Didattica della Fisica
La Luce
Un obiettivo fondamentale per lo sviluppo del
pensiero critico è quello di sviluppare nei
nostri alunni la capacità di osservazione,
d'ipotesi e di verifica, acquisendo un
atteggiamento scientifico verso la realtà che
li circonda.
Il percorso laboratoriale vuole far scoprire le
caratteristiche fisiche della luce ed alcune
delle sue proprietà, partendo proprio
dall'osservazione
diretta
e
dalla
sperimentazione di certi fenomeni che
continuamente si verificano nella vita di tutti
i giorni.
Gli alunni coinvolti sono bambine e bambini di 10 anni
frequentanti la classe IV di scuola primaria.
Gli obiettivi specifici di apprendimento
Capire i meccanismi della visione:
le sorgenti, gli occhi, le caratteristiche dei corpi e i colori;
Comprendere le principali proprietà ottiche della luce:
propagazione rettilinea, lo spettro dei colori;
Conoscere e familiarizzare con l’interazione luce-materia:
riflessione sugli specchi e rifrazione in acqua.
Collegamenti interdisciplinari e prerequisiti
 Storia – cenni di storia contemporanea;
 Scienze – i materiali e le loro proprietà, anatomia
dell'occhio e suo funzionamento;

Geografia – orientamento dello spazio, i paesaggi
terrestri;

Matematica – rette incidenti, rette parallele, nozione
di verso di percorrenza e uso della freccia come indicatore
simbolico, concetto di angolo, uso del goniometro,
percentuali, unità di misure convenzionali;

Italiano – lettura e comprensione di brevi testi scritti,
verbalizzazione orale e scritta;


Arte e immagine – attività grafico – pittoriche;
Educazione ambientale.
Nella fase iniziale è opportuno illustrare (ma
non troppo!) lo scopo dell'incontro. Chiedere
loro perché ci troviamo lì, non è banale:
è un modo per rompere il ghiaccio con i bambini
e per capire i loro pensieri.
È opportuno portarli a conoscenza che un
laboratorio prevede l'osservazione di un
fenomeno, la formulazione di una ipotesi e una
serie di esperimenti, compiuti da loro stessi,
come accertamento dell'ipotesi avanzata.
corpi
sorgenti
La Luce
riflessione
colori
rifrazione
I contenuti sono stati sviluppati a partire da domande
precise alle quali sono seguite brevi attività di
brainstorming.
L'approccio ha voluto far emergere le idee native in
possesso dei bambini su un argomento di cui finora non
gli è stata fornita nessuna informazione di carattere
scientifico.
Le loro risposte sono state annotate su un
questionario proposto in due momenti: prima e dopo la
“visione” delle esperienze e dell'esplicazione dei
contenuti.
Perché il nostro organismo ci
ha permesso di avere gli occhi
Non lo so
Perché vediamo?
Per vedere il mondo
Perché abbiamo pupille
potenti
Esperimento 1
Materiale occorrente:
Una stanza da poter oscurare e illuminare con facilità
 Una candelina
 Una torcia
 Vari oggetti presenti nella stanza

