Ficha para el profesorado · 15–16 años · unos 45–50 minutos
La luz: rayos, reflexión, dispersión y el espectro electromagnético
Página de la lección: echoesof.science/school/es/light/ages-15-16/ · Ficha del alumnado: echoesof.science/school/es/light/ages-15-16/print/
Objetivos
- Usar c = f·λ para las ondas electromagnéticas y conocer el rango visible.
- Enunciar y comprobar la ley de la reflexión; distinguir la reflexión especular de la difusa.
- Explicar la dispersión mediante la dependencia del índice de refracción con la longitud de onda.
- Explicar el color y la dispersión en la atmósfera.
Desarrollo de la clase
| Tiempo | Actividad |
|---|---|
| 5 min | Inicio: ¿por qué puedes ver esta página desde cualquier sitio, pero tu reflejo solo desde un lugar? |
| 10 min | Leed el texto; resolved un ejemplo de c = f·λ. |
| 25 min | Práctica de la ley de la reflexión por parejas, cinco ángulos. |
| 5 min | Representad r frente a i y comentad los errores. |
| 5 min | Cuestionario, o ¿Visible o no? como tarea. |
Material para el experimento
- Un espejo plano con soporte (o un bloque para mantenerlo vertical)
- Una caja de rayos con una sola rendija, o una linterna tapada con cartulina negra que deje una rendija estrecha
- Una hoja A4, una regla, un lápiz afilado y un transportador
- Una habitación en penumbra
Seguridad: Las cajas de rayos se calientan: no toques la bombilla. Si se usa un puntero láser, que sea solo un láser escolar de baja potencia bajo la supervisión del profesor o la profesora, y nunca lo apuntes a los ojos ni a superficies brillantes orientadas hacia personas.
Ideas erróneas frecuentes
| El alumnado puede pensar… | En realidad… |
|---|---|
| Los ángulos se miden desde la superficie del espejo. | Los ángulos de incidencia y de reflexión se miden desde la normal. |
| Un prisma «añade» colores a la luz. | Separa colores que ya están en la luz blanca. |
| Los objetos rojos reflejan luz roja con cualquier luz. | Si en la luz que le llega no hay rojo, un objeto rojo se ve oscuro. |
Respuestas de la ficha
- El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, ambos medidos desde la normal; el diagrama muestra los dos rayos que se encuentran en el espejo con ángulos iguales respecto a la normal.
- f = c/λ = 3,00×10⁸ / 7,00×10⁻⁷ ≈ 4,3×10¹⁴ Hz.
- El índice de refracción del vidrio es mayor para las longitudes de onda más cortas, así que en cada superficie el violeta se desvía más que el rojo y los colores se separan.
- Resultados a pocos grados de r = i. Errores: anchura del rayo (usar una rendija estrecha), grosor del espejo (trazar sobre la parte trasera plateada), lectura del transportador (medir con cuidado, repetir).
Respuestas del cuestionario
- La luz verde tiene una longitud de onda de 500 nm. Su frecuencia es… 6,0 × 10¹⁴ Hz. f = c/λ = 3,00×10⁸ / 5,00×10⁻⁷ = 6,0×10¹⁴ Hz.[6]
- ¿Qué afirmación explica la dispersión en un prisma? El índice de refracción depende de la longitud de onda. Cada longitud de onda se refracta de forma distinta.[5]
- Un rayo llega a un espejo formando 25° con la superficie (no con la normal). El ángulo de reflexión medido desde la normal es… 65°. Desde la normal, i = 90° − 25° = 65°, y r = i.[4]
- Iluminada solo con luz roja, una hoja de un verde puro se ve… oscura (casi negra). Refleja el verde; no hay luz verde que reflejar.[2]
- ¿Por qué el Sol se ve rojo al ponerse? Las longitudes de onda cortas se dispersan en el largo camino a través del aire. El azul se dispersa; quedan las longitudes de onda largas.[1]
- La luz tarda unos 500 s en llegar desde el Sol. La distancia es de unos… 1,5 × 10¹¹ m. d = c·t = 3,00×10⁸ × 500 = 1,5×10¹¹ m.[7][6]
Para ir más allá
Coloca el espejo formando un ángulo de 90° con un segundo espejo (un retrorreflector de esquina). Demuestra con un diagrama de rayos que la luz se devuelve paralela a la dirección de la que vino. ¿Dónde se usa esto?
Fuentes de esta lección
- [1] Why Is the Sky Blue? (NASA Space Place): fiabilidad Alta
- [2] Wave Behaviors (NASA Science (Tour of the Electromagnetic Spectrum)): fiabilidad Alta
- [3] College Physics 2e, 25.1 The Ray Aspect of Light (OpenStax, Rice University): fiabilidad Alta
- [4] College Physics 2e AP, 25.2 The Law of Reflection (OpenStax, Rice University): fiabilidad Alta
- [5] College Physics 2e, 25.5 Dispersion: The Rainbow and Prisms (OpenStax, Rice University): fiabilidad Alta
- [6] College Physics 2e, 24.3 The Electromagnetic Spectrum (OpenStax, Rice University): fiabilidad Alta
- [7] Origin of Light (NASA Scientific Visualization Studio): fiabilidad Alta
Lista completa con enlaces y una nota sobre la fiabilidad de cada fuente: echoesof.science/school/es/light/sources/
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