[ناصر اللحياني]

[justify]

9-1 الاستضاءة illumination

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 20 :

نشاط 1 : يستهل المعلم درسه بإطفاء الأنوار بشكل كامل ، ثم يتلو قوله تعالى : ( قل أرأيتم إنّ جعل الله عليكم الليل سرمدا إلى يوم القيامة ، من إله غير الله يأتيكم بضياءٍ أفلا تسمعون ) . موضحا تفسير الآية : أي هل لكم إله غير الله يقدر على أن يرفع هذه الظلمة الدائمة عنكم بضياء ، أي : بنور تطلبون فيه المعيشة وتبصرون فيه ما تحتاجون إليه وتصلح به ثماركم وتعيش فيه دوابكم أفلا تسمعون هذا الكلام سماع فهم وقبول وتدبر وتفكر .

ثم يطلب المعلم من أحد الطلاب أنّ يقف أمام زملائه ويُغمض عينه بقطعة قماش ثم يضع المعلم أمامه أجساما متشابهة ويطلب من الطالب التمييز بينها :

ثم يثير المعلم النقاش عن أهمية الضوء ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ من أهمية الضوء : مساعدة العين على تحسس تغيرات الأجسام ومواقعها – والتمييز بين الأجسام والظلال – والتمييز بين الأجسام وانعكاساتها .

ثم يعرض المعلم هذه الصورة :

ويطلب منهم وصف مسار الضوء ، سيلاحظ الطلاب أنّ الضوء يسير في خطوط مستقيمة ( يتضح ذلك عند انتشار دقائق الغبار ممّا يجعل مسار الضوء مرئيا ، وظاهرة الظل التي تثبت ذلك أيضا ) .

نشاط 2 : يتساءل المعلم : هل يُمكن أنّ نعتبر الضوء سيل من الجسيمات متناهية الصغر كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=3V96A3Kc7gk

يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ اعتبار الضوء سيل من الجسيمات متناهية الصغر يمكن أنّ يُفسر بعض خصائص الضوء كالانعكاس والانكسار ( وهذا ما كان يعتقده العالم إسحاق نيوتن في نظريته حول الضوء ) ، ولكنّها فشلت عن تفسير بعض الخصائص كالحيود ، ثم يُوضح المعلم أنّ بعض التجارب بيّنت أنّ الضوء يسلك سلوك الموجات .

ويستطرد المعلم بتوضيح أنّ الضوء في نموذج الشعاع الضوئي يُمثل على شكل شعاع ينتقل في خط مستقيم ويتغيّر اتجاهه إذا اعترض مساره حاجز ، كما هو موضح في الصور التالية :

نشاط 3 : يتساءل المعلم عن مصادر الضوء ، يُوجه المعلم النقاش مُستعينا بهذه الصورة حتى يتوصل الطلاب إلى مصادر الضوء هي :
مصادر طبيعية : الشمس ( المصدر الرئيسي للضوء ) ، اللهب والشرر ، بعض الحشرات مثل اليراع .

مصادر صناعيّة ( كهرباء ) : المصابيح المتوهجة ، مصابيح الفلورسنت ، شاشات التلفاز ، أشعة الليزر ، الصمامات الثنائية .

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330643685.swf]width=800 height=580[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330643573.swf]width=420 height=340[/FLASH]

(أضغط على هذه المصابيح )

نشاط 4 : يعرض المعلم هذه الصورة :

ويطلب من الطلاب التفرقة بين ضوء الشمس وضوء القمر ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ الشمس مصدر مُضيء بذاته ويسمى مصدر مضيء ، أما القمر فيضئ بسبب انعكاس الضوء عنه ويسمى مصدر مُستضيء ، وللتعزيز يعرض هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330643734.swf]width=460 height=336[/FLASH]

ثم يتساءل المعلم كيف نرى الأجسام المستضيئة وغيرها وهي لا تصدر ضوءا ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ هذه الأجسام تعكس الضوء فترى .

