Teeme selgeks valgusõpetuse põhimõisted nagu valgusallikas ja valguskiir. Vaatame, millised valgusallikad on olemas ja kuidas nende poolt kiiratud valgust joonistele kanda.
Mis juhtub aga siis, kui valgusallikaid on mitu ja nende valgused liituvad?
Valgusõpetuses on valguskiir põhiline füüsikaline mudel, millega nähtuseid seletatakse. Nii on väga oluline, et õpilane mõistaks, mis see on, mida ta valguskiirena joonistab.
Teine oluline teema on valgusallika poolt kiiratav valgus. See on väga tihti arusaamatuste algpõhjuseks - õpilased ei saa aru, kuidas valgusallikas valgust kiirgab, mis väljendub selles, et ta ei oska valguskiiri mõistlikult joonisele kanda.
Lõpuks on eriti keeruline aru saada suure valgusallika poolt kiiratud valgusest. Seega võiks alustada lihtsamatest teemadest ning liikuda edasi keerulisematele. Kõige aluseks on punktvalgusallikas - sellest saadakse üldiselt aru. Kui on mitu punktvalgusallikat, siis nende valgused liituvad; see on järgmine etapp. Lõpuks tuleb üleminek valgusallikale, mis koosneb tihedalt üksteise lähedale asetatud punktvalgusallikatest, mille valgused jällegi liituvad.
Jooniste omakäeline paberile kandmine võiks anda kindluse, et õpilane oskab seda päriselt teha. Videod näitavad, kuidas seda läbi viia saab. Üks hea variant tundub olevat see, kui teha tahvlil arutluskäik kaasa, kasutades samasugust magnetitega süsteemi, mida õpilasedki.
Esimene tutvus valgusnähtustega on nüüd tehtud. Edasi tuleb selgeks teha põhimõisted, et järgnevatest selgitustest ja tundidest aru saada.
Would you draw the Sun?
Väikese valgusallika valguse katseid saab teha kas üksiku LED-lambiga või taskulambiga, kui kasutada selle otsas olevaid LED-lampe ja keerata see küljele, nii et üksikute LED-lampide tekitatud valgusvihud kattuvad. Kui kasutada üksikut LED-lampi, siis järgnev tööleht näitab, kuidas seda töökorda seada.
Seame töökorda üksiku LED-lambi
Alustame punktvalgusallika valguse uurimisega. Siin võiksid õpilased veenduda, et kiired tõepoolest koonduvad valgusallika ehk LED-lambi juures.
Väikese valgusallika poolt kiiratud valgus
Oleme nüüd uurinud väikese valgusallika valgust ning kandnud selle joonisele. Edasi kasutame seda teadmist ja oskust selleks, et konstrueerida väikese valgusallika valguses tekkivaid varjusid.
Punktvalgusallika valguses tekkiv vari
Nüüd siis suur valgusallikas.
Suure valgusallika valguse uurimine pilude süsteemiga
Edasi siis kolm punktvalgusallikat. Seda katset pole me jooniseks vorminud, kasutame sõnalist selgitust ja arutelu.
Kolme punktvalgusallika valguses tekkiv vari
Suur valgusallikas ja poolvarjud on jätkuvalt keerulised. Õpilane peab meeles pidama, et iga suure valgusallika punkt on kui punktvalgusallikas, ja kui me neid jooniseid teeme, siis kanname nendele vaid nn tähtsad kiired - tüüpiliselt need, mis on määratud valgusallika ja takistuse servadega.
Saab teha nii, et kõigepealt teeme katse ja siis joonistame selle. Nutikamad klassid saavad ka kõigepealt joonistada ja seejärel joonistust katseliselt kontrollida.
Suure valgusallika valguses tekkiv vari
Päike on meist väga kaugel, ent mitte nii kaugel, et seda oleks võimalik sirge näoga punktvalgusallikana kujutada. Õppisime äsja, kuidas suuri valgusallikaid ette kujutada: igasuguse suure valgusallika valgus on seda moodustavate punktvalgusallikate valguste summa.
Selle harjutusega anname füüsikalise selgituse kõige tavapärasemale Päikese ja valguskiirte kujutamisele. Mõistame, et kui joonistame Päikesest igas suunas väljuvaid valguskiiri, siis kujutame Päikest kui kõigis suundades valgust kiirgavat punktvalgusallikat. Ja see ei ole väga vale ettekujutlus - ainus „patt" on see, et Päike ei asugi nii kaugel.
A large light source is not large from a distance
Esimene neist töölehtedest on lihtsam - uuritakse ainult väikeste valgusallikate valgust ja varjusid. Teine on keerulisem, seal tekivad ka poolvarjud.
Teadmiste kontroll: valgus ja vari I
Teadmiste kontroll: valgus ja vari II
Light propagation and light beam
Valgus levib ruumis sirgjooneliselt. Valguskiirte levimise suunda kujutame joonistel sirgetena, mida nimetame valguskiirteks.
Point light source
Punktvalgusallikaks nimetame sellist valgusallikat, milles valgust kiiratakse ainult ühest punktist.
Combining light from multiple light sources
The lights emitted from several light sources merge and do not "interfere" with each other. If, for example, two identical lamps illuminate the paper from the same distance, we see the paper twice as bright.
A real light source as the sum of point light sources
We treat a light source of any shape and size as a sum of point light sources. The light produced by a light source is the sum of the lights of the point light sources that make it up. When depicting such light sources in the figure, we mark only the rays that are important for the performance of one or another specific task or purpose.