nærsýni auga á skjáinn og/eða dreifðu dreifibréfi til liða með þessar myndir.

Sem flokkur, skoðaðu og ræddu muninn á myndunum. Hjálpaðu nemendum að skilja og taka eftir eftirfarandi:

  • Þekkja og skilja grundvallaraðgerðir mannvirkja augans sem sýndar eru á teikningunni
  • Linsa augans er eins í gegn
  • Fjarlægð frá linsu til sjónhimnu er mismunandi frá auga til auga
  • Nethimna er staðsett á sama stað fyrir öll augu
  • Lögun hvers auga í heild er öðruvísi

Dreifðu atburðarásaráskoruninni og nemendavinnublaði #1, KWL töflu til nemenda. Sem flokkur skaltu lesa og fara yfir atburðarásina. Leyfa nemendum að klára KWL í pörum.

Samantekt og hugleiðing

Sem flokkur skaltu fara yfir atburðarásina og biðja sjálfboðaliða að deila frá KWL grafískum skipuleggjendum sínum og meta skilning nemenda á Hönnunaráskoruninni.

Spyrðu nemendur eins og:

  • Hvernig myndir þú í þínum eigin orðum lýsa hönnunaráskoruninni sem þú hefur fengið?
  • Hvað finnst þér að þú þurfir að vita til að hanna linsukerfi til að bæta sjón?
  • Hvað skilurðu nú þegar um auga mannsins og framtíðarsýn sem mun hjálpa þér að takast á við þessa áskorun?
  • Hvað skilurðu nú þegar um eðli linsa sem hjálpa þér að takast á við þessa áskorun?
  • Hvað finnst þér að þú þurfir að læra til að takast á við hönnunaráskorunina?

STARFSEMI 1: KANNAR MEÐ LJÓSI OG GELATÍN (45-60 mín.)

Yfirlit

Markmiðið með þessari starfsemi er að nemendur finni og skrái áhrifaríkustu leiðina til að fylgjast með og skrá ljósleið þegar hún fer frá ljósgjafanum og fer í gegnum og síðan út úr gelatíni.

Nemendur fá opið tækifæri til að kanna og vinna með efnin, gera og deila athugunum og byggja upp grundvallarskilning á tengslum gelatínsforma og ljóss. Þessi opna könnun hvetur til sköpunargáfu og lausn vandamála sem eru gagnleg til að mæta lokaáskoruninni um að hanna linsukerfi til að bæta sjón.

Námsmat

Sem afleiðing af þessari starfsemi munu nemendur geta:

  • Orient gelatín og ljós til að fylgjast með ljósleið þegar það fer frá ljósgjafanum í gegnum gelatínbita
  • Lýstu og skráðu leið ljóssins þegar hún fer í gegnum gelatín

o Með gelatíni lagt flatt á borðið

o Með gelatínið EKKI lagt flatt á borðið

o 1 geisli með Light Blox sitjandi á breiðari hliðinni

o 1 geisli með Light Blox sitjandi á þrengri hliðinni

o 3 geislar í einu

RÉTT stefnumörkun
ÓRÉTT stefnumörkun

Fyrri þekking og færni

Áður en byrjað er á starfsemi 1:

  • Nemendur ættu að hafa skilning á hönnunaráskoruninni í lok þessarar kennslustundar. Sjá kaflann „Kynning á áskoruninni“ hér að ofan.
  • Kynntu yfirgripsmarkmiðið með rannsóknarstarfseminni: Að finna og skrá áhrifaríkasta leiðin til að fylgjast með og skrá ljósleið þegar hún fer frá ljósgjafanum og fer í gegnum og síðan út úr gelatíni.

Sýndu/sýndu hvernig á að mæla og skrá eftirfarandi:

  • Sýndu nemendum efni og sýndu hvernig á að nota kexskútu og plasthnífinn til að búa til ýmis löguð gelatínbita.
  • Sýndu nemendum hvernig á að haga formunum þannig að þeir skína ljósin í gegnum hvert yfirborð.
  • Sýndu nemendum tvær mismunandi leiðir til að stilla ljósin sem fara í gegnum gelatínið.

