UNIVERSIDAD DE LOS ANDES NÚCLEO UNIVERSITARIO “RAFAEL RANGEL” DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y MATEMÁTICA ÁREA DE FÍSICA CÁTEDRA: ÓPTICA Y ONDAS DISEÑO INSTRUCCIONAL DE LA UNIDAD CURRICULAR Prof. Hebert Lobo Julio, 2005 DATOS GENERALES DE LA UNIDAD CURRICULAR 1. Institución: Universidad de Los Andes. 2. Facultad: Núcleo Universitario “Rafael Rangel”. 3. Departamento: Física y Matemática. 4. Área: Física. 5. Plan de Estudio: Educación Física y Matemática (Plan 1995). 6. Eje Programático: Formación Profesional y Especialización. 7. Denominación: Óptica y Ondas. 8. Código: OP01. 9. Ubicación: IX Semestre. 10. Prelación: Laboratorio de Física General. 11. Número de semanas: Dieciséis (16) semanas. 12. Horas semanales: Cinco (05) horas. 13. Total de horas: Ochenta (80) horas. PRESENTACION La unidad curricular objeto de este diseño instruccional se denomina “Óptica y Ondas” y constituye una de las más importantes del eje de formación profesional y especialización de la carrera de Educación, mención Física y Matemática, del Núcleo Universitario “Rafael Rangel” de la Universidad de Los Andes. En la primera parte, se hace una extensa justificación para la elaboración del diseño, partiendo de las bases legales y constitucionales, vinculándolo a los lineamientos institucionales y, en particular, al perfil del egresado y a los objetivos contenidos en el Plan de Estudios de la carrera de Educación. A continuación se presentan sucintamente los datos generales del marco institucional en el que se administra la unidad curricular, como parte del pensum de estudio de la carrera en cuestión. Más adelante, se enuncian los propósitos que, basándose en la experiencia de varios años como docente del Área de Física, el autor se aventura a plantear y que constituyen las expectativas del educador o facilitador de la unidad curricular como consecuencia del desarrollo del curso de Óptica y Ondas. Asimismo se definen los objetivos generales del programa de estudio de la unidad curricular en términos del aprendizaje que el alumno debe lograr al concluir el curso semestral. Luego se presenta la sistematización de los contenidos, en un total de cinco unidades, que incluyen los temas o tópicos que serán objeto de estudio, revisión y discusión. Respecto a estos, se definirán en cuadros sinópticos, siguiendo los criterios para la conformación de las unidades didácticas e incluyendo la definición de los objetivos terminales representativos de los cambios de conducta observables del alumno luego del proceso de aprendizaje de cada unidad didáctica y, para cada contenido, los objetivos específicos que identifican la conducta esperada al final del estudio de los temas incluidos, especificando las condiciones en las cuales el alumno exhibirá tal conducta e incluyendo un patrón de rendimiento. Asimismo, se definen las estrategias y medios instruccionales y se listan los recursos necesarios para llevarlos a cabo. Se agregan por separado, las estrategias de evaluación y el plan de evaluación que incluye, el Plan de Evaluación por Contenidos, que es un resumen de los Planes de Evaluación por Objetivos elaborados para cada unidad de contenidos . Igualmente, se presenta un cronograma de actividades para el desarrollo del programa de estudio en condiciones normales, es decir, un semestre académico de dieciséis (16) semanas y, al final se agrega la bibliografía de consulta, incluyendo las páginas Web sugeridas para consulta y revisión. JUSTIFICACION La Constitución de la República Bolivariana de Venezuela establece en su Artículo 102º como finalidad de la Educación la de desarrollar el potencial creativo de cada ser humano y el pleno ejercicio de su personalidad en una sociedad democrática basada en la valoración ética del trabajo y en la participación activa, consciente y solidaria en los procesos de transformación social consustanciados con los valores de la identidad nacional, y con una visión latinoamericana y universal lo cual es refrendado por la Ley Orgánica de Educación en su Artículo 3º al establecer que la finalidad fundamental de la Educación reside en el pleno desarrollo de la personalidad y el logro de un hombre sano, culto, crítico y apto para convivir en una sociedad democrática, justa y libre basada en la familia como célula fundamental y en la valorización del trabajo; capaz de participar activa, consciente y solidariamente en los procesos de transformación social; consustanciado con los valores de la identidad nacional y con la compresión, la tolerancia, la convivencia y las actitudes que favorezcan el fortalecimiento de la paz entre las naciones y los vínculos de integración y solidaridad latinoamericana. La educación fomentará el desarrollo de una conciencia ciudadana para la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente, calidad de vida y el uso racional de los recursos naturales y contribuirá a la formación y capacitación de los equipos humanos necesarios para el desarrollo del país y a promoción de los esfuerzos creadores del pueblo venezolano hacia el logro de su desarrollo integral, autónomo e independiente. En concordancia con lo expuesto, la Ley de Universidades contempla que las mismas deben cumplir con una función rectora en la educación, la cultura y la ciencia, según el Artículo 3º. Asimismo, en su Artículo 3º enfatiza que la enseñanza universitaria estará dirigida a crear, asimilar y difundir el saber mediante la investigación y la enseñanza; a completar la formación integral iniciada en los ciclos educacionales anteriores; y a formar los equipos profesionales y técnicos que necesita la Nación para su desarrollo y progreso. La Universidad de Los Andes como Institución Autónoma de Educación Superior y acatando las disposiciones de la Constitución, de la Ley Orgánica de Educación y de la Ley de Universidades, intensifica sus esfuerzos en la formación de ciudadanos profesionales integrales y eficientes, comprometidos con el desarrollo y la soberanía nacional, adaptando un Modelo Curricular que responda a las demandas de la sociedad venezolana actual. Con el fin de incorporarse al proceso de desarrollo en la Sub-región Motatatán-Cenizo, la Universidad de Los Andes creó en el año 1972 el Núcleo Universitario de Trujillo, más tarde denominado “Rafael Rangel”, el cual según los lineamientos de la Doctrina Universitaria Nº 3, fue organizado con una estructura departamental novedosa, organizada por Áreas de Conocimiento, para el desarrollo de carreras en el campo agropecuario y la docencia teniendo como norte, entre otros, los siguientes objetivos institucionales: 1. Ofrecer e impartir enseñanza de la más alta calidad en el nivel superior, para que con carácter prioritario, las promociones que egresan o hayan egresado de la educación secundaria dentro del área de influencia del Núcleo, tengan la oportunidad y seguridad de iniciar, continuar y culminar estudios universitarios. 