Guía de trabajo para el profesor

Guía de trabajo para el pro fesor N I VEL: NM1 SECTO R: Ciencias SUB SECTOR : Física UN I DAD: Luz CON TEN I DOS M Í N I M OS comportamiento de la luz. OBLI GA TORI OS: Distinción cuantitativa del OBJ ET I VO FUN DA M EN TA L: Observar críticamente fenómenos cotidianos asociados a la luz. Conocer las principales características de los espejos. A P R EN DI ZAJ ES ESP ERA DOS: Los alumnos y alumnas relacionan fenómenos muy diversos como la luz a través de conceptos unificadores como el de onda. Conocer parte de la óptica geométrica. OBJ ET I VOS FUN DA M EN TALES TRA N SVER SA LES: Especial relación con el ámbito de Crecimiento y Autoafirmación Personal referidos a la formación y desarrollo del interés y capacidad de conocer la realidad y utilizar el conocimiento y la información. Desarrollo del pensamiento. 2.­ M ap a con ceptual Una única con sulta: si luz y tec nolog ía interactúan, q ue faltan u n t ild e p o r si acaso. Enton ces la flech a d eb ería ser p ara am b os lad os?? ?
1 3.­ VI SI TA A L M I N I ­SI TI O 3.1 Recorrido sugerido a los módulos virtuales de la sección EXPERIMENTA del Mini­ sitio Luz. René, esta parte va para el profesor, por lo que no debería ser tan dirigida a los niños. Más Ud. podrá ... Espe jo ant ig ravedad : Para observar cómo es posible levitar se recomienda visitar este juego con sus alumnos y alumnas. Gracias a que nuestro cuerpo tiene casi una simetría perfecta separada en dos mitades es posible con la ayuda de un gran espejo ver a una persona levitar sobre el piso. Para lograr esto las personas deben situarse en extremos opuestos del espejo mirando casi tangencialmente la superficie de éste. M iránd os e e l u no al o tro: Para observar cómo es posible jugar con la luz se recomienda visitar este juego con sus estudiantes. Se sien tan dos visitan tes en pos ic io nes opues tas y separados por un vid rio polarizado. En cada lado del vidrio se encuentran focos que iluminan a las dos personas; estos focos son controlados por dimers de tal manera que cada uno de los visitantes controla la intensidad de luz que cae sobre su compañero. Al utilizar de esta manera la luz, podrán fundir sus caras en una experiencia muy divertida. M i r a n d o a l i n f i n i t o : Para observar las propiedades de los espejos se recomienda visitar con sus estudiantes este juego. A l pon er dos espejos rectangulares enfrentados entre sí se obtienen múltiples reflejos que parecen cada vez más lejanos. En la peluquería es frecuente encontrar esta disposición de espejos, mirando mas allá de lo que es nuestra parte posterior de la cabeza se advierte la reflexión múltiple y se mira al infinito. Síg ue te a ti m ism o : Para conocer las propiedades de algunos espejos se recomienda visitar con sus alumnos y alumnas este juego. Hay otras maneras cómodas para vernos la espalda. Al ubicar cuatro espejos planos colocados perpendicularmente de dos en dos, se logra desviar los rayos de luz en 360° de tal manera de poder vemos la espalda. Trata de capturar tu imagen que se forma en el espejo d elantero, p ara e llo debes correr rápidamente. Calid oscop io g ig ante: Para conocer en qué consisten los calidoscopios se recomienda visitar con sus alumnos y alumnas este juego del Mini­sitio Fluidos. Multiplica tu ima gen co mo e n u n calidoscopio. Tres espejos del tamaño de las personas se co locan formando un triangulo (equilátero), al entrar y moverse de un lugar a otro dentro de esta pieza puedes multiplicar tu imagen de variadas formas. Espe jos: Para conocer los espejos planos o con diferente curvatura se recomienda visitar con sus estudiantes este juego del Mini­sitio Fluido. Sobre una mesa pesada circular, montada sobre rodamientos se colocas espejos con diferente curvaturas (planos, cóncavos y convexos). Los visitantes se sientan alrededor de la mesa y la hacen girar (esta gira lentamente). Podrán observar las distintas imágenes que se generan de su cara al pasar por los espejos.
