Úloha 2: Frekvencia a vlnová dĺžka – spojenie

Cieľ úlohy

Žiaci nájdu a experimentálne potvrdia vzťah medzi frekvenciou a dĺžkou vĺn v elektromagnetickom spektre (EM spektrum). Zistia tiež, ako sa tieto dve dimenzie týkajú farieb v elektromagnetickom spektre.

Pomôcky

■ jedna pokladničná páska a papierová lepiaca páska (postačuje pre celú triedu) Každý žiak by mal mať
■ sadu červenej, zelenej a fialovej ceruzky + čiernu ceruzku
■ kus kartónu vo formáte A4
■ nožnice
■ štyri hrubšie učebnice alebo knihy
■ hodinky s ručičkami
■ vytlačené prílohy k cvičeniam (pracovný list, tabuľka, dotazník)

Metodické pokyny pre učiteľov

1. Dajte žiakom 5 minút popremýšľať o súvislostiach v rôznych oblastiach EM spektra a medzi samotnými oblasťami (môžete im ukázať obrázok s označením rôznych oblastí). Vedia si žiaci spomenúť na zariadenia, ktoré fungujú v rôznych oblastiach? Diskutujte 5 minút o výsledkoch.

2. Žiakom vysvetlite, že svetlo môžeme vnímať ako vlny, ktoré majú rôzne dĺžky a frekvencie. Dĺžka sa nazýva vzdialenosť medzi dvoma identickými bodmi pozdĺž vlny (napr. 2 vrcholy tak, ako je znázornené na obrázku).

3. Žiakom vysvetlite, že frekvencia je celkový počet vlnových dĺžok, ktoré prechádzajú určitým bodom za 1 sekundu (ilustrácia pojmu je daná na obrázku vyššie.

4. Rozdajte prílohy a vysvetlite žiakom, že účelom cvičenia je ukázať konštantný vzťah medzi frekvenciou a vlnovou dĺžkou.

5. Rozdeľte triedu do skupín s 3 žiakmi. Každá skupina si musí zvoliť, kto bude zodpovedný za údaje, kto bude zodpovedný za materiály a kto bude sledovať čas. Manažér času dohliada na rýchle a presné vykonanie cvičenia a v prípade potreby pomáha.

6. Manažér materiálov poskytuje všetky potrebné materiály (od učiteľa zoberie pokladničnú pásku a papierovú lepiacu pásku, zhromaždí ostatné materiály).

7. Manažér údajov prečíta pokyny a potom do rúk zoberie pokladničnú pásku dlhú 140 cm. Najprv odmeria 20 cm, nakreslí čiernu zvislú čiaru a napíše „Štart“. Ďalej odmeria ďalších 100 cm od počiatočnej zvislej čiary, nakreslí druhú čiernu zvislú čiaru a napíše „Koniec“. Do konca pokladničnej pásky by malo zostať 20 cm.

Poznámka: takto treba začať, označovať farby, kým nedosiahnete 100 cm.

8. Manažér materiálov farebnými ceruzkami nakreslí tri vodorovné čiary (od počiatočnej po konečnú zvislú čiaru), ktoré sú od seba rovnomerne vzdialené, pričom horná čiara je červená, stredná zelená a najnižšia z nich je fialová, čo predstavuje tri rôzne oblasti svetelného spektra.

9. Manažér údajov každých 14 cm nakreslí menšie červené zvislé čiary na červenú vodorovnú čiaru. Ďalej každých 10 cm nakreslí menšie zelené zvislé čiary na zelenú vodorovnú čiaru, a každých 8 cm nakreslí menšie fialové zvislé čiary na fialovú vodorovnú čiaru. Tieto čiary budú predstavovať rôzne vlnové dĺžky rôznych farieb svetla.

10. Manažér materiálov papierovou lepiacou páskou prilepí koniec pásky (tam, kde je nápis „Koniec“) k ceruzke a to tak, aby sa mohla pokladničná páska navinúť na ceruzku.

11. Manažér údajov vezme kartón vo formáte A4. Potom oreže obdĺžnik v strede dlhej strany 10 cm dlhý a 5 cm široký (ako je to znázornené na ľavom obrázku).

12. Manažér materiálov pomocou manažéra času položí kartón s výrezmi vertikálne na lavicu a zaistí ho pomocou hrubších učebníc/kníh. Pásku potom opatrne prešmykne medzi kartónom a spodnými knihami tak, aby značka „Štart“ na pokladničnej páske bola v strede otvoru urobeného v kartóne (pravý obrázok hore nie je presný, ale poskytuje predstavu o tom, kadiaľ prechádza pokladničná páska).

13. Manažér údajov zoberie tabuľku (je to jedna z vytlačených príloh) a sadne si pred kartón s otvorom.

14. Manažér času spustí experiment vyslovením slova „Štart“. Medzitým manažér materiálov pomaly a rovnomerne začne ťahať pokladničnú pásku od začiatku a manažér času začne odpočítavať čas v sekundách (pomocou hodiniek).

15. Manažér údajov zaškrtne príslušné políčko v tabuľke zakaždým, keď v otvore uvidí vlnovú dĺžku. Keď sa objaví značka „Koniec“, povie manažérovi času, aby zastavil odpočítanie času.

16. Každá trojica urobí jednu skúšku a potom trikrát urobí experiment.

17. Manažér údajov zistí a do tabuľky zapíše celkový počet vlnových dĺžok tak, ako ich bolo vidieť pre každú farbu, ako aj priemerný čas (v sekundách) od začiatku až po koniec experimentu.

18. Všetci spoločne určia frekvenciu pre každú z farebných svetelných vĺn (počet vlnových dĺžok, ktoré prešli určitým bodom, teda cez otvor v kartóne, po dobu 1 sekundy). Manažér údajov to zapíše do tabuľky.

19. Po ukončení cvičenia rozdajte žiakom vytlačený dotazník, ktorý musí každý žiak samostatne vyplniť. Dotazník môže byť považovaný za hodnotiaci test a po jeho vyplnení žiaci môžu o (ne)správnych odpovediach diskutovať.