2. Contribuir al mejoramiento cualitativo de la educación media, participando activamente en programas especialmente dedicados a tales fines, mediante fórmulas de cooperación institucional, con el Ministerio de Educación a través de la Oficina Regional de Educación. 3. Ofrecer un plan de estudios novedoso, moderno y de gran flexibilidad, comenzando en el Ciclo Básico, en la primera etapa, y en el futuro abriendo y desarrollando cierto número y tipo de carreras cortas y largas. 4. Efectuar, en colaboración con organismos de planificación y desarrollo nacional y regional, los estudios necesarios en materia de disponer de una información adecuada que le permita al Núcleo concebir y orientar sus programas académicos, a fin de contribuir a satisfacer las exigencias de formación de personal que demanda el proceso de modernización de la región. 5. Organizar un programa de transferencia entre el Núcleo de Trujillo y el resto del Sistema Regional Universitario de Los Andes, así como los otros Sistemas Universitarios. (ULA, 1973: 4-5) Desde el mes de septiembre de 1974, ininterrumpidamente la formación en docencia a nivel de pregrado es atendida con la Carrera de Educación, orientada a la formación de profesionales para la Educación Media, Diversificada y Profesional. En 1989, se implanta la Licenciatura en Educación Integral dirigida a la formación de profesionales universitarios para el ejercicio de la docencia para las dos primeras etapas del nivel de Educación Básica. En abril de 1994, fue designada por el Consejo Superior del NURR una Comisión Curricular Ad-hoc. para evaluar y rediseñar curricularmente los estudios de formación docente acorde a los nuevos tiempos y nuevas exigencias. En 1995, se da inicio a un nuevo Plan de Estudios de la Carrera de Educación. Para dar cumplimiento a lo pautado en el área de formación de recursos humanos para la docencia, el Núcleo Universitario “Rafael Rangel”; a través de los Departamentos de Ciencias Pedagógicas, Ciencias Sociales y Física y Matemática; como ente rector en la preparación del profesional de la educación de la Física y la Matemática, en su Diseño Curricular define a este profesional como un profesional universitario de alto nivel para trabajar en el Sistema Educativo venezolano, fundamentalmente en: Educación Básica, Educación Media, Diversificada, Profesional y Educación Superior. Esta definición corrobora los roles fundamentales del perfil académico – profesional del egresado de la Licenciatura de Educación, mención Física y Matemática, resumidos en: 1. Exhibirá atributos personales para cumplir las funciones básicas de la profesión docente y realizar con certeza el intercambio de experiencias y conocimientos que garanticen el desarrollo continuo y sostenido de la personalidad del alumno, objeto y sujeto de formación intelectual, social y ciudadana. 2. Tendrá conocimientos específicos en el área de la mención, que garanticen a sus futuros alumnos una orientación cognoscitiva, concreta, actualizada y significativa. 3. Estará convencido de la necesidad del cambio en el ámbito científico – cultural, para lo cual abrazará crítica y reflexivamente la problemática surgida en el amplio espectro de la naturaleza, de sí mismo y de sus semejantes. 4. Será un profesional en constante crecimiento intelectual, personal y social, que exhiba cualidades de liderazgo en el aula, la institución y la comunidad. 5. Conducirá sus funciones docentes bajo los principios de la alta gerencia, siendo también un cuidadoso ecologista en la conservación del ambiente y un investigador constante en la búsqueda de la verdad. 6. Estará en capacidad de participar en la acción transformadora no sólo de la sociedad, la ciencia y la cultura, sino también, de la conciencia de sus estudiantes, bajo una concepción ética que le garantice la calidad de los cambios que debe producir. (ULA – NURR, 1994: 237 – 238) Para el logro del perfil descrito, se plantea los siguientes objetivos generales de la carrera: 1. Formar un HOMBRE FUNDAMENTAL EN LA DOCENCIA que, como FACILITADOR DEL APRENDIZAJE más que como trasmisor de información, por su preparación de elevada calidad académica pueda responder adecuadamente al nivel y/o modalidad escolar en que ha de actuar, con una actitud crítica, creativa, democrática e indagadora. 2. Formar un profesional con capacidad para actuar en la identificación , diagnóstico y solución de los grandes problemas que afectan a la colectividad en general y a la escolar en específico, de acuerdo con las necesidades de transformación que del mundo se hayan fijado. 3. Formar un profesional que aporte los retos de transformación que la época de crisis que vivimos plantea. 4. Formar un profesional para preservar las conquistas científicas, humanísticas, tecnológicas, artísticas y de valores (libertad, justicia, igualdad, solidaridad, cooperación, etc.), logradas en el proceso de desarrollo de la humanidad. (Ibíd.: 200-209) Sustentado en los planteamientos anteriores, el Plan de Estudios de la carrera de Educación en Física y Matemática incorpora la asignatura Optica y Ondas, la cual forma parte del área de conocimientos de la Física, que contempla unidades curriculares de la carrera, encargadas del componente profesional de la carrera. Su ubicación en el plan de estudio es en el 9º semestre y de acuerdo a los objetivos terminales de la carrera y a las competencias que configuran el perfil profesional, se incluyo dentro del eje de Formación Profesional y Especializada. La Unidad Curricular Optica y Ondas se orienta hacia la enseñanza basada en el estudio y análisis de principios fundamentales sobre la naturaleza y comportamiento de la luz, mediante la utilización de diversas estrategias de aprendizaje, incluyendo la resolución de problemas y el diseño y montaje de experiencias de laboratorio. Dentro de la formación de especialistas en Educación de la Física y Matemática constituye un aporte de notable importancia por cuanto se refiere a los contenidos de una de las ramas principales de la Física, facilitando la comprensión de los fenómenos luminosos y, asimismo, el desarrollo de nuevas aplicaciones tecnológicas de las propiedades de las ondas electromagnéticas. Igualmente, se justifica el diseño de un nuevo diseño curricular de la asignatura Optica y Ondas porque, hasta ahora, la formulación de los programas de estudio de las distintas asignaturas de la sub-área de Formación Profesional, dictadas en el NURR se ha basado en la utilización de programas “similares” utilizados en las distintas Facultades de Ciencias e Ingeniería de la ULA en