2 I lusión cóncava: Para comprender las leyes de la reflexión entre dos espejos cóncavos se recomienda visitar con sus alumnas y alumnas este juego. Dos espejos cóncavos iguales se colocan mirándose entre sí de tal manera que forman un óvalo. En la mitad superior se ha hecho una perforación de algunos centímetros de diámetro justo en el centro. Si en el interior de la mitad inferior del óvalo se pone algún objeto pequeño como una moneda o una flor, este se refleja justo en el orificio mencionado, cuando el visitante trate de coger el objeto, se quedará con el impulso porque será sólo una ilusión VI SI TA A L M USEO Mismo comentario que la 1 de luz. 3.2 Recorrido sugerido a las exhibiciones del museo de la sección EXPERIMENTA del Mini­sitio Luz. Espe jo ant ig ravedad : Para observar cómo es posible levitar se recomienda visitar esta exhibición. Gracias a que nuestro cuerpo tiene casi una simetría perfecta separada en dos mitades es posible con la ayuda de un gran espejo ver a una persona levitar sobre el piso o realizar extrañas contorsiones con su cuerpo. Para lograr esto las personas deben situarse en extremos opuestos del espejo mirando casi tangencialmente la superficie del espejo. M iránd os e e l u no al o tro: Para observar cómo es posible jugar con la luz se recomienda visitar esta exhibición. Se sien tan d os visitantes en po sicione s opuestas y separados por un vidrio polarizado. En cada lado del vidrio se encuentran focos que iluminan a las dos personas; estos focos son controlados por dimers de tal manera que cada uno de los visitantes controla la intensidad de luz que cae sobre su compañero. Al utilizar de esta manera la luz, podrán fundir sus caras en una experiencia muy divertida. M i r a n d o a l i n f i n i t o : Para observar las propiedades de los espejos se recomienda visitar esta exhibición. A l pon er dos espejos rectangulares enfrentados entre sí se obtienen múltiples reflejos que parecen cada vez más lejanos. En la peluquería es frecuente encontrar esta disposición de espejos, mirando mas allá de lo que es nuestra parte posterior de la cabeza se advierte la reflexión múltiple y se mira al infinito. Síg ue te a ti m ism o : Para conocer las propiedades de algunos espejos se recomienda visitar esta exhibición. Hay otras maneras cómodas para vernos la espalda. Al ubicar cuatro espejos planos colocados perpendicularmente de dos en dos, se logra desviar los rayos de luz en 360° de tal manera de poder vemos la espalda. Trata de pillar a tu imagen que se forma en el espejo de la ntero , pa ra ello, de bes co rre s rápidamente. Calid oscop io g ig ante: Para conocer en qué consisten los calidoscopios se recomienda visitar esta exhibición. Mu lt iplica tu ima gen co mo e n u n calidoscopio. Tres espejos del tamaño de las personas se colocan formando un triangulo (equilátero), al entrar y moverse de un lugar a otro dentro de esta pieza puedes multiplicar tu imagen de variadas formas.
3 Calid o sco p io : Para observar imágenes multiplicadas simétricamente visite con sus alumnos y alumnas esta exhibición. Calidoscopios de diferente tamaño y con variadas tramas en su interior son objeto de inspección por los visitantes, las disposiciones de estos y el contenido deberán depender de los objetos de alrededor. Espe jos: para conocer los espejos planos o con diferente curvatura se recomienda visitar esta exhibición. Sobre una mesa pesada circular, montada sobre rodamientos se colocas espejos con diferente curvaturas (planos, cóncavos y convexos). Los visitantes se sientan alrededor de la mesa y la hacen girar (esta gira lentamente). Podrán observar las distintas imágenes que se generan de su cara al pasar por los espejos. I lusión cóncava: Para comprender las leyes de la reflexión entre dos espejos cóncavos se recomienda visitar esta exhibición. Dos espejos cóncavos iguales se colocan mirándose entre sí de tal manera que forman un óvalo. En la mitad superior se ha hecho una perforación de algunos centímetros de diámetro justo en el centro. Si en el interior de la mitad inferior del óvalo se pone algún objeto pequeño como una moneda o una flor, este se refleja justo en el orificio mencionado, cuando el visitante trate de coger el objeto, se quedará con el impulso porque será sólo una ilusión Toca el res ort e: Para observar una ilusión óptica visite con sus alumnos y alumnas esta exhibición, en ella se puede ver un resorte que se encuentra en el aire. Trata de tocar y agarrar el resorte que se ve en el aire, este resorte resulta ser la imagen entregada por un espejo cóncavo que es iluminado por una ampolleta que se ubica dentro de una caja negra invertida. Labe rinto de esp e jos : Para ver algunos efectos ópticos visita con tus alumnos y alumnas esta exhibición de la sala Luz. Un pasillo zigzagueante de espejos de altura humana conforma