Að auðvelda virknina

Hvetja til sköpunargáfu, könnunar og skjala

  • Líkan að rannsaka og gera tilraunir með efnin
  • Réttu nemendavinnublað #2 og fyrirmynd hvernig á að skrá athuganir
  • Sýndu hvernig á að skjalfesta:
    • Stærð og lögun gelatínbitar þeirra
    • Stefna gelatínsins og ljósið / ljósin
    • Öll leið ljósgeislans byrjar þegar hún fer frá Light Blox þegar hún fer í gegnum og síðan út úr gelatíni
    • Búðu til lið og dreifðu auðlindum. Gakktu úr skugga um að hvert lið hafi aðgang að „gelatínsplötu“ til að skera, kexskera, plasthníf, Light Blox (eða annan ljósgjafa), blað og upptökuefni.
  • Dæmið ljósin ef það er öruggt og mögulegt
  • Hringdu um bekkinn til að fylgjast með liðum þegar nemendur undirbúa og skipuleggja búnað sinn.
  • Hringdu um herbergið og fylgstu með þegar nemendur vinna. Þegar teymi vinna, fylgstu með viðleitni þeirra til að skína Light Blox í gegnum gelatínið, hjálpa einstaklingum eða teymum sem glíma við stjórnun búnaðar og uppsetningu.
  • Eftir því sem við á, fá nemendur til að ræða um starfsemi sína. Spyrðu nemendur opinna spurninga um viðleitni sína til að raða búnaði, skera lögun, stilla ljós, skrá það sem þeir horfa á og hvernig þeir hafa vit á athugunum sínum.
  • Ef við á, stöðva bekkinn til að deila vinnu eins eða fleiri liða með öðrum liðum. Notaðu slíkar truflanir til að varpa ljósi á jákvæð dæmi um könnun, þar á meðal en ekki takmarkað við: skapandi hönnun, aðferðir til að samræma ljós, gelatín og skjá, skráningu og teymisvinnu.

Allt tímabilið minna nemendur á að halda ítarlegar skrár yfir verk sín sem þeir munu vísa því til í framhaldinu.

Taktu saman og ígrundaðu

Komdu lokun á starfsemina, hvattu teymi til að deila vinnu sinni og draga ályktanir um niðurstöðurnar.

  • Í bekknum ræða niðurstöður nemenda
    • Hvernig best er að stilla gelatín og ljós til að fylgjast með leið ljóssins þegar það fer í gegnum gelatínið
    • Hvernig lögun gelatínsins hefur áhrif á leið ljóssins þegar það fer í gegnum gelatínið
    • Mundu að í framtíðinni muntu hanna linsukerfi til að bæta sjón manna. Hvað gerðir þú og lærðir í dag sem gildir um þessa áskorun?
    • Sem flokkur, sammála um aðferð til að rekja ljósleiðina þegar hún fer frá ljósgjafanum, fer í gegnum gelatínið og síðan út úr gelatíni.

Hvað er í gangi? Brotskilgreining og tilvísun í frekari upplýsingar. Valfrjálst: Kinesthetic Refraction Activity http://laserclassroom.com/products/kinesthetic-model-refraction/

STÖÐU 2: TILRAUN MEÐ LENSUFORMU (45-60 mín.)

Yfirlit

Nemendur nota vísindaferlið til að afhjúpa eigindlegt samband ljóss og lögun (íhvolfur, kúptur, ferningur, hringur) linsu.

Námsmat

Sem afleiðing af þessari starfsemi munu nemendur geta skráð braut eins ljósgeisla þegar hún fer frá ljósgjafanum í gegnum aðra hlið linsunnar til hinnar hliðar gelatíns; og draga ályktanir um hvernig ljós fer í gegnum gelatínbita með a

  • Flat/beint yfirborð
  • Boginn yfirborð
  • Lýstu, sýndu og skráðu leið ljóssins þegar hún fer í gegnum bæði kúpta og íhvolfa linsu (með 3 ljósum)
  • Auðkenndu og skilgreindu: íhvolfuð linsa, kúpt linsa, atviksgeisli, brotinn geisli

Fyrri þekking og færni

Endurskoðun í upphafi aðgerðarinnar:

  • Hvernig á að stilla gelatíni og ljósum (frá fyrri virkni)
  • Hvernig á að skrá ljósleið þegar hún fer í gegnum gelatín (frá fyrri virkni)

Settu upp fyrir virknina

Settu upp 4 stöðvar

  • 3 Light Blox og hringur af gelatíni
  • 3 Light Blox og ferningur af gelatíni
  • 3 ljós og mótuð kúpt linsa
  • 3 ljós og mótuð íhvolf linsa

Áður en tilraunin hefst: Útskýrðu vísindalega ferlið

  • Hvetja til kerfisbundinnar rannsóknar á ljósi og linsum. Á hverri stöð láta nemendur skrásetja athuganir sínar með teikningu, þar á meðal viðeigandi merkimiðum (atvik og brotnar geislar, íhvolfur eða kúpt linsa)
  • Munurinn á sjálfstæðri og háðri breytu
  • Hvaða breytur eru óháðar og háðar breytur á hverri stöð
  • Háð breytan er linsulaga - íhvolfur eða kúptur
  • Viðbótarskref í vísindaferlinu sem þú ætlast til að nemendur fylgi frá því að koma með tilgátu til að draga ályktanir.
  • VÍSINLEGT VINNSLA: https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp

Sýndu/sýndu hvernig á að mæla og skrá eftirfarandi:

  • Staðsetning og fjarlægð frá ljósgjöfum til linsunnar
  • Það sem gerist með leið ljóssins sem háð breytu, (lögun linsunnar), breytist.
  • Hegðun ljóss þegar hún fer í gegnum linsu
  • Farðu yfir orðaforða eins og þú sýnir fram á
    • Atviksgeisli
    • Brotinn geisli
    • Íhvolf linsa
    • Kúpt linsa
    • Brennidepill

Auðveldaðu virknina

  • Afhendu nemendavinnublað #3
  • Útskýrðu að í þessari starfsemi munu nemendur nota vísindaferlið til að gera skipulagðari og áþreifanlegri greiningu á áhrifum mismunandi gerða linsa á hegðun ljóss. Útskýrðu fyrir nemendum að þeir munu snúast um fjórar stöðvar.
  • Útskýrðu að á hverri stöð munu þeir leiða ljós í gegnum eina tegund linsu og skrá hegðun ljósgeisla þegar þeir fara í gegnum linsurnar.
  • Kenndu nemendum að fylgjast með og taka upp með teikningum og merkingum, athuganir þeirra á hverri stöð:
    • Light Source
    • Atvik Ray
    • Brotinn Ray
    • Íhvolf linsa
    • Kúpt linsa
    • Fokuspunktur (engin þörf á að kynna brennivídd á þessum tímapunkti, eða ræða sambandið milli brennipunkts og sjón nema það komi upp)
    • Skýringar, ályktanir, aðrar athuganir
  • Skiptu nemendum í pör. Úthluta pörum til stöðva.
  • Stilltu væntingar um tíma sem varið er á hverri stöð og fjölda fyrirkomuljósa ljósanna og linsunnar sem þú ætlast til að nemendur mæli og skrái á hverri stöð.
  • Hringdu um herbergið þegar teymi vinna að því að fylgjast með viðleitni þeirra. Hjálpaðu teymum að setja upp búnað sinn, bera kennsl á háðar og óháðu breyturnar og mæla, skrá og teikna niðurstöður þeirra.
  • Eftir því sem við á, ræddu við nemendur um tilraunauppsetningu þeirra, aðferðir þeirra til að mæla stöðu ljóssins, hornið á ljósgeislanum sem kemst inn og fer í gegnum linsuna og hvaða breytur þeir munu halda stöðugum þegar þeir flytja á næstu stöð og næsta linsa.
  • Ef tækifæri gefst til að varpa ljósi á viðleitni nemenda skaltu halda bekkjarumræðu um nokkrar af þeim athugunum sem þú hefur gert. Láttu nemendur útskýra fyrir jafnöldrum sínum tilraunaskipan þeirra, aðferðir til að mæla og skrá niðurstöður og ætlar að halda vinnu sinni stöðugri frá stöð til stöðvar.
  • Fylgstu með tímanum. Gefðu nemendum nægan tíma til að endurraða og mæla ljósin sín að minnsta kosti tvisvar eða þrisvar áður en þeir fara á aðra stöð.
  • Gefðu „fyrirvörun“ um það bil 5 mínútum áður en nemendur ættu að snúa sér að næstu stöð. Segðu þeim að ljúka störfum sínum á núverandi stöð.
  • Þegar 1-2 mínútur eru eftir skaltu láta nemendur hreinsa til og endurheimta stöðina eins og hún var þegar þau fundu hana (eða betra). Snúðu til annarrar stöðvar ef tími gefst. Ef ekki, útskýrðu að nemendur munu sækja hvar þeir hættu á næsta tímabili.

Taktu saman og ígrundaðu

Komdu lokun á starfsemina, hvattu teymi til að deila vinnu sinni og draga ályktanir um niðurstöðurnar.

  • Ræddu og deildu niðurstöðum og niðurstöðum sem flokkur
    • Ferningur vs hringur
    • Íhvolfar linsur framleiða brennidepil fyrir framan linsuna
    • Kúptar linsur framleiða brennipunkt aftan í linsunni
    • Fjarlægðin frá miðju linsunnar að brennidepli er kölluð brennidepill
    • lengd
    • Ávarp orðaforða

STÖFU 3: Búðu til þína eigin linsur - Hönnun og skjal (45-60 mín.)

Yfirlit

Nemendur stunda beint könnun og nota það sem þeir hafa lært hingað til til að skrá ferli um hvernig hægt er að búa til/hanna íhvolfar og kúptar linsur á mismunandi hátt (breidd).

Námsmat

Sem afleiðing af þessari starfsemi munu nemendur geta:

  • Lýstu, sýndu og skráðu hvernig á að skera bæði íhvolfa og kúpta linsu úr gelatíni með hringkökuskeri.
  • Dragðu ályktanir af vísbendingum um hvernig ljósleið hegðar sér þegar háð breytu (linsulaga, stærð, fjarlægð frá ljósgjafa) breytist.