Mérida, los cuales resultan completamente inapropiados para el perfil del profesional de la docencia que se ha propuesto lograr nuestra institución. Además, dichos programas se limitan a reproducir casi textualmente la lista de contenidos de los índices de libros elaborados para estudiantes de Ciencias e Ingeniería, sin tomar en consideración siquiera la cantidad y calidad, de información requerida para el logro de los objetivos de formación de docentes en el área de Física y Matemática. Menos aún contemplan objetivos generales, terminales y específicos ni incluyen algún plan de evaluación basado en la verificación de los objetivos del aprendizaje. PROPOSITOS Fomentar el interés de los alumnos por los maravillosos fenómenos de la luz, como expresión fundamental de la óptica y la teoría ondulatoria Incentivar la valoración por parte de los alumnos de las aplicaciones prácticas de los principios y leyes que rigen los fenómenos luminosos y ondulatorios. Propiciar el desarrollo de destrezas y habilidades en el alumno para la reproducción mediante experimentos sencillos de los principales fenómenos ondulatorios, en general, y luminosos, en particular. Estimular la participación individual y el trabajo en equipo de los alumnos como una forma de superar los esquemas de instrucción tradicionales, propiciando la competencia positiva y el aprendizaje significativo. Despertar en los alumnos el aprecio por el uso de las nuevas tecnologías educativas, tanto a nivel de las estrategias, medios y recursos (en particular Internet), como de la evaluación del proceso de aprendizaje. OBJETIVOS GENERALES Observar los fenómenos físicos relacionados con las ondas, en general, y la luz en particular, identificando las cantidades y parámetros que permiten su descripción de acuerdo a los principios de la mecánica ondulatoria. Clasificar las clases de movimiento ondulatorio y los fenómenos luminosos, de acuerdo a sus propiedades. Relacionar las propiedades de los fenómenos luminosos con los principios, leyes, teorías y conceptos desarrollados por la humanidad para explicarlos y, sistematizados en la óptica geométrica y la óptica física. Desarrollar destrezas y habilidades para el montaje de experimentos; de fácil reproducción y con equipos asequibles; para la comprobación de los fenómenos ondulatorios y luminosos. Valorar el uso de la Internet, como fuente inagotable de información sobre el acontecer científico y, en particular, del estudio de los fenómenos ondulatorios mecánicos, acústicos y ópticos. Explicar los resultados de las demostraciones matemáticas y los experimentos realizados durante el desarrollo de la unidad curricular. Analizar los fenómenos que evidencian la naturaleza ondulatoria de la luz. Aplicar los principios, leyes, teorías y conceptos en la resolución de problemas de los temas de ondas y óptica, siguiendo un procedimiento ordenado y sistemático que permita hacer inferencias a partir de los resultados. Evaluar la naturaleza dual de la luz, revisando la evolución histórica de la comprensión de los fenómenos luminosos por parte de la humanidad. SISTEMATIZACION DE LOS CONTENIDOS UNIDAD 1. Movimiento Ondulatorio. 1. Fundamentos y características del movimiento ondulatorio: Métodos de transmisión de energía. Movimientos oscilatorios. Ondas. Concepto y ejemplos. 2. Propiedades del movimiento ondulatorio: Función de onda. Pulso viajero. Onda armónica. Elementos o parámetros de una onda. Deducción de la ecuación de onda unidimensional. Generalización de la ecuación de onda tridimensional. El operador “laplaciano” 2 en diferentes sistemas de coordenadas. 3. Clasificación de las ondas: Según las características del medio en que se propagan (ondas mecánicas y ondas electromagnéticas). Según el movimiento relativo de las partículas del medio respecto a la dirección de propagación de la perturbación (ondas transversales y ondas longitudinales). Según el número de dimensiones espaciales mínimas para representarlas (ondas unidimensionales, ondas bidimensionales y ondas tridimensionales). Según la forma del perfil de la onda (ondas armónicas y ondas anarmónicas). Según la cantidad física que representa (ondas escalares y ondas vectoriales). Según el movimiento del perfil (ondas estacionarias y ondas viajeras). 4. Superposición de Ondas: Principio de superposición. Suma de ondas de la misma frecuencia (método algebraico, método complejo, suma de fasores y ondas estacionarias). Suma de ondas de diferente frecuencia (pulsos, velocidad de grupo, ondas periódicas anarmónicas - análisis de Fourier, ondas no periódicas - integrales de Fourier). UNIDAD 2. La luz y el espectro electromagnético 1. Naturaleza de la luz: La luz como un flujo de partículas (de la antigua Grecia a la mecánica cuántica). La luz como un tren de ondas (la polémica entre Huygens y Newton). La naturaleza dual de la luz (del experimento de Young al efecto fotoeléctrico). 2. Las leyes básicas del electromagnetismo: Las ecuaciones de Maxwell y las ondas electromagnéticas (ley de inducción de Faraday, ley de Gauss – eléctrica, ley de Gauss – magnética, ley de Ampere, ley de Ampere – Maxwell y ecuaciones diferenciales de Maxwell). La ecuación de onda electromagnética. Ondas electromagnéticas y la velocidad de la luz (c). Experimentos clásicos para estimar el valor de la luz (experimento de Galileo Galilei, medición astronómica de Olaf Römer, experimento de la rueda dentada de Armand Fizeau, experimento de espejos rotatorios de Jean Foucalt, observaciones de James Bradley y el experimento de Michelson-Morley) 3. Energía y momentum en ondas electromagnéticas: Densidad de energía .Flujo de energía y vector de Pointing. Flujo de momentum y presión de radiación. Flujo luminoso o irradiancia. Intensidad luminosa. Iluminación. 4. El espectro electromagnético: El espectro visible de la luz (los colores del arco iris, absorción de colores, adición de colores). El espectro electromagnético invisible (ondas de alta frecuencia – aplicaciones, ondas de baja frecuencia, radio y televisión). Ondas electromagnéticas en la materia (materiales opacos y transparentes, velocidad de la luz en medios dieléctricos e índice de refracción ) UNIDAD 3. La propagación de la luz y la óptica geométrica 1. Las leyes fundamentales de la propagación de la luz: El principio de Huygens y la deducción de las leyes de reflexión y refracción usando el concepto de frentes de onda. El teorema de Malus y Dupin y la deducción de las leyes de reflexión y refracción usando el concepto de rayos de luz. El principio de Fermat y la deducción de las leyes de reflexión y refracción usando el concepto de la longitud de camino óptico. Los fotones y las leyes de reflexión y refracción. Deflexión de un haz luminoso en un medio no homogéneo (espejismos) 2. Tratamiento electromagnético: Comportamiento de las ondas electromagnéticas en una interfase de dos materiales dieléctricos. Deducción de las ecuaciones de Fresnel. Interpretación de las ecuaciones de Fresnel (coeficientes de amplitud, corrimientos de fase, reflactancia y trasmitancia). Reflexión total interna(ángulo crítico y reflexión total interna frustrada). 