Obiettivo
Comprendere che ciò che ci consente di “vedere” gli oggetti e
l'ambiente intorno a noi non sono solo i nostri occhi ma è la luce.
I FASE ci dirigiamo in una stanza di medie dimensioni
facilmente oscurabile. Facciamo in modo che osservino bene
l'ambiente, in particolare facciamo focalizzare la loro
attenzione anche su un oggetto particolare, dopo di che
chiudiamo le tapparelle e la porta e chiediamo: “cosa vediamo?”
II FASE prendiamo la candelina, accendiamola in un punto
qualsiasi della stanza e chiediamo: “cosa vediamo? Riusciamo a
vedere tutto in modo chiaro e nitido?”
III FASE prendiamo la torcia e con essa illuminiamo e
oscuriamo più volte uno o più oggetti.
IV FASE apriamo le tapparelle.
Se proviamo per un istante a chiudere gli occhi e pensiamo a
come potrebbe essere un mondo al buio, oltre ad andare a
sbattere dappertutto, non ci sarebbe la differenza tra il giorno
e la notte, non potremmo guardarci allo specchio, non si
potrebbero scattare le fotografie e non esisterebbero i colori.
Se le finestre sono completamente oscurate oppure la sera
spegniamo una dopo l'altra le luci di casa, per trovare le
nostre cose dobbiamo usare le nostre mani e sentirne con
il tatto le forme e la consistenza, ascoltiamo i rumori che
fanno se li spostiamo, usiamo gli altri sensi ma non la vista.
Accendendo una candelina possiamo scorgere appena solo
le cose che le stanno intorno, se accendiamo una torcia
vediamo più cose.
Dove non c'è luce è buio e al buio non possiamo vedere.
Per vedere gli oggetti, essi devono essere illuminati.
La luce è protagonista indiscussa delle nostre esperienze più
comuni ed è responsabile dell'aspetto così familiare delle cose
che ci circondano.
Dal Sole, dai fari delle
macchine
Da dove viene la luce?
Dal Sole, dal fuoco
Dai raggi del Sole
Esperimento 2
Materiale occorrente:
Oggetti di diverso materiale
 Una torcia laser, una torcia a led
 Stampe di immagini

Obiettivo
Comprendere che nella realtà ci sono corpi che sono essi stessi
produttori di luce, detti sorgenti di luce primarie, e corpi, detti
sorgenti di luce secondaria, che producono luce riflettendo
quella proveniente da una sorgente di luce primaria.
Comprendere la differenza tra corpo opaco, traslucido e
trasparente.
Per questo esperimento ho selezionato diversi tipi di
oggetti:
Una lastra di vetro (quelle da cornice fotografica), un
foglio di carta forno, una lampada collegata alla rete
elettrica ma a cui è stata tolta il paralume e vari oggetti
trovati in casa. Per effettuare le varie osservazioni, ho
posizionato i vari oggetti sulla superficie di un mobile
basso accostato alla parete.
Ho chiesto hai bambini di osservare attentamente il
comportamento dei corpi quando questi vengono
illuminati con entrambe le torce.
Con la lampada priva di paralume ho fatto osservare la
differenza di essa come sorgente primaria e di essa
come sorgente secondaria.
Vengono mostrate ai bambini, suddivisi in due gruppi,
delle immagini multimediali di sorgenti di luce, sia
primarie che secondarie, e viene chiesto loro di
osservarle e di dire la differenza tra i due gruppi di
immagini, poi di ciascuna immagine, scrivere se sono
produttori di luce oppure no.
Una volte raccolte le loro osservazioni procedo con
qualche breve spiegazione.
Il Sole, la fiamma della candela, la lampadina elettrica
accesa, il led del portachiavi, ma anche alcuni pesci
abissali e le lucciole, producono essi stessi la luce che
emettono, non serve una seconda sorgente di luce per
renderli luminosi, ed è per questo che si chiamano
sorgenti di luce primarie.
Tuttavia la maggior parte degli oggetti che vediamo sono in
grado di mandare luce e per farlo ha bisogno di venire
illuminata. Gli oggetti illuminati, o sorgenti di luce
secondarie, diffondono intorno una parte più o meno grande
della luce che ricevono. Lo stesso fanno la Luna e i pianeti
che ci rimandano la luce che ricevono dal Sole ed è solo così
che noi possiamo vederli. Noi li vediamo assai meglio di
notte perché la luce che mandano è molto più debole di
quella del Sole.
Anche le cose luccicanti hanno bisogno di venire illuminate
per luccicare. Funzionano così le strisce catarifrangenti
che si mettono sulle scarpe e sui vestiti per essere scorti
meglio alla luce dei fari delle macchine quando si cammina di
notte al buio.
Inoltre abbiamo osservato che non tutte le
sorgenti di luce secondarie si comportano allo
stesso modo, infatti, a seconda del materiale di
cui sono fatti, si comportano in modo diverso.
 Ci sono oggetti che, se illuminati, non fanno
attraversare la luce e formano le ombre sul
muro. Questi sono chiamati corpi opachi.
 Ci sono oggetti che la luce li attraversa in
modo diffuso ma attraverso cui le immagini non
appaiono nitide. Questi sono chiamati corpi
traslucidi.
Ci
sono oggetti che la luce la lasciano
attraversare completamente. Questi sono
chiamati corpi trasparenti.
SORGENTI DI
LUCE
PRIMARIE
NATURALI
SECONDARIE
Corpi
opachi
Corpi
traslucidi
ARTIFICIALI
Corpi
trasparenti
Educazione ambientale
Le lampadine ad incandescenza sono state
inventate nel 1848 da Thomas Edison e dal 2012
ne è vietato il commercio per due motivi:
Per ridurre i consumi di energia elettrica,
infatti solo il 5-10% dell’energia che assorbono
viene trasformata in luce, mentre tutto il resto si
disperde in calore.

