Problems resul ng from dispersion of light. Scenariusz Lesson plan

(1)

Problems resul ng from dispersion of light

Problems resul ng from dispersion of light Scenariusz

Lesson plan

(2)

Problemy wynikające z rozszczepienia światła You will learn

how to recognize the phenomenon of chromatic aberration in photographs, how to explain what causes chromatic aberration,

what causes the phenomenon of chromatic aberration.

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl

Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

Before you start:

Explain what dispersion of light is.

Source: licencja: CC 0.

Problems resul ng from dispersion of light

(3)

Task 1

nagranie abstraktu

Look at the photos in the gallery. Do you no ce anything special?

Zasób interaktywny dostępny pod adresem h ps://epodreczniki.pl/a/Duay1zWlq

Examples of chroma c aberra on in photography Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

On some photos, one might notice that the edges of the objects are surrounded with colourful fringes This phenomenon is known as chromatic aberration and it is

a consequence of dispersion.

(4)

The perfect, very thin lens focuses the refracted rays exactly in the single focal point. But in the real world most of the lenses are not so perfect.

The chromatic aberration is caused by the inability of a lens to focus all colours in the single focal point. The reason is that the focal length depends on the index of refraction i.e. for blue light is larger than that of red light.

Aberra on in a convex lens Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

Image correc on

As the chromatic aberration reduces the image sharpness and contrast, often being an unwanted effect, especially in optical devices like telescopes, cameras, glasses or contact lenses.

The simplest method to reduce aberration is to use an aperture. However, it reduces signiﬁcantly the amount of light passing through a lens.

Another way to reduce aberration is to use a set of lenses of different shapes and made from different materials.

(5)

nagranie abstraktu

Deﬁni on: Achroma c lens

A concave lens is added to a single lens, made from material with greater capability to disperse light, which causes red and blue light to be focused at the same point. The fringe around the image disappears partially.

nagranie abstraktu

Deﬁni on: Apochroma c lens

Adding yet another convex lens causes green light to be focused at the same focal point as red and blue. The fringe is further decreased.

nagranie abstraktu

(6)

Summary

Chromatic aberration is an optical phenomenon that occurs when a lens is unable to focus all colours at the same point due to the fact that each of them has a different refraction index.

Exercises

Exercise 1

Exercise 2

Order the seven primary rainbow colours according to their focal length of a convex lens, from the largest to the smallest.

Exercise 3

Explain in English what chroma c aberra on is.

Choose the correct sentences.

Chroma c aberra on in lenses is due to dispersion of light.

For red colour the focal length of a convex lens is the largest.

When light travels from air into a glass prism, its speed decreases.

Converging lenses are thinner at the centre than at the edges.



(7)

Exercise 4

Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.

Glossary

chroma c aberra on aberracja chromatyczna

wymowa w języku angielskim: chromatic aberration

colourful fringe kolorowa otoczka

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl Match English terms with their Polish equivalents.

dispersion współczynnik załamania

refrac on dyspersja

refrac on index załamanie

chroma c aberra on soczewka

focal length skupiająca

converging ognisko

diverging aberracja chromatyczna

colour fringe rozpraszająca

lens kolorowa otoczka

focal point ogniskowa

(8)

wymowa w języku angielskim: colourful fringe

converging skupiająca

wymowa w języku angielskim: converging

dispersion

dyspersja, rozszczepienie

wymowa w języku angielskim: dispersion

diverging rozpraszająca

wymowa w języku angielskim: diverging

focal length ogniskowa

wymowa w języku angielskim: focal length focal point

ognisko

(9)

wymowa w języku angielskim: focal point

lens soczewka

wymowa w języku angielskim: lens

refrac on załamanie

wymowa w języku angielskim: refraction

refrac on index

współczynnik załamania

nagranie abstraktu

Keywords

chromatic aberration colourful fringe dispersion focal length refraction

(10)

Scenariusz

Temat

Problemy wynikające z rozszczepienia światła Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

IX. Optyka. Uczeń:

10) opisuje światło białe jako mieszaninę barw i ilustruje to rozszczepieniem światła w pryzmacie; wymienia inne przykłady rozszczepienia światła.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Rozpoznaje zjawisko aberracji chromatycznej.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Podaje przykłady aberracji chromatycznej.

2. Wyjaśnia zjawisko aberracji w oparciu o zjawisko załamania i dyspersji światła.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje zjawisko aberracji chromatycznej na fotograﬁach, - wyjaśnia przyczyny zjawiska aberracji chromatycznej.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Doświadczenie.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

(11)

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Powtórzenie wiadomości:

- Wyjaśnij, na czym polega dyspersja światła.

Realizacja lekcji Polecenie

Przyglądnij się zdjęciom umieszczonym w galerii. Czy zauważasz coś szczególnego?