3. Óptica geométrica: Lentes y diagramas de rayos (superficies asféricas: óvalos, elipses, hipérboles; superficies esféricas, lentes delgadas, fórmula gaussiana y forma newtoniana de los lentes). Diafragmas (diafragmas de campo y aberturas, pupilas de entrada y salida y abertura relativa). Espejos (espejos planos, espejos asféricos: parabólicos y elípticos; espejos esféricos y fórmula de los espejos). Prismas (prismas dispersores, prismas reflectores y fibras ópticas) 4. Sistemas ópticos complejos: El ojo humano (estructura y funcionamiento). Anteojos y corrección de defectos visuales. Lentes de aumento y oculares. El microscopio simple. El microscopio compuesto. El telescopio refractor. El telescopio reflector. La cámara fotográfica. UNIDAD 4. Polarización de la luz 1. Luz polarizada: Luz linealmente polarizada (polarización lineal positiva y polarización lineal negativa). Luz circularmente polarizada (polarización circular derecha y polarización circular izquierda). Luz elípticamente polarizada. Luz no polarizada y luz natural. 2. Polarizadores: Polarizadores dicroicos o por absorción selectiva (rejilla de alambre, cristales dicroicos y polaroides). Polarizadores birrefringentes (cristales de calcita, el prisma de Nicol, el prisma Glan-Foucalt, el prisma Glan-Thompson y el prisma Wollaston). Polarización por dispersión (esparcimiento y dispersión). Polarización por reflexión (la ley de Brewster y polarizador pila de placas). 3. Retardadores y polarizadores circulares: La ley de Malus y la transmisión de luz polarizada a través de un polarizador. Elementos retardadores (lámina de onda completa, lámina de media onda, lámina de cuarto de onda, el rombo de Fresnel y compensadores). Polarizadores circulares. Colores de interferencia. Actividad óptica. 4. Descripción matemática de la polarización y aplicaciones de la luz polarizada: Los parámetros de Stokes. Los vectores de Jones. Las matrices de Jones y Mueller. Foto elasticidad o birrefringencia de esfuerzo. Lentes y faros polarizados. El polarímetro. El efecto Faraday. Los efectos Kerr y Pockels UNIDAD 5. Interferencia y Difracción 1. Interferencia en películas delgadas: Condiciones para la interferencia. Franjas de igual inclinación. Franjas de igual espesor. Los anillos de Newton. 2. Interferómetros: Interferencia por división de frente de onda (el experimento de Young, el espejo doble de Fresnel, el biprisma de Fresnel y el espejo de Lloyd). Interferencia por división de amplitud (el interferómetro de Michelson, el interferómetro de Mach-Zehnder, el Interferómetro de Sagnac y las franjas de Pohl). 3. Interferometría: El interferómetro de Fabry-Perot (modo de operación y espectroscopia de Fabry-Perot). Aplicaciones de películas simples y múltiples (tratamiento matemático, recubrimientos antirreflectantes y sistemas periódicos de multicapas. Aplicaciones de la interferometría (interferencia con luz esparcida, medición de películas delgadas por interferometría de haces múltiples, el experimento de Michelson-Morley y el interferómetro de Twyman - Green). 4. Difracción: Condiciones para la difracción. Difracción de Fraunhofer (la rendija única, la doble rendija, rendijas múltiples, abertura rectangular, abertura circular, resolución de sistemas y la red de difracción). Difracción de Fresnel (propagación libre de ondas esféricas, la curva de vibración, aberturas circulares, obstáculos circulares y la placa zonal de Fresnel) UNIDAD Nº 1: Movimiento Ondulatorio OBJETIVOS TERMINALES: 1. Explicar los fundamentos, características y propiedades del movimiento ondulatorio. 2. Caracterizar los tipos de ondas según el medio en que se propagan, el movimiento relativo a la dirección de propagación, el número de dimensiones, el perfil, la cantidad física que representan y el movimiento del perfil. 3. Aplicar los diferentes métodos para la superposición de ondas. 4. Llevar a cabo experiencias de laboratorio que reproduzcan distintas clases de movimiento ondulatorio. 5. Valorar los numerosos fenómenos ondulatorios que ocurren a su alrededor. OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizada la lectura sugerida en grupos de cinco alumnos, identificar el movimiento ondulatorio como uno de los tres métodos de transmisión de energía, subrayando en el material los aspectos más relevantes. 1.2. Relacionar las características de los movimientos oscilatorios, discutidas en Física I y Física II, con las del movimiento ondulatorio, mediante una dinámica de intervenciones en clase. 1.3. En base a su propia experiencia valorar la amplia gama de fenómenos físicos que pueden ser caracterizados como movimientos ondulatorios haciendo una lista de casos en su cuaderno de trabajo. 1.4. Definir el concepto de onda, a partir de la observación, comparación y análisis de ejemplos de CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS 1.1. 1. Fundamentos y características movimiento ondulatorio. del Exposición interactiva. Retroproyector. Transparencias. Dinámica de grupo. Resortes. Métodos de transmisión de energía. Discusión de experiencias Mapas conceptuales. Cuerda. Cubeta de agua. Corneta. Movimientos oscilatorios. Trabajo en equipos. Osciloscopio Ejemplificaciones. Ondas. Concepto y ejemplos. Demostraciones experimentales. Generador de frecuencias Material impreso: Análisis de los resultados Waldron, R. A. (1968: 2-35). Kádomtsev, B y Rydnik, V. (1984: 768). EVALUACIÓN movimiento ondulatorio sugeridos por el docente y los alumnos. OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 2.1. Describir la función de onda de un pulso longitudinal unidimensional en una cuerda o resorte, identificando las variables cinemáticas más relevantes, luego de realizadas las demostraciones en grupo. 2.2. Identificar los elementos de una onda unidimensional armónica en un diagrama, hecho en su cuaderno, de lo observado en las demostraciones, luego de revisar la página Web sugerida. 2.3. Después de la explicación del docente, completar la tabla de doble entrada para las relaciones entre los parámetros o elementos de una onda. 2.4. Siguiendo las pautas aplicadas por el docente para la resolución de un problema que involucre las relaciones entre los parámetros, presentar por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 2.5. Dada la explicación del docente deducir la ecuación de onda unidimensional y su generalización al caso tridimensional, en una dinámica de intervenciones. 