Per ridurre le emissioni nell'ambiente di
anidride carbonica, responsabile dell'aumento
dell'effetto serra. Infatti una lampadina a
incandescenza emette 76 chilogrammi di CO2,
contro i 15 chilogrammi di una lampadina a basso
consumo.

Non cammina perché il
Sole è fermo
La luce cammina
sempre dritta
Come cammina la luce?
Con i raggi del Sole
che arrivano sulla
Terra formando una
linea retta
I raggi del Sole
seguono una linea
retta
Esperimento 3
Materiale occorrente:
Una torcia a led
 Un tubo di plastica
 Immagini multimediali
 Una torcia laser
 borotalco

Obiettivo
Comprendere che la luce parte da una sorgente primaria
e arriva ad illuminare un corpo con un tragitto rettilineo.
Ho proposto a tale scopo due esperimenti.
Nel primo ho utilizzato il tubo di gomma
dell'aspirapolvere al quale ho poggiato ad uno dei suoi
estremi una torcia a led. Mantenendo il tubo molto
piegato, ho fatto sbirciare i bambini dall'altro estremo
ed ho chiesto se riuscivano direttamente a scorgere la
luce. Non la vedevano.
Gradualmente ho posizionato il tubo sempre più dritto
fino a che la luce è riuscita ad arrivare all'occhio dei
bambini.
Prima di effettuare l'altro esperimento, ho voluto
mostrare ai bambini delle immagini per fare in modo che
cominciassero ad avanzare qualche ipotesi sulla base di ciò
che hanno visto nell'esperimento precedente:
Per l'altro esperimento, che funge da consolidamento
dell'apprendimento e di validazione delle ipotesi
precedenti, ci siamo posizionati nel bagno, precisamente
sulla vasca da bagno, per limitare lo spargimento di
borotalco!!
Con una torcia laser abbiamo diretto il raggio di luce da
un estremo all'altro della vasca in direzione del muro ed
ai bambini è toccato il compito di agitare dei batuffoli di
cotone passati nel borotalco.
Ora facciamo il punto della situazione:
Sono sorgente di luce tutti i corpi che brillano di luce propria.
 Gli oggetti, quando sono illuminati dalla luce di una sorgente,
diffondono i raggi luminosi diventando a loro volta una sorgente
“secondaria” di luce.
 I corpi trasparenti si lasciano attraversare dalla luce: il vetro,
il cristallo, l’acqua stessa.
 I corpi opachi non fanno passare la radiazione luminosa: un
pezzo di legno o di metallo, un sasso.
 Dietro un oggetto opaco, illuminato dalla luce proveniente da
una sorgente, si forma un’ombra la cui forma riproduce la forma
dell’oggetto.
 I
raggi di luce viaggiano in linea retta dalla sorgente
all’oggetto illuminato.