una especie de laberinto que confunde completamente al visitante, quien no sabe dónde debe cambiar de dirección, y por donde salir. F le x ió n d e l a lu z : Para co mprender el cambio de la velocidad en medio s más denso s es preciso que visite esta exhibición con sus alu mnos y alumnas. La luz se desvía de su trayectoria rectilínea cuando atraviesa medios con diferentes densidades. En la exhibición (se piensa cercana a exhibiciones relacionadas con densidad) al incorporar pequeñ os granos de sal gradualmente dentro de un estanque con agua se pueden obtener que el estanque se estratifique en diferentes capas; al enviar un rayo diagonal a la cara de un estanque se comprueba visualmente que la luz se curva. Los espejismos se explican por el fenómeno que se ilustra acá. R e frac ción : Para conocer el comportamiento de la luz en un segundo medio en necesario que visite esta exhibición con sus estudientes. En esta exhibición se muestra como se desvían los rayos de luz al pasar de agua a aire a medida que la fuente de luz inmersa dentro del agua se
4 inclina de la vertical. Se puede lograr a partir de un cierto ángulo que la luz no atraviese el agua sin o q u e se r e fle j a h a c ia e l a g ua nuevamente, este ángulo se conoce con el nombre de ángulo límite y depende obviamente de los materiales en cuestión. El ángulo de desvío de la luz con respecto a su normal se puede medir a partir de La ley de Snell que relaciona los medios con los ángulos antes y después de la interface. R efracción c ont in uad a: Para comprender en qué consiste la variación de velocidad de la luz haciendo una relación con la densidad del medio, visite con sus alumnos y alumnas este juego, ya que en él es posible observar como al hacer variar el ángulo de incidencia sobre el segundo medio se produce una relación entre la densidad y el ángulo de divergencia de la luz. Vid rios invisibles: Se tiene un recipiente rectangular de vidrio lleno con un tipo de aceite (especial) y diferentes varillas de vidrio. Al introducir una por una las varillas de vidrio dentro del recipiente te puedes percatar que una de ellas deja de verse, es decir, se vuelve invisible. La varilla particular tiene densidad igual a la del aceite con lo cual la luz no se refleja en este vidrio siguiendo inalterada. Co n d u c i r l a lu z : Para saber en qué consiste la ley de Snell es necesario que visite con sus estudiantes esta exhibición. La ley de Snell y más particularmente el ángulo límite ha tomado importancia últimamente debido a la posibilidad de conducir la luz a través de un cable tal como se hace con la electricidad. Este material que permite conducir la luz usando sucesivas reflexiones internas se llama fibra óptica; en la exhibición se invita al visitante a conducir un rayo de luz usando fibra óptica gigante. I sla d e lu z: Para observar los efectos que producen los lentes y espejos en la luz es necesario que visite con sus estudiantes esta exhibición. Los lentes y espejos se utilizan en óptica como elementos para desviar y/o reflejar los rayos de luz. En la exhibición podrás reconocer cuales son los efectos que produce cada uno de los elementos por separado y en conjunto al interponerlos a los rayos de luz. Le nt es: Para ver el efecto de la luz en los lentes es necesario que visite esta exhibición con sus alumnos y alumnas. Al apretar el botón se encienden focos de luz que emiten haces colimados en dirección hacia elementos como lentes (convexo, plano, cóncavo, etc.) y prismas. Esta exhibición muestra el efecto que produce en la luz cada uno de estos elementos. P arad oja óp t ica: para conocer las características de una lente biconvexa es necesario que visite con sus estudiantes esta exhibición. En este experimento aparentemente contradictorio se tiene una lente biconvexa que enfrentada a rayos de luz provoca divergencia de los rayos contrariamente a lo que se ha mostrado en las exhibiciones anteriores. Sin embargo la explicación es muy simple y se encuentra en
5 las exhibiciones relacionadas; esta es que al pasar la luz de un medio a otro con diferentes densidades la luz se desvía de su trayectoria rectilínea, luego en este caso el efecto que tiene la densidad del lente relativa a la del aire es más importante que el efecto de la curvatura del lente. P o t e nc i a d e l e n t e s : Para saber en qué consiste la potencia de una lente es necesario que visite con sus estudiantes esta exhibición. La potencia de un lente expresa numéricamente la capacidad que tiene esta lente para desviar los rayos de luz. La potencia depende de varios factores como son: el material del lente, el medio en el cual está inmerso y la geometría caracterizada por el radio de curvatura. Al apretar el botón se encienden los rayos de luz que serán interceptados por varios lentes biconvexos. Estos están inmersos en