2.6. Habiendo revisado las características de diversas coordenadas espaciales, inferir la ecuación de onda tridimensional, usando el operador laplaciano 2 en Retroproyector. 2. Propiedades del movimiento ondulatorio. Función de onda. Pulso viajero. Onda armónica. Elementos o parámetros de una onda. Deducción de la ecuación de onda unidimensional. Generalización de la ecuación de onda tridimensional. Exposición oral. Transparencias. Demostraciones experimentales. Análisis de los resultados. Guía de problemas. Interrogatorios. Resorte. Dinámica de grupo. Cuerda. Lectura en página Web. Página Web: http://www.sc.ehu/... http://www.usuarios/... Resolución de problemas. Trabajo en equipos. El operador “laplaciano” 2 en diferentes sistemas de coordenadas. Formato de tabla de doble entrada. Construcción de diagramas y dibujos. Inferencia. http://www.colossrv.../... OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 3.1. Definir los tipos de onda de acuerdo a las clasificaciones presentadas, luego de hacer la revisión bibliográfica correspondiente, mediante una dinámica de intervenciones en clase. 3.2. Luego de una exposición por grupos sobre los tipos de ondas, explicar las características, ventajas y limitaciones de cada clasificación, para la descripción de los fenómenos ondulatorios. 3.3. Caracterizar según las distintas clasificaciones un conjunto de diez ejemplos de perturbaciones ondulatorias, presentando un informe escrito en grupos de cinco alumnos. 3.4. Utilizar la información y las recomendaciones discutidas para la elaboración de un cuadro sinóptico de la clasificación de las ondas, agregando, por lo menos, tres ejemplos de cada clase. 3. Clasificación de las ondas según: Las características del medio en que se propagan. - Ondas mecánicas. - Ondas electromagnética s. El movimiento relativo de las partículas del medio respecto a la dirección de propagación de la perturbación. - Ondas transversales. - Ondas longitudinales. El número de dimensiones espaciales mínimas para representarlas. - Ondas unidimensionales - Ondas bidimensionales - Ondas tridimensionales La forma del perfil de la onda. - Ondas armónicas. - Ondas anarmónicas. La cantidad física que representa. - Ondas escalares. - Ondas vectoriales. El movimiento del perfil. - Ondas estacionarias - Ondas viajeras. Retroproyector. Revisión bibliográfica. Transparencias. Exposición de grupos. Formatos de cuadros sinópticos. Ejemplificación. Pizarrón Dinámica de grupo. Material impreso: Trabajo de grupos. OEA. Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico (1975:1-85). Marín, Fernando. (1980: 432-456). Construcción de cuadros sinópticos. OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN Retroproyector. 4.1. Enunciar el principio de superposición, escribiendo una expresión para una función de onda compuesta, tomando como referencia la función de onda y las características lineales de la ecuación de onda, analizadas con anterioridad. 4.2. Luego de la explicación del docente, contrastar las ventajas y limitaciones de los métodos para la suma de ondas de la misma frecuencia, resolviendo en grupos de trabajo tres ejercicios de la guía de problemas. 4.3. Dado el gráfico correspondiente a dos ondas armónicas de la misma frecuencia propagándose en direcciones opuestas, analizar las condiciones de borde para la ecuación de una onda estacionaria, en una hoja tipo carta. 4.4. Comparar la velocidad de fase de una onda simple y la velocidad de grupo de ondas compuestas, infiriendo su significado físico, en una dinámica de grupo. 4.5. Luego de la explicación del docente, contrastar las ventajas y limitaciones de los métodos para la suma de ondas de distinta frecuencia, resolviendo en grupos de trabajo tres ejercicios de la guía de problemas. 4. Superposición Ondas. de Principio de superposición. Suma de ondas de la misma frecuencia. - Método algebraico. Método complejo. Suma de fasores. Ondas estacionarias. Exposición interactiva. Transparencias. Interrogatorios. Gráficos. Dinámica de grupo. Pizarrón Ejemplificación. Guía de problemas. Resolución de problemas. Material impreso: Trabajo en equipos. Construcción de diagramas y dibujos. Inferencia. Suma de ondas de diferente frecuencia - - Pulsos. Velocidad de grupo. Ondas periódicas anarmónicas. Análisis de Fourier Ondas no periódicas. Integrales de Fourier. Young, Hugh D. (1973: 3-124). Giancoli, Douglas. (2001: 644-741) http://www.sc.ehu/... http://www.maloka.org/... UNIDAD Nº 2: La luz y el espectro electromagnético OBJETIVOS TERMINALES: 1. Sintetizar la naturaleza dual de la luz, tomando como referencia la evolución histórica de la óptica. 2. Evaluar el significado fundamental de las ecuaciones de Maxwell junto a los diversos experimentos que permiten estimar razonablemente la velocidad de la luz. 6. Inferir el significado de las diversas cantidades que sirven como expresión de la energía y momentum de ondas electromagnéticas. 7. Caracterizar el espectro electromagnético tomando como criterios la frecuencia, la longitud de onda y la energía. 8. Llevar a cabo experiencias de laboratorio que muestren las características del espectro electromagnético. OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizadas las lecturas seleccionadas en grupos de cinco alumnos, identificar las diferentes interpretaciones que ha tenido la humanidad sobre la luz y la visión de las cosas, exponiendo al resto de la clase las conclusiones de cada grupo mediante un mapa conceptual. 1.2. Basándose en las conclusiones sobre la evolución del conocimiento de los fenómenos luminosos, relacionar algunos ejemplos con la naturaleza corpuscular de la luz, en un informe escrito. 1.3. Tomando como referencia las conclusiones anteriores, relacionar tres demostraciones experimentales con la naturaleza ondulatoria de CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES 1.1. 1. Naturaleza de la luz. La luz como un flujo de partículas. De la antigua Grecia a la mecánica cuántica. La luz como un tren de ondas. La polémica entre Huygens y Newton. La naturaleza dual de la luz. Del experimento de Young al efecto fotoeléctrico. Lectura dirigida Dinámica de grupo. Trabajo en equipos Exposición oral . Ejemplificaciones. Demostraciones experimentales. Análisis de resultados Exposición interactiva. RECURSOS Papel bond. Marcadores. Retroproyector. Transparencias. Lámpara incandescente. Láser de bolsillo Espejo. Tanque de líquidos. Colorante Material impreso: Frish, S. y Timoreva, A. (1973: 9-13) Hecht, E. y Zajac, A. (1986: 1-11) Páginas Web: http://www.ele.ucr.ac.cr/... EVALUACIÓN la luz, en un informe escrito. 