نشاط 5 : يعرض المعلم على طلابه تجربة ( إخفاء الكأس ) ، تحتاج إلى كأسين أحدهما صغير والآخر كبير ، وكمية من زيت الطعام ، يغمر الكأس الصغير في الكأس الكبير الممتلئ بالزيت كما في مقطع الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=xYeg1yAvG0o

ويطلب من الطلاب تعليل هذه الخدعة ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّنا بداية نستطيع رؤية الأجسام إذا انعكس الضوء منها - كما مرّ معنا في النشاط السابق - ، وأما إذا كان الجسم لا يعكس الضوء الساقط عليه فإننا لن نستطيع رؤيته ، وهذا ما حدث في هذه الخدعة حيث أنّ المواد الشفافة لا تعكس الضوء إلى حدّ كبير وبالتالي لا ترى ، فالزيت والكأس من المواد الشفافة التي تسمح للضوء بالنفاذ .

1. الأجسام غير الشفافة ( المعتمة ) : وهي التي لا يمر الضوء من خلالها وتعكس بعض الضوء ( فنراها ) مثل المعادن ومعظم الأشياء.

2. الأجسام شبه الشفافة : وهي التي يمر الضوء من خلالها إلى حدّ ما وبالتالي لا ترى الأجسام بوضوح مثل مظلة المصباح والزيت .

3. الأجسام الشفافة : وهي التي يمر الضوء من خلالها ولا تعكس الضوء ، وبالتالي لا ترى بوضوح كالزجاج المصقول والماء والهواء .

وللتعزيز يطلب المعلم من أحد الطلاب أنّ يلصق قطعتين من شمع البرافين مع بعضهما ويُسلط على القطعة السفلية ضوء كشّاف ( كما في الصورة التالية ) :

وبقلب القطعتين سيلاحظ الطلاب أنّ القطعة السفلية هي التي تضيء دوما ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ القطعة السفلية تمتص وتعكس الضوء فتقل الكمية الضوء الساقطة على القطعة العلوية ( وهذه من خصائص المواد شبه الشفافة ) .

الحصة الـ 21 :

نشاط 6 : يشغل المعلم مصباحين الأول 100 w والثاني 40 w ، ويطلب من الطلاب المقارنة بينهما :

أو يعرض عليهم مقطع الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=DYQlJzBnKIg

أو يعرض المحاكاة التالية مع استخدام المؤشر في الطرف الأيسر للتغيير :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645234.swf]width=420 height=340[/FLASH]

ويطلب من الطلاب وصف ما شاهدوه ، سيلاحظ الطلاب تغيّر معدل انبعاث الضوء من المصباح ، ثم يُبيّن المعلم أنّ هذا التغيّر في معدل انبعاث الضوء من المصباح يُسمى ( التدفق الضوئي ) ، الذي يقاس بوحدة اللومن Lm ، ويعرض هذا الجدول الذي يُبيّن التدفق الضوئي لمصابيح وفق قدرتها الكهربائية :

ويستطرد المعلم بتوضيح أنّه إذا وضع مصباح في مركز كرة نصف قطرها 1 m ، كما في المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645258.swf]width=364 height=336[/FLASH]

فإنّ المصباح سيبعث الضوء في كافة الاتجاهات ، أيّ أنّ التدفق الضوئي سيصطدم بالسطح الداخلي للكرة ، وحتى لو كان نصف قطر الكرة 2 m فإنّ التدفق الضوئي على هذه الكرة سيساوي التدفق الضوئي على الكرة التي نصف قطرها 1 m ، وذلك لأن العدد الكلي للأشعة الضوئية الصادرة عن المصباح لا تتغيّر .

نشاط 7 : يعرض المعلم الصورة التالية :

ويطلب من الطلاب المقارنة بين التدفق الضوئي للمصباحين ، وأيّ السطحين أكثر إضاءة ( استضاءة ) ؟ سيلاحظ الطلاب أنّ التدفق الضوئي لكلا المصباحين هو نفسه ، ولكن إضاءة السطح (أ) هو أكثر ، ثم يُبيّن المعلم أنّ معدل اصطدام الضوء بوحدة المساحات يُسمى ( الاستضاءة ) وتعتبر مقياسا لعدد الاشعة الضوئية التي تصطدم بسطح ما ، وتقاس بوحدة اللوكس Lx .