Áður en aðgerðin hefst skaltu kynna, ræða eða rifja upp

Auðveldaðu virknina

Við mælum eindregið með því að þú takir þetta tímabil til að leyfa nemendum ákveðinn tíma (15-20 mínútur) til að berjast eftir að þú hefur sýnt þeim formin sem þeir eiga að búa til og gefið þeim efni sitt, frekar en að sýna nemendum beinlínis hvernig þeir eiga að búa til formin. Þegar þeir hafa fundið út hvernig á að búa til bæði íhvolfa og kúpta linsu, munu þeir skrá ferlið sem þeir notuðu.

Þessi áskorun leggur grunninn að því að skilja eitthvað grundvallaratriði, en ekki innsæi varðandi þessar linsur - að þær séu fengnar úr hringjum; og fullkomnari skilningur á stærðfræði sem lýsir eiginleikum linsna byggir á þeim skilningi. Þessi einfalda hagnýta virkni veitir nemendum upplifandi og innsæi af samskiptum milli íhvolfra/kúptra linsna og hringja.

  • Kynntu áskorunina í dag: Skráðu ferli fyrir hvernig á að skera kúpta og íhvolfa linsu
    • Íhvolfur: 2-3 mismunandi stærðir
    • Kúpt: 2-3 mismunandi stærðir
  • Gefðu hverju nemendapar sett af kringlóttum smákökuskerum og ~ 9 ”X 7” plötu af gelatíni.
  • Leyfa nemendum í 15-20 mínútur að gera tilraunir með að klippa út linsuform og einbeita sér að því að skrá endurtekið og áreiðanlegt ferli til að nota kringlótta kexskera til að hanna íhvolfar og kúptar linsur.
  • Hringdu um herbergið þegar teymi vinna að því að fylgjast með viðleitni þeirra. Hjálpaðu teymum að setja upp búnað sinn ef þörf krefur.

Taktu saman og ígrundaðu

  • Hættu nemendum eftir 15-20 mínútur til að halda bekkjarumræður um vinnu nemenda. Láttu nemendur útskýra fyrir jafnöldrum sínum tilraunaskipan og aðferðir til að skrá ferlið.
  • Sem flokkur, skrifaðu (skjalfestu) ferlið út frá niðurstöðum nemenda og inntaki.

VERKEFNI 4: TILRAUN MEÐ LENSUSTÆRU (BREIÐ) (45-60 mín.)

Yfirlit

Með því að nota ferlið sem skráð var á síðasta kennslutímabili taka nemendur þátt í vísindaferlinu til að safna og skrá gögn og komast að niðurstöðu um áhrif háðrar breytu (breidd linsunnar) á brennivíddina. Þetta er eigindlegt. Brennivíddin lengist eða styttist til dæmis.

Að skilja hvernig stærð (breidd) linsunnar og fjarlægðin frá ljósgjafa til linsunnar hafa áhrif á brennivídd mun hjálpa nemendum að hanna linsukerfi til að bæta sjón þegar þeir taka þátt í lokaáskoruninni.

  • Nemendur munu:
    • Hönnun:
      • Íhvolfur: 2 -3 mismunandi breiddir
      • Kúpt: 2-3 mismunandi breiddir
    • Skrá: Geislabraut OG áætluð brennivídd
      • Íhvolfar linsur: 2 -3 mismunandi breiddir
      • Kúptar linsur: 2-3 mismunandi breiddir
    • Ályktaðu eigindlegt samband milli breiddar linsu og brennivídd
    • Hugtök og hugtök:
      • Light Source
      • Brennivídd - hvernig hefur breyting á breidd linsunnar áhrif á brennivídd?

Áður en aðgerðin hefst skaltu kynna, ræða eða rifja upp

Sýndu/fyrirmynd hvernig á að fylgjast með, mæla og skrá

  • Hvernig á að ákvarða áætlaða brennivídd bæði íhvolfar og kúptar linsur
  • Hvað gerist með hegðun (slóð) ljóss sem háð breytu, (breidd linsunnar), breytist.
  • Farðu yfir eða kynntu orðaforða eins og þú sýnir fram á
    • Atviksgeisli
    • Brotinn geisli
    • Íhvolf linsa
    • Kúpt linsa
    • brennivídd

Auðveldaðu aðgerðina:

Hvetja til kerfisbundinna tilrauna með ljós og linsur

  • Kynntu markmið starfseminnar í dag:
    • Safna gögnum og draga ályktanir um áhrif stærð (breidd) linsunnar á brennivíddina
    • Safna gögnum og draga ályktanir um áhrif fjarlægðar frá ljósgjafa til linsu á brennivídd
  • Gefðu hverju nemendapari efni:
    • Sett af kringlóttum smákökuskerum
    • 9 ”X 13” plata af gelatíni
    • Sett af þremur Light Blox
  • Gefðu nemendum leiðbeiningar til
    • Hannaðu 3 kúptar linsur með mismunandi breidd
    • Mældu og skráðu breidd hverrar linsu og samsvarandi brennivídd
  • Gefðu nemendum leiðbeiningar til
    • Hönnun 3 íhvolfar linsur með mismunandi breidd
    • Mældu og skráðu breidd hverrar linsu og samsvarandi brennivídd
  • Gefðu nemendum leiðbeiningar til
    • Mældu og skráðu hvernig brennivíddin breytist eftir því sem fjarlægðin milli ljósgjafans og linsunnar breytist.
  • Þegar lið hafa skráð mælingar sínar og athuganir draga verkið til loka.
  • Gefðu nemendum tíma til að leggja lokahönd á vinnu sína, klára gagnatöflur og teikningar eftir þörfum.
  • Settu tíma til hliðar til að hreinsa til.