1.4. Dadas las conclusiones del docente y realizada la consulta a la página Web sugerida, sintetizar la naturaleza dual de la luz en un párrafo de cinco líneas OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 2.1. Luego de la exposición del docente, enunciar las cuatro leyes de Maxwell, escribiéndolas en su forma integral, relacionadas con las leyes de Gauss, Ampere y Faraday, en una dinámica de intervenciones. 2.2. Hecha la lectura dirigida, valorar las ecuaciones de Maxwell como la síntesis del conocimiento de los fenómenos electromagnéticos y luminosos acumulados hasta entonces por la humanidad, en un párrafo de cinco líneas en su cuaderno de trabajo. 2.3. Siguiendo el procedimiento del material recibido obtener la ecuación de onda electromagnética a partir de la forma diferencial de las ecuaciones de Maxwell, en una hoja tipo carta. 2.4. A partir de la ecuación de onda electromagnética, obtenida anteriormente, demostrar que la velocidad de propagación o fase es igual a c, en su cuaderno de trabajo. 2.5. Luego de la revisión bibliográfica y las demostraciones hechas sobre los resultados experimentales de la velocidad de la luz, evaluar su coincidencia con el obtenido en las ecuaciones de Maxwell para todas las ondas electromagnéticas, en su 2. Las leyes básicas del electromagnetismo. Las ecuaciones de Maxwell y las ondas electromagnéticas. - Ley de inducción de Faraday. - Ley de Gauss – eléctrica. - Ley de Gauss – magnética - Ley de Ampere. - Ley de Ampere – Maxwell. - Ecuaciones diferenciales de Maxwell. La ecuación de onda electromagnética. Ondas electromagnéticas y la velocidad de la luz (c). Experimentos clásicos para estimar el valor de la luz. - Experimento de Galileo Galilei. - Medición de Olaf Römer. - Experimento de de Armand Fizeau. - Experimento de Jean Foucalt. - Observaciones deJames Bradley. - La prueba final: El experimento de Michelson. Retroproyector. Exposición oral. Transparencias. Lecturas dirigidas. Pizarrón. Dinámica de grupo. Demostraciones matemáticas Equipos para el experimento de Fizeau. Demostraciones experimentales. Interferómetro de Michelson. Análisis de resultados. Material impreso: Inferencia. Tipler, Paul A. ( 1990) Van Heel, A. C. y Velzel, C. H. (1968) Orear, Jay. (1971) OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 3.1. Hecha la exposición del docente, conceptualizar las diferentes cantidades usadas para expresar la energía y el momentum transportados por las ondas electromagnéticas, en su cuaderno de trabajo. 3. Energía y momentum en ondas electromagnéticas. 3.2. Siguiendo el procedimiento sugerido, deducir una expresión analítica para el flujo de energía a partir del vector de Pointing de una onda electromagnética plana, en una hoja tipo carta. Potencia o irradiancia. 3.3. Dadas las ecuaciones correspondientes, analizar el significado físico de la densidad de energía, el flujo de energía, el flujo de momentum, la presión de radiación, el flujo luminoso, la intensidad luminosa y la iluminación, haciendo un cuadro comparativo que incluya las unidades de medida. 3.4. Siguiendo los procedimientos aplicados por el docente para la resolución de problemas que involucren las cantidades usadas para expresar la energía y el momentum de ondas electromagnéticas, presentar por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. Densidad de energía. Flujo de energía vector de Pointing. y Flujo de momentum y presión de radiación. Retroproyector. Exposición interactiva. Transparencias. Interrogatorios. Pizarrón. Ejemplificación. Guía de problemas. Dinámica de grupo. Material impreso: Trabajo de grupos. PSSC. (1970 ) Shortley, G. y Williams, D. (1976) Marín, Fernando. (1980) Resolución de problemas. Flujo luminoso Inferencia. Brillo, saturación matiz, Intensidad luminosa. Iluminación. Construcción de cuadros comparativos. OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 4.1. Observando la dispersión de luz blanca en una pantalla producida por un prisma y comparándolos con los colores del arco iris, identificar los colores percibidos por el ojo humano como parte del espectro visible de la luz, en un diagrama del informe escrito. 4.2. Luego de la demostración con cristales transparentes de colores, predecir la coloración de la luz transmitida, mencionando los criterios aplicados, en el informe escrito. 4.3. Luego de la demostración con luces y pinturas de colores, predecir la coloración de la luz combinada, mencionando los criterios aplicados, en el informe 4.4. Hecha la exposición del docente y consultada la página Web sugerida, identificar la existencia y la importancia de ondas electromagnéticas de alta y baja frecuencia no visibles para el ojo humano, en una hoja tipo carta. 4.5. Construir un cuadro sinóptico caracterizando el espectro electromagnético, usando como criterios la frecuencia, la longitud de onda y la energía. 4.6. Dada la revisión bibliográfica, analizar el comportamiento de la luz al interactuar con cuerpos opacos y transparentes, relacionando el índice de Retroproyector. 4. El espectro electromagnético. El espectro visible de la luz. - Los colores del arco iris. - Absorción de colores. - Adición de colores. Exposición interactiva. Mapas conceptuales. Transparencias. Lámparas. Prisma dispersor. Interrogatorios. Pantalla. Dinámica de grupo. Papel de colores. Ejemplificación. El espectro electromagnético invisible. - Ondas de alta frecuencia. Aplicaciones. - Ondas de baja frecuencia. - Radio y televisión. Ondas electromagnéticas en la materia. - Materiales opacos, traslúci-dos y transparentes. - Velocidad de la luz en medios dieléctricos. - Índice de refracción Cristales de colores. Demostraciones experimentales. Análisis de los resultados Temperas o pinturas Papel bond Guía de problemas. Construcción de cuadro sinóptico. Inferencia. Material impreso: Sears y otros. (1999b) Perelman, Y. (1975a). Página Web: http://www.istp.gsfc.../... http://www.arturosoria../... UNIDAD Nº 3: La propagación de la luz y la óptica geométrica OBJETIVOS TERMINALES: 1. Deducir y aplicar las leyes fundamentales de la propagación de la luz a partir de las interpretaciones de Huygens, el principio de Fermat, el teorema de Malus-Dupin y la teoría fotónica. 2. Deducir e interpretar las ecuaciones de Fresnel tomando como referencia el tratamiento electromagnético de la propagación de la luz. 3. Relacionar el ángulo crítico para la reflexión interna total y el índice de refracción de una sustancia. 4. Aplicar las técnicas del trazado de rayos en la resolución de sistemas ópticos simples. 5. Llevar a cabo experiencias de laboratorio que reproduzcan las leyes de propagación de la luz en sistemas ópticos simples. 6. Analizar el funcionamiento de sistemas ópticos complejos. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.1. Después de la explicación del docente enunciar los principios y teoremas que conducen a la deducción de las leyes de refracción y reflexión, en su cuaderno de trabajo. 