Doelen van de proef: de leerlingen (1) weten dat een bolle (positieve) lens een convergerende en dat een holle (negatieve) lens een divergerende werking heeft; (2) hebben een beeld van de loop van de constructiestralen bij een positieve lens.
NB. In par. 4.4 worden ook de constructiestralen bij een positieve lens behandeld. Het is voor de begripsvorming beter deze pas te behandelen nadat de leerlingen ervaring hebben opgedaan met het afbeelden van diverse dingen op een scherm, zie proef 3.4.5a. Zie daarom voor de constructiestralen proef 3.4.5b.
Benodigdheden:
Uit de optiekset (in de lestrolley)
Voorkennis: de leerlingen weten wat lichtbreking is en kennen de breking in een planparallelle plaat.
Uitvoering 1: brandpunt van een bolle lens. Zet het plaatje met drie spleten in het lichtkastje en maak de opstelling met een dubbelbolle cilinderlens, zoals op de foto. Geef aan wat de hoofdas van de lens is en richt de stralen evenwijdig aan die hoofdas. Achter de lens komen die samen (convergeren ze) in het brandpunt dat ook op de hoofdas ligt. Daarna divergeren ze. Geef het brandpunt van de lens op het vel papier aan. Meet de brandpuntsafstand f op: de afstand van het midden van de lens tot het brandpunt, gemeten langs de hoofdas (ca. 7,5 cm). Zie ook een filmpje over de breking in lenzen.
Beargumenteer, aan de hand van de omkering van de lichtstralen, dat een lens twee brandpunten heeft, op gelijke afstand vóór en achter de lens. Lichtstralen die eerst door het brandpunt gaan en dan op de lens vallen, lopen achter de lens evenwijdig aan de hoofdas.
Uitvoering 2: beeldpunt bij een bolle lens. Haal vervolgens de voorzetlens uit het lichtkastje. Nu is de stralenbundel die uit het lichtkastje treedt divergerend: de lichtstalen gaan vanuit de lamp in het lichtkastje uiteen. Zet de positieve lens op enige afstand van het lichtkastje, zo dat de drie stralen er nog nèt doorheen vallen. Ook dan worden de stralen zo gebroken dat ze door één punt gaan, dat op grotere afstand van de lens ligt dan de brandpuntsafstand. Benadruk dat dat niet het brandpunt van de bolle lens is: de invallende stralen lopen niet evenwijdig. Dit punt noemen we een beeldpunt. Daar wordt de gloeidraad van het lampje van het lichtkastje afgebeeld. De afstand tot de lens is de beeldafstand b. Deze is groter dan de brandpuntsafstand f.
De invallende lichtbundel gaat uit van het lampje in het lichtkastje en divergeert. Na breking komen de lichtstralen samen in het beeldpunt B van het lampje.
Uitvoering 3: brandpunt van een holle lens. Zet de voorzetlens weer in het lichtkastje zodat de lichtstralen weer evenwijdig lopen. Zet de dubbelholle cilinderlens in de lichtbundel. Laat zijn divergerende werking zien en leg met een tekening van de stralen uit hoe je het brandpunt van de holle lens kunt construeren uit de uitvallende stralen. Dat brandpunt ligt vóór de holle lens. Meet de brandpuntsafstand op en geef aan dat we die afstand negatief noemen omdat je die niet direct kunt zien (‘virtueel’). Daarom noemen we de holle lens ook wel een negatieve lens en de bolle lens een positieve lens.
Het brandpunt van de holle lens is virtueel: het ligt aan dezelfde kant van de lens als de invallende stralen. Op de foto zijn ook (zwakke) lichtstralen te zien die aan de voorkant van de lens zijn teruggekaatst. Merk op dat die niet door het brandpunt van de lens gaan!