Samantekt og hugleiðing

Biðjið lið að deila niðurstöðum sínum. Haldið bekkjarumræðu þar sem teymi/einstaklingar útskýra hvað þeir gerðu, hvað þeir fylgdust með og hvaða skilning þeir hafa á niðurstöðunum. Það fer eftir nálgun þinni að þú gætir viljað nota eina af mörgum virkum námsaðferðum eða bjóða sjálfboðaliðum að teikna eða sýna verk sín fremst í bekknum.

  • Með því að nota niðurstöður nemenda, þ.mt teikningar og gagnatöflur, berðu saman muninn á því að fara með ljós þó hver linsutegund sé.
  • Í bekknum ræddu spurningar eins og:
    • Hvað verður um brennivíddina þegar breidd linsunnar eykst eða minnkar?
    • Er það það sama fyrir íhvolfa og fyrir kúptar?
    • Er niðurstaðan mismunandi eftir fjarlægð frá ljósi til linsu?
    • Hvað lærðirðu um kúptar og íhvolfar linsur sem munu hjálpa þér við lokaáskorunina?
  • Ræddu sem flokkur niðurstöður tilraunarinnar. Spurningar til að taka til eru meðal annars en takmarkast ekki við:
    • Hvernig breytist brennidepillinn þegar linsan verður minni/stærri?
    • Hvaða sönnunargögn styðja þessar ályktanir?
    • Hvernig eru niðurstöðurnar mismunandi milli íhvolfra og kúptra linsa?
    • Hvernig hjálpar það að skilja samband linsu og stærð linsu og brennidepils við lokaáskorunina við að hanna linsukerfi til að bæta sjón?
    • Ef nemendur spáðu um brennipunkt og linsustærð, hvernig var spá þeirra í samanburði við niðurstöðurnar? Kom einhver niðurstaða á óvart?
    • Í lokaverkefninu verður skorað á þig að búa til linsukerfi sem ætlað er að bæta sjón. Hvað lærðir þú um linsur og brennidepil sem hjálpa þér að takast á við áskorunina?
    • Rifjaðu upp myndir af auga (venjulegt, nærsýn og fjarsjón). Á hvaða hluta skýringarmyndarinnar myndirðu vilja að ljósið einbeitti sér?

STARFSEMI 5: TILRAUN MEÐ 2 LENSUKERFUM (45-60 mín.)

Yfirlit

Sem síðasta verkefni þeirra í undirbúningi fyrir hönnunaráskorunina rannsaka nemendur hegðun ljóssins þegar það fer í gegnum ýmsar samsetningar linsupara. Í lokaáskoruninni fá nemendur skýringarmynd af auga sjúklings. Ein linsa í kerfinu mun tákna linsuna sem finnst í auga. Nemendur þurfa að hanna eina eða fleiri gelatínlinsur til að leiðrétta eða bæta sjón sjúklingsins. Samsetning linsa og röðun þeirra þarf að beina ljósi að sjónhimnu í skýringarmynd augans sjúklings.

Fylltu út síðasta hluta KWL töflunnar FYRSTA.

Námsárangur

Sem afleiðing af þessari kennslustund munu nemendur geta:

  • Lýstu, sýndu og skráðu áhrif kerfis tveggja linsna á leið ljóss og brennivídd
    • 2 kúptar linsur
    • 2 íhvolfar linsur
    • 1 íhvolf og 1 kúpt linsa
  • Lýstu hlutverki linsa í ýmsum tækjum sem notuð eru til að auka sjón eða fókusmyndir
    • myndavél
    • Sjónauki
    • Smásjá
    • Stækkunargler
  • Lýstu hlutverki linsa í sjón manna
    • Mannlegt auga inniheldur kúpta linsu
    • Skýr mannleg sjón byggist á getu til að einblína ljós sérstaklega á sjónhimnu
    • Nærsýni og ofsýn sem algeng sjónræn vandamál
  • Spáðu fyrir um hvernig ýmsar linsur gætu aukið sjón manna þegar nærsýni eða ofsýni er til staðar.

Valfrjálst stærðfræði

https://www.khanacademy.org/science/physics/geometric-optics/lenses/v/multiple-lenssystems

Settu sviðið fyrir tilraunir með margar linsur.