1.2. Realizadas las lecturas sugeridas en grupos de cinco alumnos, explicar al resto de la clase, mediante diagramas y ecuaciones las leyes de propagación de la luz, a partir de uno de los diferentes principios y teoremas. 1.3. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas de propagación, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 1.4. Hechas las demostraciones experimentales y CONTENIDO TEMATICO 1. Las leyes fundamentales de la propagación de la luz. El principio de Huygens y la deducción de las leyes de reflexión y refracción usando el concepto de frentes de onda. El teorema de Malus y Dupin y la deducción de las leyes de reflexión y refracción usando el concepto de rayos de luz. El principio de Fermat y la deducción de las leyes de reflexión y refracción usando el concepto de la longitud de camino óptico. Los fotones y las leyes de reflexión y refracción Deflexión de un haz luminoso en un medio no homogéneo ACTIVIDADES Exposición interactiva. Mapas conceptuales. Lectura dirigida Dinámica de grupo. RECURSOS Retroproyector. Transparencias. Lámpara incandescente. Láser de bolsillo Espejos. Vidrios de colores. Tanque de líquidos. Azúcar. Colorante. Guía de problemas. Trabajo en equipos . Material impreso: Construcción de diagramas. . Ejemplificaciones. Demostraciones experimentales. Análisis de resultados Tippens, Paul E. (2001) Young, Hugh D. (1973) Van Heel, A. C. y Velzel, C. H. (1968) Páginas Web: http:/www.óptica…. EVALUACIÓN consultadas las páginas Web sugeridas, interpretar los fenómenos de reflexión, refracción y deflexión (espejismos) en un informe escrito. OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 2.1. Luego de la exposición con diagramas del docente, explicar el comportamiento de una onda electromagnética en una interfase encontrando la ley de reflexión y la ley de Snell, en su cuaderno de trabajo. 2.2. Realizadas las lecturas sugeridas en grupos de cinco alumnos, explicar al resto de la clase, mediante diagramas y ecuaciones la deducción de las ecuaciones de Fresnel. 2.3. Luego de la exposición del docente, interpretar las ecuaciones de Fresnel, escribiendo las relaciones de los coeficientes de amplitud, corrimientos de fase y parámetros de reflactancia y transmitancia, apoyándose en los diagramas del material suministrado, en una hoja carta. 2.4. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas de propagación con las ecuaciones de Fresnel, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 2.5. Hechas la revisión bibliográfica y las demostraciones experimentales en grupos de cinco alumnos, inferir las condiciones para que se produzca la reflexión total interna y la reflexión total interna frustrada, en Retroproyector. 2. Tratamiento electromagnético. Exposición oral. Transparencias. Lecturas dirigidas. Comportamiento de las ondas electromagnéticas en una interfase de dos materiales dieléctricos. Deducción ecuaciones Fresnel. de las de Interpretación de las ecuaciones de Fresnel. - Coeficientes de amplitud Corrimientos de fase Reflactancia y trasmitancia Reflexión total interna. - Reflexión total interna Angulo crítico Reflexión total interna frustrada. Pizarrón. Dinámica de grupo. Diagramas. Construcción de diagramas. Demostraciones matemáticas. Láser de bolsillo. Prisma reflector. Fibra óptica. Resolución de problemas. Demostraciones experimentales. Análisis de resultados. Inferencia. Tablas de datos. Material impreso: Hecht, E. y Zajac, A. (1986) Tipler, Paul A. (1990) Giancoli, Douglas. (2001) OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN 3.1. Después de la explicación del docente, analizar el trazado de rayos en interfases asféricas y esféricas, señalando las ecuaciones geométricas y ópticas correspondientes, en hojas tipo carta. 3.2. Tomando como referencia la bibliografía sugerida, analizar las clases de lentes delgadas, diafragmas, espejos y prismas, de acuerdo a la forma de sus interfases y a sus características ópticas, elaborando cuadros comparativos. 3.3. Siguiendo el procedimiento sugerido y utilizando diagramas de rayos, deducir las fórmulas gaussiana y newtoniana de los lentes, las expresiones para la abertura relativa de diafragmas y pupilas y las fórmulas de los espejos y prismas, en hojas tipo carta. 3.4. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas usando el trazado de rayos, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 3.5. Demostrar experimentalmente en grupos de cinco alumnos, los resultados obtenidos en la resolución de los problemas asignados, realizando el montaje de los equipos en el salón de Retroproyector. 3. Óptica geométrica. Espejos. - Espejos planos. - Espejos asféricos (parabólicos, elípticos) - Espejos esféricos - Fórmula de los espejos. Lentes y diagramas de rayos. - Superficies asféricas (óvalos, elipses, hipérboles) - Superficies esféricas. - Lentes delgadas. Tipos. - Fórmula gaussiana y forma newtoniana de los lentes. Diafragmas. - Diafragmas de campo y aberturas. - Pupilas de entrada y salida. - Abertura relativa. Prismas - Prismas dispersores. - Prismas reflectores. - Fibras ópticas. Exposición interactiva. Interrogatorios. Ejemplificación. Dinámica de grupo. Construcción de cuadros comparativos. Trazado de diagramas de rayos. Demostraciones geométricas y matemáticas. Transparencias. Pizarrón, tiza o marcadores de colores. Escuadras y compás para pizarrón. Banco óptico (lentes, espejos, prismas, diafragmas, pupilas, rieles, soportes, pantallas, etc..) Láser o lámpara de mercurio o sodio. Trabajo de grupos. Guía de problemas. Resolución de problemas. Demostraciones experimentales. Análisis de resultados. Inferencia. Material impreso: Efron, Alexander (1971) Graham Smith, F. y Thompson, J. H. (1979) Rossi, Bruno. (1973) OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN Retroproyector. 4.1. Hecha la exposición interactiva, analizar la estructura y funcionamiento del ojo humano, contrastando en un diagrama las diferencias y semejanzas con un sistema óptico simple constituido por lentes, diafragmas, pupilas y pantalla. 4.2. Luego de la explicación del docente sobre los defectos visuales, inferir los métodos de corrección con anteojos, mencionando los criterios aplicados. 4.3. Realizada la demostración con lentes de aumento y oculares incluyendo el diagrama de rayos, explicar el funcionamiento de lupas y anteojos para la presbicia, mencionando los criterios aplicados. 4.4. Dada la revisión bibliográfica y consultadas las páginas Web, analizar la estructura y funcionamiento del microscopio simple, el microscopio compuesto, el telescopio refractor, el telescopio reflector y la cámara fotográfica, presentando una exposición e informe escrito que incluya gráficos, diagramas y/o fotografías, en grupos de cinco alumnos. 