1 VEŠKERÁ HMOTA VE VESMÍRU JE TVOŘENA VELMI MALÝMI ČÁSTICEMI

Úkol 2: Zákon odrazu

Pracovní list Workshop

Cílem tohoto úkolu je, aby žáci ověřili zákon odrazu světla. Před zahájením experimentů je vhodné přirovnat světlo k proudu částic a pokusit se s žáky na nákresu odhadnout, jakým způsobem bude odraz světla od zrcadla probíhat. Není možné využít mechanickou analogii do důsledků a pracovat s pojmy jako dokonale pružný ráz, kinetická energie a hybnost. Je nutné spolehnout se na empirickou zkušenost žáků. Případně je možné sestavit si improvizovaný biliardový stůl – vodorovná deska s  mantinelem na jedné straně – a  zkoušet si odrazy pomocí pružného míčku posílaného na mantinel pod různými úhly. Dá se však předpokládat, že zkušenost, kterou žáci získají tímto pokusem, už mají zažitou z minulosti. Na základě tohoto předběžného pokusu z mechaniky nebo na základě předcházející zkušenosti žáci vyplní první sloupec tabulky s předpokládaným průběhem experimentu.

Postup:

Poté žáci přistoupí k  vlastnímu experimentu se světelným zdrojem a  zrcadlem. Na stůl položíme bílý kreslící papír a kolmo na něj postavíme zrcadlo. Pomocí laserového ukazovátka žáci promítají na papír světelný paprsek a pozorují, kam se odráží. Laserový paprsek je samozřejmě úzký i ve směru kolmém k papíru, takže se i při položení ukazovátka prakticky do roviny papíru promítne na papír jen část paprsku. Lehkým náklonem nebo houpáním ukazovátka ve svislé rovině promítají žáci na papír bližší nebo vzdálenější část paprsku. Stopu paprsku si vyznačí na papír tužkou, a tak postupně získají průběh celého dopadajícího i odraženého paprsku. (Je důležité, aby při naklánění ukazovátka neměnili bod dopadu paprsku na zrcadlo ani umístění samotného ukazovátka.) Poté, co mají vyznačen celý průběh paprsku, překreslí ho do tabulky. (Místo laserového ukazovátka lze s výhodou využít světelný zdroj ze školní soupravy pro optiku, ideálně taktéž laserový.)

Postup opakují pro všechny 4 vzájemné polohy světelného zdroje a zrcadla naznačené v zadání. Není přitom úplně rozhodující, či úhel v  experimentu odpovídá úplně přesně úhlu v zadání. Rozhodující je, aby žáci vykonali experiment pro tyto situace: 1) dopadající paprsek je téměř rovnoběžný se zrcadlem (svírá s rovinou zrcadla úhel okolo 10 °); 2) dopadající paprsek svírá s rovinou zrcadla úhel okolo 45° (aby byl dopadající a odražený paprsek víceméně kolmý); 3) paprsek dopadá pod úhlem okolo 70 – 80° (téměř, ale ne úplně kolmo);4) paprsek dopadá kolmo k  zrcadlu. Zadané úhly jsou určeny jen kvůli orientaci učitele, neboť žáci zatím většinou nepoznají úhlovou míru. Taktéž není příliš vhodné udávat žákům číselně polohu paprsku od roviny zrcadla, protože v kvantitativním vyjádření zákona odrazu se pracuje s úhlem mezi paprskem a kolmicí. Na základě experimentálně zjištěných průběhů dopadajících a odražených paprsků žáci odvodí zákon odrazu ve smyslu, že dopadající a odražený paprsek svírají se zrcadlem stejný uhel. Zde lze ještě tolerovat, že žáci vztahují úhel k rovině zrcadla, i když vzhledem k výše uvedenému je vhodnější, aby se snažili porovnávat úhly od kolmice. Protože celý pokus probíhá v rovině kreslícího papíru, není teď nutné zavádět druhé tvrzení zákona odrazu, že odražený paprsek zůstává v rovině dopadu.

Poznámky pro žáky se ŠVVP:

  • žáci s  poruchami učení – Postačí vyplnění dvou řádků tabulky (např. první a  třetí). Závěr o stejném úhlu dopadu a odrazu by měl být v mezích možností vždy odvozený.
  • nadaní žáci– Logickou úvahou a  myšlenkovým zevšeobecněním experimentu do prostoru (= 3. rozměru) lze dospět k druhému tvrzení zákona odrazu, tedy, že odražený paprsek zůstává v rovině dopadu.