Sem flokkur, gerðu lista yfir ýmis tæki sem nota tvær eða fleiri linsur. Ef nemendur benda til þess að augað ásamt gleraugum sé linsukerfi, útskýrðu að í lokatímanum munu þeir taka sérstaklega á þessari samsetningu. Í bili einbeita þér að tækjum eins og sjónauka, smásjá og sjónauka.

Biðjið nemendur að útskýra hvernig þeir telja að hin ýmsu tæki virki og tengsl linsunnar við linsur og ljós.

Útskýrðu að í þessari starfsemi munu nemendur rannsaka samsetningar linsa um hegðun ljóss. Útskýrðu að þeir munu fara ljósgeisla í gegnum tvær linsur til að fylgjast með og skrá niðurstöðurnar.

Í bekknum ræddu margar breytur í tilrauninni, hverjar á að breyta og hverjar eiga að vera þær sömu. Sumar breytur sem nemendur ættu að viðurkenna eru ma:

  • Fjarlægð milli linsa
  • Samsetning linsutegunda til að búa til linsupör
  • Staðsetning og fjarlægð ljósgjafa við linsur

Auðveldaðu virknina

Útskýrðu að í þessari starfsemi þurfa nemendur að halda vandlega skrá yfir störf sín. Láttu öll teymi vinna með allar linsusamsetningar, eftir því hvaða tíma er í boði, eða skipta bekknum í „sérfræðingahópa“ og fela þeim þá ábyrgð að tilkynna bekknum um kerfið sem þeir rannsökuðu.

Lið ættu að gera tilraunir með allar eða nokkrar af eftirfarandi linsusamsetningum:

  • Kúpt + kúpt
  • Íhvolfur + íhvolfur
  • Kúpt + íhvolfur
  • Fylltu út síðasta hluta KWL töflunnar FYRSTA
  • Láttu nemendur skipuleggja tilraunir sínar, teikna uppsetningu þeirra og búa til gagnatöflu til að skrá niðurstöður í. Að öðrum kosti, teiknaðu búnaðinn upp á töfluna og dreifðu gagnatöflu fyrir hvert lið.
  • Þegar teymi hafa sýnt viðeigandi áætlun um tilraunir sínar, gefðu þeim gelatín og tæki.
  • Gakktu úr skugga um að nemendur kanni áhrif linsusamsetningar OG áhrif þess að breyta fjarlægð milli linsa.
  • Vekja athygli á áhrifum mismunandi linsusamsetningar á hegðun ljóss.
  • Vekja athygli á áhrifum þess að breyta fjarlægð milli linsa á hegðun ljóss.
  • Hringdu um herbergið til að fylgjast með nemendum. Eftir því sem við á taka þátt lið í umfjöllun um tilraunaaðferðir, mælingar, athuganir og niðurstöður. Hjálpaðu þeim að tengja aðferðir sínar við niðurstöður sínar.
  • (Valfrjálst) Láttu nemendur búa til „geislamyndir“ fyrir linsur eins og þær sem sýndar eru hér.

 

 

Samantekt og hugleiðing

Komdu með lokun á tilraunum sem nemendur gerðu. Sem flokkur, skoðaðu hegðun ljóssins þegar það fer í gegnum ýmis linsupör og áhrif þess að breyta fjarlægðinni milli linsupara.

  • Ef þörf krefur, gefðu nemendum tíma til að fara yfir og ljúka vinnu frá fyrra skrefi í kennslustundinni áður en þeir kynna.
  • Láttu lið deila árangri sínum. Hvetja nemendur til að vísa í teikningar og gögn til að útskýra athuganir sínar og ályktanir.
  • Í bekknum skaltu ræða spurningar eins og:
    • Hvað verður um brennidepilinn þegar þú færir eina linsuna nær eða lengra frá hinni? Fer það eftir því hvaða linsusamsetningu þú notar?
    • Hvað gerist í brennidepli tveggja kúptra linsa
    • Hvað gerist í brennidepli tveggja íhvolfra linsa?
    • Hvað verður um ýmsar samsetningar mismunandi linsa?
    • Hvernig á að vinna með tvær (eða fleiri) linsur við lokaáskorunina um að hanna linsukerfi til að bæta sjón sjúklings?
    • Hvaða samsetningar linsa heldurðu að muni bæta sjón hjá nærsýnnum sjúklingi?
    • Hvaða samsetning linsa heldurðu að muni bæta sjón fyrir framsýnan sjúkling?

Valfrjálst

  • Gerðu tilraunir með viðbótarsamsetningum linsa.
  • Rannsóknarhönnun ýmissa tækja sem nota linsur eins og sjónauka, leysir, smásjá og sjónauka.

Áskorunin: Hannaðu tveggja linsukerfi til að leiðrétta sjónvandamál (2-45 mín.)