diferentes medios, son de distinto material y tienen diferente radio de curvatura. La luz convergerá en diferentes distancias focales lo que caracterizará la potencia. Ab riend o los colores: Para observar el espectro visible de la luz, es preciso o recomendable, visitar juego con tus alumnos y alumnas, ya que en él se explica claramente la dispersión de la luz cuando cambia de medio. P rism as : Para conocer los diferentes tipos de prismas que existen, visite este juego del mini­sitio Fluido con sus alumnos y alumnas, ya que se hace una relación con el cambio de dirección de un rayo de luz cuando incide en ellos. Somb ras d e colores: Para comprender que la luz blanca es la suma de las longitudes de ondas de los colores primarios, es recomendable visitar este juego del mini­sitio ya que en él se mezclan las longitudes de onda del azul, rojo y verde para formar el blanco. Lum inis cen cia: Para conocer cómo funciona una cámara una cámara oscura es preciso que sus alumnos realicen este juego, ya que en él se ubica una pantalla fotoluminiscente a un lado y un gran foco de flash al otro. El visitante entra en la habitación y se mueve haciendo contorciones frente a la pantalla. M osaico d e luz polarizad a: Para ver patrones causados por el cambio de colores visita con tus estudiantes esta exhibición. Usando material es p olarizadore s y sco th transparente se pueden hacer y proyectar hermosas figuras coloreadas. Con un poco de creatividad se crean bellas escenas. P at rone s d e e sfu erzo: Para detectar zonas en mate ri al es o hue sos q ue es tán instantáneamente sometidas a esfuerzos internos visite esta exhibición con tus alumnos y alumnas. La escalera de Levy o es esfuerzo en los huesos de Exploratorium se basan en el mismo principio, el cual usa materiales plásticos para someterlos a esfuerzo y polarizadores para ver estas zonas de esfuerzo.
6 Vent ana d e cristal líquido: para ver al otro lado de un bloque visite esta exhibición con sus estudiantes. Este bloque está formado por dos vidrios separados y "rellenos" con cristal líquido, este nuevo material tiene la particularidad de tener partículas con dos sentidos de polarización preferencia, al estar desordenados el conjunto de las partículas no dejan pasar la luz. Sin embargo cuando te acercas se activa una diferencia de potencial que orienta las partículas y deja pasar la luz. Difracción: Para ver girar una fuente de luz que entrega un haz puntual, en donde la periferia de esta mesa está rodeada por una pantalla blanca pequeña visita con sus alumnos y alumnas esta exhibición de la sala “Luz” del museo. Entre la luz y la pantalla se interponen a lo largo de la mesa diapositivas con diferentes enrejados de rendijas. Al girar la luz de diapositiva en diapositiva el visitante podrá observar hermosos y diversos patrones de difracción sobre la pantalla. Toda la exhibición debe estar inmersa en una atmosfera oscura para mejorar el efecto. Fliper de láser: Para formar diferentes figuras geométricas de alta complejidad visite con sus estudiantes esta exhibición de la sala “luz” del museo. Los lentes y espejos son elementos que desvían transmitiendo y/o reflejando los rayos de luz; al usar un rayo de luz tan potente y bien colimada como un láser es posible crear figuras geométricas de muchos lados usando lentes y espejos. En el fliper de láser el visitante desvía angularmente un rayo láser que se enfrenta a un arreglo predeterminado de lentes y prismas. Círculos de Láser: Para ver un conjunto de circuitos armónicos a través de un láser visite esta exhibición con sus alumnos y alumnas. Se tiene un láser montado en altura que proyecta hacia dos espejos semiasogados. Los espejos son circulares y se pueden mover usando motores pequeños. Figuras d e Lissajous: Para obtener diferentes figuras de Lissajous visite con sus alumnos y alumnas esta exhibición. Dos láser dispuestos en altura se pueden controlar usando servomotores, al hacer girar estos a diferente velocidad y diámetro de giro se pueden obtener diferentes y hermosas figuras de Lissajous. P o l ari z ad o re s : Para comprender el efecto de la polarización de la luz visite con tus estudiantes esta exhibición de la sala Luz. En la exhibición se tienen dos discos de vidrio linealmente polarizados puestos a la altura de un mismo eje pero separados entre sí. Al hacer girar uno d e estos discos se comprueba que el conjunto de discos se toma desde opaco hasta transparente cíclicamente. Recomendamos que en su visita al MIM, invite a sus alumnos y alumnas a interactuar con los módulos de la Sala de Fluidos que reciben los mismos nombres que los
7 presentes en la sección Experimenta. A través de la interacción de los alumnos y alumnas con las diferentes exhibiciones se podrá obtener una comprensión de los diferentes conceptos que se relacionan con la luz.