Attività
Consegno ai bambini un disegno da completare.
Nel disegno preparato, ho inserito una
sorgente, un corpo opaco ed un osservatore.
La consegna prevede il completamento con i
raggi di luce provenienti dal Sole che ne
permettono la visione da parte
dell'osservatore, sulla base dei risultati
precedentemente ottenuti.
Osserva l'immagine e completala:
come disegneresti la luce in modo che l'osservatore veda
il corpo?
Nonostante i bambini abbiano acquisito che la luce si propaga in
linea retta e che un oggetto è visibile solo perché è illuminato da
una sorgente, è importante assicurarsi che abbiano ben chiaro che
la luce, proveniente dalla sorgente viene riflessa dall’oggetto stesso
in tutte le direzioni e solo una parte di questa luce riflessa viene
rilevata dal nostro occhio. A tal proposito mostrerò loro il
completamento esatto del disegno dell'attività precedente.
Insistendo ancora sulle conoscenze appena
acquisite, in particolare sul concetto che la luce
si propaga in linea retta, introduco i bambini al
concetto della riflessione, chiedendo loro....
Conosciamo un modo per
far cambiare direzione
alla luce?
Con lo specchio
Ai bambini non avevo detto che oltre alle superfici opache,
a quelle trasparenti ed a quelle traslucide, ci sono delle
superfici, lucide e perfettamente lisce, che hanno la
proprietà di far cambiare la direzione ai raggi di luce.
Tuttavia la risposta alla mia domanda è stata data
all'unisono. Quindi, ho preso uno specchietto, ho
“catturato” la luce e l'ho diretta verso ciascuno dei
bambini.
Come mi aspettavo, hanno cercato, come tanti gattini, di
catturare il riflesso con le mani!
Dopo di che, ho chiesto loro di spiegare il fenomeno con
disegno oppure verbalizzando l'osservazione del fenomeno.
Attività
Muniti di torcia, io e i bambini ce
ne siamo andati in giro per casa in
cerca di superfici riflettenti e di
angoli bui da illuminare.
Con questa attività ho voluto far vedere ai bambini che con
una sorgente di luce ed uno specchio è possibile cambiare la
direzione dei raggi di luce in modo da illuminare spazi che
altrimenti rimarrebbero in ombra.
In questo modo li ho avviati alla comprensione del fenomeno
della riflessione.
I bambini coinvolti hanno frequentato quest'anno la classe
quarta. Conoscono l'angolo e sanno che lo strumento per
misurare le ampiezze è il goniometro però il concetto non è
stato ancora approfondito.
Quindi, per rendere più comprensibile l'esperienza, sul
foglio A4 è stato tracciato uno schema formato dalla retta
sulla quale poggiamo il bordo dello specchio e dalla retta
perpendicolare al punto in cui vogliamo fare incidere il
nostro raggio di luce. Successivamente, in sostituzione del
goniometro, ho fatto utilizzare delle coppie di sagome di
angoli di diversa ampiezza per verificare l'ipotesi.
Esperimento 4.5
Materiale occorrente:
Una torcia laser
 Un foglio formato A4
 Angoli di cartoncino di diversa ampiezza


Obiettivo
Comprendere che la luce, quando incide su una superficie
riflettente con un angolo di ampiezza qualsiasi, cambia la
sua direzione con un angolo della stessa ampiezza.
Lo scopo è far capire ai bambini che per illuminare una
parte di spazio qualsiasi possiamo utilizzare una
sorgente di luce (un raggio di sole, una torcia a led
oppure laser) ed uno specchio, ma la riuscita dipende
dal rispetto di regole ben precise.
Ricapitolando, abbiamo scoperto che la luce si
comporta in modo diverso a seconda del
materiale che incontra:
 I corpi opachi la bloccano e lei si diffonde;
 I corpi trasparenti la lasciano passare;
 Nei corpi traslucidi una parte si diffonde
e
una parte passa;
 Sugli specchi viene riflessa in una direzione
secondo una regola precisa.
La attraversa perché è
trasparente
Non lo so
Cosa succede quando la
luce incontra l'acqua?
Fa l'arcobaleno
Si bagna
Esperimento 5
Materiale occorrente:
Una ciotola di plastica non trasparente
 Una monetina
 Acqua