[Slideshow]

Na niektórych zdjęciach można zauważyć, że krawędzie obiektów mają kolorową otoczkę.

Zjawisko to nosi nazwę aberracji chromatycznej i jest konsekwencją zjawiska dyspersji.

Idealna, bardzo cienka soczewka skupia załamane promienie dokładnie w jednym ognisku.

W świecie rzeczywistym większość soczewek nie jest tak doskonała.

Aberracja chromatyczna jest spowodowana niezdolnością soczewki do skupienia wszystkich barw w jednym ognisku. Spowodowane jest to tym, że długość ogniskowej zależy od

współczynnika załamania, który np. dla barwy niebieskiej jest większy niż dla czerwonej.

[Ilustracja 1]

Korekcja obrazu:

Aberracja chromatyczna zmniejsza ostrość i kontrast obrazu, będąc często niepożądanym efektem, w szczególności w urządzeniach optycznych takich jak teleskopy, aparaty

fotograﬁczne, okulary czy soczewki kontaktowe.

Najprostszą metodą redukcji aberracji jest użycie przesłony, bowiem efekt aberracji chromatycznej zwiększa się wraz ze wzrostem odległości od osi optycznej. W ten sposób jednak znacznie zmniejsza się ilość światła docierającego do soczewki.

Innym sposobem na zmniejszenie aberracji jest użycie zestawu soczewek o różnych kształtach i zbudowanych z różnych materiałów.

Deﬁnicja

Soczewka achromatyczna - do pojedynczej soczewki dodana zostaje soczewka rozpraszająca, zbudowana z materiału o większej zdolności do rozpraszania światła, która powoduje, że barwa czerwona i niebieska ogniskowane są w tym samym punkcie. Otoczka wokół obrazu częściowo znika.

(12)

Deﬁnicja

Soczewka apochromatyczna - dodanie kolejnej soczewki skupiającej powoduje, że barwa zielona ogniskowana jest w tym samym punkcie, co czerwona i niebieska. Otoczka zostaje jeszcze bardziej zmniejszona.

[Ilustracja 2]

Podsumowanie lekcji

Aberracja chromatyczna jest zjawiskiem optycznym zachodzącym wtedy, gdy soczewka nie jest w stanie skupić wszystkich barw w tym samym punkcie ze względu na to, że każda z nich posiada inną wartość współczynnika załamania.

(13)

Lesson plan

Topic

Problems resulting from dispersion of light Level

Second

Core curriculum

IX. Optics. The student:

10) describes white light as a mixture of colours and illustrates this by splitting the light in a prism; lists other examples of light splitting.

Timing

45 minutes

General learning objectives

Recognize the phenomenon of chromatic aberration.

Key competences

1. Give examples of chromatic aberration.

2. Explain the phenomenon of chromatic aberration in the context of refraction and dispersion.

Operational (detailed) goals

The student:

- recognize the phenomenon of chromatic aberration in photographs, - explain what causes chromatic aberration.

Methods

1. Discussion.

2. Experiment.

Forms of work

(14)

1. Individual work.

2. Group work.

Lesson stages

Introduction

Revision:

- Explain what dispersion of light is.

Procedure Task

Look at the photos in the gallery. Do you notice anything special?

[Slideshow]

On some photos, one might notice that the edges of the objects are surrounded with colourful fringes. This phenomenon is known as chromatic aberration and it is

a consequence of dispersion.

The perfect, very thin lens focuses the refracted rays exactly in the single focal point. But in the real world most of the lenses are not so perfect.

The chromatic aberration is caused by the inability of a lens to focus all colours in the single focal point. The reason is that the focal length depends on the index of refraction i.e. for blue light is larger than that of red light.

[Illustration 1]

Image correction:

As the chromatic aberration reduces the image sharpness and contrast, often being an unwanted effect, especially in optical devices like telescopes, cameras, glasses or contact lenses.

The simplest method to reduce aberration is to use an aperture, because the effect of chromatic aberration increases with increasing distance from the optical axis. However, it reduces signiﬁcantly the amount of light passing through a lens.

Another way to reduce aberration is to use a set of lenses of different shapes and made from different materials.

Deﬁnition

Achromatic lens - a concave lens is added to a single lens, made from material with greater

(15)

capability to disperse light, which causes red and blue light to be focused at the same point.

The fringe around the image disappears partially.

Deﬁnition

Apochromatic lens - adding yet another convex lens causes green light to be focused at the same focal point as red and blue. The fringe is further decreased.

[Illustration 2]

Lesson summary

Chromatic aberration is an optical phenomenon that occurs when a lens is unable to focus all colours at the same point due to the fact that each of them has a different value of refraction index.

Selected words and expressions used in the lesson plan

chromatic aberration colourful fringe converging dispersion diverging focal length focal point lens

refraction

refraction index