وللتعزيز يعرض هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645342.swf]width=320 height=240[/FLASH]

حيث أنها تطبيق لاستضاءة أمكان محددة في الغرفة ( أضغط على النقط الحمراء ) .


نشاط 8 : يُعطي المعلم كشافين ( لهما نفس التدفق الضوئي ) لطالبين ، ويغلق أنوار الفصل ، ثم يطلب منهما أنّ يُضيئا إحدى جدران الفصل ، بحيث يكون الطالب الأول على بعد متر واحد عن الجدار بينما يبعد الثاني مترين ، كما هو موضح في الصورة التالية :

ثم يتساءل المعلم أيهما أكثر ( استضاءة ) للجدار وأي المساحتين أكبر ، سيلاحظ الطلاب أنّ الاستضاءة المقابلة للطالب الأول هي أكثر ، بينما المساحة المقابلة للطالب الثاني هي أكبر ، وبتقدير استضاءة المساحة الأولى ( المقابلة للطالب الأول ) إلى استضاءة المساحة الثانية ( المقابلة للطالب الثاني ) سيُلاحظ أنّها الربع .

وهذا يعني أنّ الاستضاءة الناتجة بفعل مصدر ضوء نقطي يتناسب عكسيا مع مربع بعد السطح عن المصدر ( وتسمى علاقة التربيع العكسي ) .
وللتعزيز يعرض المعلم المحاكاة التالية ( أضغط على play ) :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645480.swf]width=500 height=320[/FLASH]

نشاط 9 : يعرض المعلم هذه الصورة ، ويطلب من الطلاب المقارنة بينها :

سيلاحظ الطلاب أنّ كثافة أشعة المصباح 1 أكبر من كثافة أشعة المصباح ب ، وهذا يعني أنّ شدة إضاءة المصباح الأول أكبر من شدة إضاءة المصباح الثاني ، حيث أنّ شدة الإضاءة هي التدفق الضوئي الذي يسقط على مساحة مقدارها 1 m2 من مساحة السطح الداخلي لكرة نصف قطرها 1m .
يوجه المعلم النقاش للتعرف على العوامل المؤثرة على شدة الإضاءة ، حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ شدة الإضاءة تعتمد على : التدفق الضوئي ومربع المسافة بين المصدر الضوئي والسطح .
للإطلاع : أيضا تعتمد شدة الإضاءة على زاوية سقوط الأشعة ، كما في المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645640.swf]width=320 height=240[/FLASH]

وللتعزيز أيضا .. يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645613.swf]width=830 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645568.swf]width=450 height=280[/FLASH]

نشاط 10 : يسرد المعلم قصة سرعة الضوء مع عرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645786.swf]width=600 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330646053.swf]width=600 height=400[/FLASH]

- قبل القرن 17 كان الناس يعتقدون أنّ الضوء ينتقل لحظيا ( أي لا يحتاج إلى زمن للإنتقال ) .

- جهود جاليلو :
• أول من افترض أنّ للضوء سرعة محددة .
• اقترح طريقة لقياس سرعة الضوء مستخدما مفهومي المسافة والزمن .
• استنتج أنّ سرعة الضوء كبيرة جدا .

- جهود أولي رومر :
• أول من أكدّ أنّ الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها .
• رصد الأزمنة عندما كان القمر يخرج من منطقة ظل المشتري .
• استطاع توقع وقت حدوث خسوف القمر
• أثبت أنّ الضوء ينتقل بسرعة محددة .
• استنتج أنّ الضوء عندما ينتقل مسافة تعادل قطر الأرض يحتاج إلى 22 دقيقة ,

- ألبرت ميكلسون :
• طوّر تقنيات حدثة لقياس سرعة الضوء .
• قاس الزمن الذي يحتاج إليه الضوء ذهابا وإيابا بين جبلين في كاليفورنيا .
.
- سرعة الضوء : 3 ˣ 10^8 m/s



الحصة الـ 22 :
تمارين


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]

أضغط هنـــــا

[/hide]

[/justify]