Obiettivo
Comprendere che la luce, grazie al fenomeno della
rifrazione, passando dall'aria all'acqua, cioè attraverso
sostanze di diversa densità, può rendere visibili degli
oggetti che altrimenti non si potrebbero vedere.
Esperimento 5.1
Materiale occorrente:
Un bicchiere di vetro a superficie liscia
 Un cucchiaino
 Acqua
 Olio


Obiettivo
Comprendere che la luce, quando passa dall'aria all'acqua,
subisce una deviazione, rispetto alla direzione originale,
con un angolo di ampiezza minore rispetto all'ampiezza
dell'angolo di incidenza.
FASE I Distribuisco al gruppo la ciotola con la monetina
adagiata sul fondo e chiedo loro di allontanarsi fino a quando
non riescono più a vederla.
FASE II Iniziando a riempire la ciotola con acqua, i bambini
noteranno che ora riescono a vedere la moneta.
Com’è possibile?
Cosa accade?
Quando nella ciotola non c'è l'acqua, l'occhio è in una posizione
tale da non poter vedere la moneta ma, man mano che l'acqua
entra, la luce, passando da un mezzo ad un altro, in questo caso
dall'aria all'acqua, viene deviata rendendo visibile la moneta e la
scritta.
FASE III Prendo un bicchiere e un cucchiaino inserito al suo
interno.
Cosa vedete? Vediamo il cucchiaino perché la luce che lo illumina
passa attraverso un corpo trasparente, cioè il vetro del
bicchiere.
FASE IV Riempiamo il bicchiere con acqua.
Cosa osservate? Da certi punti di osservazione, il cucchiaino
sembra spezzarsi in due pezzi a causa dall’acqua.
In quale posizione bisogna osservare il cucchiaino affinché
appaia tutto intero?
FASE V Aggiungiamo l'olio. Cosa osserviamo? Il cucchiaino si
spezza in tre pezzi.
Ora si vede con due
forme
L'acqua fa spostare
la monetina
Secondo voi cosa
accade?
È gigante
Sembra che è diviso:
una parte di qua e una
parte di la.
Entrambi gli esperimenti mostrano l'effetto del fenomeno
della rifrazione.
La rifrazione inganna i nostri occhi facendoci pensare che
la moneta sia più vicina alla superficie di quanto non sia in
realtà.
Quando la luce attraversa sostanze con caratteristiche
diverse, la sua direzione subisce una deviazione, cioè una
rifrazione.
Esperimento 6
Materiale occorrente:
Una torcia laser
 Un prisma a base rettangolare


Obiettivo
Comprendere che il fenomeno della rifrazione avviene
anche quando la luce passa dall'aria al vetro, ancora una
volta sostanze di diversa densità.
Con la torcia laser fissa in un punto si produce un raggio stretto
e rettilineo. Se poniamo lungo il percorso del raggio un prisma a
base rettangolare, il raggio si mantiene rettilineo se il vetro è in
linea non il raggio, ma se cominciamo a ruotare pian piano il
vetro, si osserva che la luce comincia a comportarsi in modo
diverso: una parte viene riflessa, il resto passa attraverso il
vetro compiendo una deviazione rispetto alla posizione della
torcia e compie un'altra deviazione quando esce dall'altro lato.
Questo è il fenomeno della RIFRAZIONE ed i gabbiani devono
tenere conto di questo fenomeno quando si tuffano per
catturare una preda sott'acqua.
È trasparente
È gialla
Di che colore è la
luce?
È di sette colori
È di ogni colore
Esperimento 7
Materiale occorrente:
Una torcia di luce bianca
 Una brocca di vetro trasparente e liscio
 Uno specchio
 Un foglio bianco formato A4
 Acqua