8 4.­ A CTI V I DA D P AR A EL A L UM N O ACTI VI DA D 1: Espejos OBJ ET I VO: Lograr que los alumnos y alumnas comprendan cuales son las principales características de los espejos. TI EM P O: 2 horas pedagógicas. DESCR I P CI ÓN : La actividad que se muestra a continuación pretende que los alumnos y alumnas sean capaces de conocer las propiedades de los espejos (planos, cóncavos y convexos) basándose en argumentos físicos, para luego relacionarlos con situaciones que ocurren en el museo. Es fundamental que para realizar esta actividad los estudiantes se reúnan en grupos de tres, siendo muy importante que se disponga de un computador para poder realizar el trabajo de una forma más ordenada. A ct ivid ad p ara los alum no s y las alum n as P rim era P art e I N STR UCCI ON ES: M ismo s com entarios , hay q ue incorp orar los módulos q ue no est án p resent es. Hacer m ás uso d e los rec urs os d el m ism o sitio. Se que p ued e ser comp lejo, p orq u e no e xiste n los sit ios aún y t ie nes que im ag inarte est o. Gracias. 1. Realicen en grupos de hasta tres personas, las actividades propuestas en Espejos, Ilusión cóncava y M iran do a l in fin ito. 2. Determina las principales características que poseen las tres actividades y en qué se relacionan. _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 3. ¿Por qué en algunos espejos nos vemos al revés?
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10 5.­ A utoevaluac ión Sab es q ue es m ejor q ue ellos d esarrollen las respuestas, ya q ue se fom ent a la m et acog nición. a) Completa el siguiente recuadro con los siguientes conceptos: Frecuentemente (F) Ocasionalmente (O) Nunca (N) 1. Mi trabajo colaborativo fue responsable. 2. Fomenté la investigación y el trabajo en equipo. 3. Soy capaz de relacionar lo aprendido con el entorno. 4. Respeté la opinión de mis compañeros. 5. Soy capaz de definir las principales leyes de la reflexión b) Resume en breves palabras lo que más te gustó de esta actividad ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 6.­ P A UTA S P A R A EL P ROFESOR R eco me nd ac io nes m et odológ icas: Esta actividad debe realizarse en el nivel de 1º medio ya que sus contenidos pertenecen a la unidad de “Luz” .Para poder lograr aprendizajes más significativos se sugiere dejar a los alumnos y alumnas trabajar solos, pero siempre realizando una supervisión. Esta actividad, además, permite que los estudiantes aprendan a trabajar en equipo, a compartir ideas y a aprender en base a la experiencia e investigación.
11 Cont enid os p ara co mp leme ntar la info rm ación d e los alum nos y alumnas en la act iv id ad : ¿Qué s on lo s esp e jo s? Un espejo es una superficie pulida en la que al incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la reflexión. El ejemplo más simple es el espejo plano. En él, un haz de rayos de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente como conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen virtual de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real. Sin embargo, la imagen resulta derecha, pero invertida en el eje vertical. Existen también espejos cóncavos y espejos convexos. Cuando un espejo es cóncavo y la curva es una parábola, si un rayo incide paralelo al eje del espejo, se refleja pasando por el foco (que es la mitad del centro óptico de la esfera a la que pertenece el espejo), y si incide pasando por el foco, se refleja paralelo al eje principal. Para una imagen formada por un espejo esférico se cumple que: en la que f es la distancia del foco al espejo, s la distancia del objeto al espejo y s' la distancia de la imagen formada al espejo, se lee: "La inversa de la distancia focal es igual a la suma de la inversa de la distancia del objeto al espejo con la inversa de la suma de la imagen formada al espejo y Espejo cóncavo.
12 Ap oyo a la evaluación: Esta actividad permite que los alumnos y alumnas aprendan a trabajar en equipo. Se recomienda que el docente apoye con la supervisión de los estudiantes. Para comenzar la actividad de la primera parte permite que los estudiantes comprendan los temas que se relacionan con las características de la óptica geométrica, relacionan con la vida cotidiana y conocen nuevos conceptos. En la segunda parte de la actividad se incentiva el trabajo de las TICs, mediante la búsqueda de información. Misma solicitud, conectarlo con los aprendizajes esperados tb.
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