Yfirlit

Þessi starfsemi er lögð áhersla á að taka nemendur í gegnum ferli til að búa til linsukerfi sem leiðréttir sjónvandamál. Markmiðið með æfingatímanum er ekki að hanna fullkomna linsuna, heldur að skilja hvað fer í að leysa vandamál með verkfræðilegu ferli. Gefðu góðum tíma og sumum skipulögðum mörkum til að leyfa uppgötvun að hvetja til könnunar!

Fyrri þekking og færni

  • Ljós fer í beina línu þar til það rekur á hlut eða ferðast frá einum miðli til annars
  • Allt sem við sjáum er afleiðing ljóss sem berst í augu okkar; mest af því ljósi endurkastast
  • Þegar ljós fer frá einum miðli til annars (þ.e. í gegnum linsu) er ljósið bogið eða brotið
  • Lögun og efni linsunnar hefur áhrif á hvernig ljósið beygist
  • Augað inniheldur linsu sem beinir ljósi á sjónhimnu. Skýr sjón veltur á getu linsu augans til að beygja ljósið sem berst í augað þannig að myndin myndist sérstaklega á sjónhimnu

Auðveldaðu aðgerðina:

  • Farið yfir og vísið í KWL töflu nemenda
  • Réttu út eitt sett af Light Blox með slitahettunum á og tvær mótaðar gelatínlinsur (eina kúpta og eina íhvolfa) fyrir hvern hóp af 3 nemendum.
  • Sýndu nemendum hvernig á að kveikja á ljósunum og gefðu þeim 3-5 mínútur til að kanna hvernig ljósið hreyfist í gegnum linsurnar.
  • Réttu sniðmát af auga með „venjulegri“ sjón. Láttu nemendur setja mótaða kúptu linsuna „í“ augað til að sjá að ljósið kemur í brennidepli Á sjónhimnu. Að sjá greinilega fer eftir því að brennipunkturinn lendir á tilteknum stað í auga, sem kallast sjónhimna.
  • Næst skaltu láta nemendur setja mótaða kúptu linsuna á sniðmát ofsjónauga sem þarfnast leiðréttingar á sjón vegna þess að ljósið lendir á röngum stað. Taktu eftir hvar þungamiðjan er. Þetta skapar ekki góða sýn!
  • Biddu þá um að skilgreina vandamálið og velta fyrir sér lausn ... Hvað gæti „fært“ brennidepilinn á annan stað. Á þessum tímapunkti, leyfðu nemendum tíma með bæði íhvolfu og kúptu linsurnar saman svo að þeir geti uppgötvað að íhvolfu linsan hreyfir brennidepilinn.
  • Næst skaltu gefa hverjum hópi ferning (~ 4 ”X 8”) af tilbúnum, tvöföldum styrktu venjulegu gelatíni og 3 kringlóttum kexskerum með ýmsum þvermálum.
  • Útskýrðu að með þessu gelatíni munu þeir búa til SECOND linsu til að leiðrétta sjónvandamálið. Efnin og verkfærin sem þeim standa til boða eru gelatín, hníf og kexskútur!
  • Biddu nemendur fyrst að æfa sig í að búa til íhvolfar og kúptar linsur með kexskúrum sínum og gelatíni.
  • Næst skaltu biðja nemendur um að smíða linsur með því að nota kexskútu, plasthnífinn og gelatínið, sem mun leiðrétta sjónvandamálin sem sýnd eru á sniðmátunum.
  • Þegar nemendur búa til, prófa og bæta linsuhönnun sína, taka þeir þátt í grundvallaratriðum í verkfræðilegu ferli með því að nota linsur og ljós.

Markmiðið er að leyfa nemendum að skilja að hægt er að vinna með ljós með linsum - og að með því að gera þetta geta þeir leyst vandamál. Það verður krefjandi að fá linsuna rétt. Fyrir lengra komna nemendur geturðu kynnt brennivídd, bogadraum og brotstuðul sem stærðfræðilegar aðferðir til að búa til lausnir frekar en „trial and error“ nálgunina sem þeir nota.

Tímabreyting

Kennslustundina er hægt að gera í allt að 1 kennslustund fyrir eldri nemendur. Hins vegar, til að hjálpa nemendum að finna fyrir áhlaupi og til að tryggja velgengni nemenda (sérstaklega fyrir yngri nemendur), skaltu skipta kennslustundinni í tvö tímabil og gefa nemendum meiri tíma til að hugleiða, prófa hugmyndir og ganga frá hönnun þeirra. Framkvæmdu prófanirnar og debriefið á næsta tíma.

Bakgrunnshugtök

Augnskýrslur

 

 

 

 

 

 

 

Grafa dýpra

Internet tengingar

Ritstörf

Hvaða önnur forrit hafa linsur í heiminum okkar?