Obiettivo
Comprendere che la luce bianca è formata da 7 colori.
FASE I oscuriamo parzialmente la stanza
FASE II sul piano d'appoggio ho sistemato, in ordine, lo
specchio, con la faccia riflettente rivolta verso l'alto, e su di
esso ho poggiato la brocca di vetro trasparente e liscio.
FASE III ho riempito di acqua la brocca e ad essa ho
diretto il fascio di luce bianca di una torcia.
Abbiamo osservato che il raggio in uscita, oltre a venire
deviato a causa della doppia rifrazione, si rifletteva su un
foglio posizionato vicino “con le sembianze” di un arcobaleno.
Perché?
Nel 1666 il grande scienziato Isaac Newton
studiò il comportamento di un raggio di luce
bianca che attraversa un prisma di vetro. Si
accorse per primo che la luce bianca era formata
da tutti gli altri colori messi insieme. Con i suoi
studi Newton affermò che il colore non è una
qualità dei corpi bensì della luce stessa e divenne
un convinto sostenitore della teoria corpuscolare
della luce. In base a tale concezione, la luce è
costituita da microscopiche particelle che
vengono lanciate dalla sorgente in tutte le
direzioni e con velocità elevatissima (circa
300000 km/s). Le ricerche di Newton sulla luce
sono raccolte in tre libri chiamati Optiks, scritti
nel 1704.
La luce può essere “smontata” nei singoli elementi che
la compongono.
Il nostro occhio la percepisce bianca ma in realtà è
formata da 7 colori, i colori che formano l'arcobaleno:
rosso, arancio, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto.
Questa serie di strisce colorate è chiamato
SPETTRO DEI COLORI
...e può essere rimontata...
Attività
Costruiamo il disco di Newton
Materiale occorrente:
Cartoncini,
compasso,
goniometro,
colori,
forbici,
ferma campioni.
Con il compasso faccio disegnare sul cartoncino una circonferenza;
Tracciamo un raggio qualsiasi e con il goniometro cominciamo a
individuare gli angoli secondo le seguenti misure:
Rosso 61°
Arancio 34°
Giallo 54,5°
Verde 61°
Azzurro 54,5°
Indaco 34°
Violetto 61°
Coloriamo secondo le indicazioni;
Pratichiamo un foro nel centro e inseriamo un ferma campione.
La trottola della luce è pronta per girare.
È grazie a questa sua composizione che noi
riusciamo a vedere i colori...
Quando un oggetto è colpito
dalla luce, assorbe alcuni
colori dello spettro solare e
ne riflette altri. I colori
che l'oggetto riflette sono
quelli che percepiamo: ad
esempio,
nella
figura
vediamo una foglia che
appare
verde
perché
assorbe tutti i colori tranne
il verde.
Proviamo a rispondere:
Perché si forma l'arcobaleno?
Perché il cielo è blu?
Perché la mela è rossa?
Tuttavia, la luce che ci arriva dal Sole non è composta solo dai colori
che vediamo, ma anche da una parte che il nostro occhio non
percepisce. Questi sono i “colori invisibili”:
i raggi infrarossi non li vediamo ma li utilizziamo ogni giorno perché
sono quella parte di luce che con il telecomando ci fa cambiare canale
alla TV, quella dei sensori di movimento che fanno aprire le porte
scorrevoli dei supermercati, quelli che fanno scattare gli allarmi
quando passiamo, quella delle telecamere che permettono di vederci
anche di notte;
i raggi ultravioletti, sono anche loro invisibili e sono molto pericolosi.
Li troviamo spesso indicati con i simbolo UV sui barattoli delle creme,
specialmente quelle solari, che ci proteggono. Infatti questa parte
della luce è la responsabile della nostra abbronzatura e delle
scottature solari!!
Osserviamo questa immagine