Úkol 2: VZTAH MEZI FREKVENCÍ A VLNOVOU DÉLKOU

Cvičení je převzato ze stránky tréninkových materiálů NASA. Vhodné pro starší žáky (nad 12 let). Originál (v angličtině) naleznete na adrese: https://imagine.gsfc.nasa. gov/educators/lessons/roygbiv/.

Cíl úkolu

Žáci najdou a experimentálně potvrdí vztah mezi frekvencí a vlnovou délkou elektromagnetického spektra. Zjistí, jak se tyto dvě veličiny týkají barev v elektromagnetickém spektru.

Pomůcky

■ jedna pokladní páska a papírová lepicí páska (postačuje pro celou třídu)

Každý žák by měl mít:

■ sadu červené, zelené a fialové tužky + černou tužku

■ kus kartonu ve formátu A4

■ nůžky

■ čtyři tlustší učebnice nebo knihy

■ hodinky s ručičkami

■ vytištěné přílohy ke cvičením (pracovní list, tabulka, dotazník)

■ vytlačené prílohy k cvičeniam (pracovný list, tabuľka, dotazník)

Metodické pokyny pro učitele:

1. Dejte žákům 5 minut popřemýšlet o souvislostech v různých oblastech EM spektra a mezi samotnými oblastmi (můžete jim ukázat obrázek s označením různých oblastí). Dokážou si žáci vzpomenout na zařízení, které fungují v různých oblastech? Diskutujte 5 minut o výsledcích

2. Žákům vysvětlete, že světlo můžeme vnímat jako vlny, které mají různé vlnové délky a frekvence. Vlnová délka je vzdálenost mezi dvěma sousedními body se stejnou fází podél vlny (např. dva vrcholy tak, jak je znázorněno na obrázku).

3. Žákům vysvětlete, že frekvence udává celkový počet vlnových délek, které procházejí určitým bodem, za 1 sekundu (ilustrace pojmu je dána na obrázku, kde „high frequency“ znamená vysokou frekvenci a „low frequency“ znamená nízkou frekvenci).

Světlo se pohybuje vždy stejnou rychlostí, ale různé barvy mají různé vlnové délky a frekvence. Různé vlnové délky v podstatě způsobují rozdělení světla na různé barvy (světelné spektrum). Můžete se zeptat žáků, která barva má nejkratší vlnovou délku (můžete jim ukázat obrázek, který se podobá obrázku výše). Odpověď: červená

4. Rozdejte přílohy a vysvětlete žákům, že účelem cvičení je ukázat vztah mezi frekvencí a vlnovou délkou.

5. Rozdělte třídu do skupin s 3 žáky. Každá skupina si musí zvolit, kdo bude odpovědný za údaje, kdo bude zodpovědný za materiály a kdo bude sledovat čas. Správce času dohlíží na rychlé a přesné provedení cvičení a v případě potřeby pomáhá.

6. Správce materiálu poskytuje všechen potřebný materiál (u učitele vyzvedne pokladní pásku a papírovou lepicí pásku, shromáždí ostatní věci).

7. Správce dat přečte pokyny a pak do rukou vezme pokladní pásku dlouhou 140 cm. Nejprve odměří 20 cm, nakreslí černou svislou čáru a napíše „start“. Dále změří dalších 100 cm od počáteční svislé čáry, nakreslí druhou černou svislou čáru a napíše „konec“. Do konce pokladní pásky by mělo zůstat 20 cm.

8. Správce materiálu barevnými tužkami nakreslí tři vodorovné čáry (od počáteční po konečnou svislou čáru), které jsou od sebe rovnoměrně vzdáleny, přičemž horní čára je červená, střední zelená a spodní z nich je fialová, což představuje tři různé oblasti světelného spektra.

9. Správce dat každých 14 cm nakreslí menší červené svislé čáry na červenou vodorovnou čáru. Dále každých 10 cm nakreslí menší zelené svislé čáry na zelenou vodorovnou čáru, a každých 8 cm nakreslí menší fialové svislé čáry na fialovou vodorovnou čáru. Tyto čáry budou představovat různé vlnové délky různých barev světla.

10. Správce materiálu přilepí papírovou lepicí páskou koncem pásky (tam, kde je nápis „konec“) k tužce a to tak, aby se mohla pokladní páska navinout na tužku.

11. Správce dat vezme karton ve formátu A4. Potom vyřízne obdélník uprostřed dlouhé strany 10 cm dlouhý a 5 cm široký (jak je to znázorněno na levém obrázku).

12. Správce materiálu pomocí správce času postaví karton s výřezy svisle k lavici a zajistí jej pomocí silnějších učebnic/knih. Pásku pak opatrně prosmýkne mezi kartonem a spodními knihami tak, aby značka „start“ na pokladní pásce byla ve středu otvoru vytvořeného v kartonu (pravý obrázek nahoře není přesný, ale poskytuje představu o tom, kudy prochází pokladní páska).

13. Správce dat vezme tabulku (je to jedna z vytištěných příloh) a sedne si před karton s otvorem.

14. Správce času spustí experiment vyslovením slova „start“. Mezitím správce materiálu začne pomalu a rovnoměrně tahat pokladní pásku od začátku a správce času začne odpočítávat čas v sekundách (pomocí hodinek).

15. Správce dat označí zaškrtnutím příslušné políčko v tabulce pokaždé, když v otvoru uvidí vlnovou délku. Když se objeví značka „konec“, řekne správci času, aby zastavil odpočet času.

16. Každá trojice udělá jednu zkoušku a potom experiment provede třikrát.

17. Správce dat spočítá a do tabulky zapíše celkový počet vlnových délek tak, jak je bylo vidět pro každou barvu, jakož i průměrný čas (v sekundách) od začátku až po konec experimentu.

18. Všichni společně určí frekvenci pro každou z barevných světelných vln (počet vlnových délek, které prošly určitým bodem, tedy přes otvor v kartonu, po dobu 1 sekundy). Správce dat to zapíše do tabulky.

19. Po ukončení cvičení rozdejte žákům vytištěný dotazník, který musí každý žák samostatně vyplnit. Dotazník může být považován za hodnotící test a po jeho vyplnění žáci mohou o (ne)správných odpovědích diskutovat.