Aðlögun námskrár

Aðlögun að námskrárramma

Athugaðu: Allar kennslustundir í þessari röð eru í samræmi við tölvunarfræðikennara Félag K-12 tölvunarfræðistaðla, bandarískra kjarnastaðla í stærðfræði í Bandaríkjunum, og ef við á einnig við landsráð kennara í stærðfræði og staðla fyrir stærðfræði skóla, staðla International Technology Education Association fyrir tæknilæsi og bandarísku National Science Education Standards sem voru framleidd af National Research Council.

Auðkjarnahugmyndir 

∙ PS4.B: Rafsegulgeislun

o Ljósleiðina má rekja sem beinar línur, nema á yfirborði milli mismunandi gagnsæra efna (td loft og vatn, loft og gler) þar sem ljósleiðin beygist milli miðla. (MS-PS4-2)

∙ ETS1.A: Skilgreina og afmarka verkfræðileg vandamál

o Því nákvæmari sem hægt er að skilgreina forsendur hönnunarverkefna og takmarkanir því meiri líkur eru á að hönnuð lausn skili árangri. Tilgreining á takmörkunum felur í sér íhugun á vísindalegum meginreglum og annarri viðeigandi þekkingu sem er líkleg til að takmarka mögulegar lausnir (MS-ETS1-1)

∙ ETS1.B: Þróun mögulegra lausna

o Prófa þarf lausn og breyta henni á grundvelli niðurstaðna prófana til að bæta hana. MS-ETS-4)

Vísinda- og verkfræðileg vinnubrögð 

∙ Skilgreindu hönnunarvandamál sem hægt er að leysa með þróun hlutar, tækja, ferli eða kerfis og inniheldur margar forsendur og þvinganir, þar á meðal vísindalega þekkingu sem getur takmarkað mögulegar lausnir. (MS-ETS1-1)

∙ Þróaðu og notaðu líkan til að lýsa fyrirbærum (MS-PS4-2)

∙ Greina og túlka gögn til að ákvarða líkt og mismun á niðurstöðum. (MS ETS1-3)

Yfirskurðarhugtök

∙ Uppbygging og virkni

o Hægt er að hanna mannvirki til að þjóna sérstökum aðgerðum með því að taka tillit til eiginleika mismunandi efna og hvernig hægt er að móta og nota efni (MS PSR-2)

o Hægt er að hanna mannvirki til að þjóna sérstökum aðgerðum

Vinnublað nemenda

Vinnublað nemenda #1: KWL mynd

Nafn nemanda Dagsetning

 

Hjúkrunarfræðingar, læknar og verkfræðingar vinna saman að því að hanna og smíða gleraugu og önnur tæki sem bæta sjón. Í þessari áskorun muntu hanna linsukerfi til að bæta sjón sjúklings.

Hvað þarftu að vita um mannlegt auga og linsur til að bæta sjón einhvers?

Notaðu KWL grafíska skipuleggjandann hér að neðan til að skrá það sem þú veist, vilt vita og lærir að hanna gleraugu til að bæta sjón einhvers

Það sem ég Vita um augu og linsur Það sem ég Viltu að vita um augu og

Linsur

 Það sem ég Lært um Augu og

Linsur
 

 

 

 

  

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

Nemendavinnublað 2: Efniviður og uppsetning tilrauna

Nafn nemanda Dagsetning

 

Til að ljúka hönnunaráskoruninni í lok þessarar einingar þarftu ekki að vita hvernig á að stilla gelatín og ljós til að fylgjast með ljósleið þegar það fer frá ljósgjafanum í gegnum gelatínbita

Lýstu og skráðu leið ljóssins með orðum og/eða teikningum þegar það fer í gegnum gelatín: o Með gelatíni lagt flatt á borðið o Með gelatíni er EKKI lagt flatt á borðið

  • 1 geisli með Light Blox sitjandi á breiðari hliðinni
  • 1 geisli með Light Blox sitjandi á þrengri hliðinni
  • 3 geislar í einu

 

 

 

 

 

 

 

 

Vinnublað nemenda 3: Ray Tracing

Notaðu orð og teikningar og skráðu leið einn ljósgeisla þegar hann fer frá ljósgjafanum í gegnum aðra hlið linsunnar á hina hliðina á gelatíni; og draga ályktanir um hvernig ljós fer í gegnum gelatínbita með a

  • Flat/beint yfirborð
  • Boginn yfirborð
  • Lýstu, sýndu og skráðu leið ljóssins þegar hún fer í gegnum bæði kúpta og íhvolfa linsu (með 3 ljósum)
  • Auðkenndu og skilgreindu: íhvolfuð linsa, kúpt linsa, atviksgeisli, brotinn geisli

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Nemendavinnublað 4: Augnsniðmát

 

Translations

Lestraráætlun Þýðing

Prentvæn, PDF og tölvupósturPrenta PDF
Prentaðu eða halaðu niður kennsluáætlun PDF
 

Niðurhalsvottorð um frágang námsmanna