4. Sistemas complejos. ópticos Exposición interactiva. El ojo humano. Estructura y funcionamiento. Interrogatorios. Anteojos y corrección de defectos visuales. Ejemplificación. Lentes de aumento y oculares. El microscopio simple. El microscopio compuesto. Dinámica de grupo. Demostraciones experimentales. Transparencias. Anteojos correctivos de miopía, hipermetropía y astigmatismo. Lupas y lentes oculares. Microscopios. Análisis de los resultados. Trabajos en grupo. Telescopio refractor Cámara fotográfica desarmada. Inferencia. El telescopio refractor. Material impreso: El telescopio reflector. Tippens, Paul E. (2001) Hecht, E. y Zajac, A. (1986) La cámara fotográfica. Página Web: http:/www.óptica…. UNIDAD Nº 4: Polarización de la luz OBJETIVOS TERMINALES: 1. Analizar las clases de luz polarizada a partir de la naturaleza ondulatoria de la luz. 2. Caracterizar los mecanismos polarizantes y las clases de polarizadores lineales. 3. Diseñar polarizadores circulares mediante la combinación de polarizadores lineales y retardadores, aplicando la ley de Malus. 4. Aplicar las técnicas matriciales para la resolución de sistemas complejos de polarizadores y retardadores. 5. Llevar a cabo experiencias de laboratorio que reproduzcan distintas clases de polarización de la luz y la actividad óptica. 6. Valorar las numerosas aplicaciones prácticas de los fenómenos de polarización de la luz. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.1. Después de la explicación del docente, analizar las clases de luz polarizada, agrupándolas según las características del vector de campo eléctrico, en su cuaderno de trabajo. 1.2. Realizadas las lecturas sugeridas en grupos de cinco alumnos, explicar al resto de la clase, mediante diagramas y ecuaciones, las funciones de onda del vector E para cada uno de las diferentes clases de luz polarizada. 1.3. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas de funciones de onda polarizadas, presentando por escrito la solución de los problemas CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES lineal Mapas conceptuales. lineal Lectura dirigida Retroproyector. Transparencias. Lámpara incandescente. Láser de bolsillo Polaroides. Guía de problemas. Dinámica de grupo. Material impreso: Trabajo en equipos . Shurcliff, W y Ballard, S. (1968) Serway, Raymond. (1994) Hecht, E. y Zajac, A. (1986) Exposición interactiva. 1. Luz polarizada. Luz linealmente polarizada. - Polarización positiva - Polarización negativa Luz circularmente polarizada. - Polarización circular derecha - Polarización circular izquierda Luz polarizada. RECURSOS Construcción de diagramas. . Ejemplificaciones. elípticamente Luz no polarizada y luz natural Demostraciones experimentales. Análisis de resultados. Inferencia. EVALUACIÓN seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 1.4. Hechas las demostraciones experimentales, interpretar las diferencias entre la luz natural y la luz polarizada, en un informe escrito. OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN Luego de la exposición del docente, las lecturas sugeridas y las demostraciones experimentales correspondientes: 2.1. Describir los cuatro métodos de polarización para obtener luz polarizada linealmente, en un breve resumen en su cuaderno de trabajo. 2.2. Clasificar los polarizadores dicroicos, elaborando un cuadro comparativo con las características, ventajas y limitaciones, en una hoja tipo carta. 2.3. Clasificar los polarizadores birrefringentes, elaborando un cuadro comparativo con las características, ventajas y limitaciones, en una hoja tipo carta. 2.4. Explicar porqué el cielo es azul, a partir de los fenómenos de esparcimiento y dispersión de la luz, en una hoja tipo carta. 2.5. Deducir la ley de Brewster a partir de la ley de Snell en una interfase aire - pila de placas, haciendo la demostración experimental, con informe escrito, en grupos de cinco alumnos. 2.6. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas con polarizadores lineales, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados Retroproyector. Exposición oral. 2. Polarizadores Transparencias. Polarizadores dicroicos o por absorción selectiva. Lecturas dirigidas. Pizarrón. Dinámica de grupo. - Diagramas. Rejilla de alambre. Cristales dicroicos. Polaroides. Construcción de diagramas. Polarizadores birrefringentes. Demostraciones matemáticas. Banco óptico. Láser de bolsillo. Lámpara de sodio. - Cristales de calcita. El prisma de Nicol. El prisma Glan-Foucalt. El prisma GlanThompson. El prisma Wollaston. Polarización por dispersión. - Esparcimiento dispersión y Resolución de problemas. Demostraciones experimentales. Polaroides. Cristal de calcita Prisma de Nicol. Análisis de resultados. Prisma Foucalt. Glan- Prisma Thompson. Glan- Inferencia. Polarización por reflexión. Prisma Wollaston. - La ley de Brewster. - Polarizador pila de placas. Portaobjetos (placas de vidrio) Guía de problemas. Material impreso: Lobo, Hebert. (2001) Van Heel, A. C. y Velzel, C. H. (1968) OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN Luego de la exposición del docente, las lecturas sugeridas y las demostraciones experimentales correspondientes: 3.1. Demostrar que la ley de Malus indica si un sistema es o no en realidad un polarizador lineal, en un breve resumen en su cuaderno de trabajo. 3.2. Clasificar los elementos retardadores, elaborando un cuadro comparativo con las características, ventajas y limitaciones, en una hoja tipo carta. 3.3. Diseñar polarizadores circulares, combinando polarizadores y retardadores, haciendo una demostración experimental, en grupos de cinco alumnos. 3.4. Explicar porqué una hoja arrugada de celofán, entre dos polaroides iluminados por luz blanca, produce un patrón de colores de interferencia, en una hoja tipo carta. 3.5. Explicar la actividad óptica de algunas sustancias como el cuarzo y el azúcar diluida en agua, mediante una demostración experimental, en grupos de cinco alumnos. 3.6.Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas con polarizadores lineales, presentando por escrito la Retroproyector. 3. Retardadores y polarizadores circulares. La ley de Malus y la transmisión de luz polarizada a través de un polarizador. Exposición interactiva. Transparencias. Interrogatorios. Pizarrón. Ejemplificación. Diagramas. Dinámica de grupo. Banco óptico. Construcción de cuadros comparativos. Láser de bolsillo. Demostraciones matemáticas. Polaroides. Elementos retardadores. - Lámina de onda completa. Lámina de media onda. Lámina de cuarto de onda El rombo de Fresnel. Compensadores. Polarizadores circulares. Lámpara de sodio. Trabajo de grupos. Láminas retardadoras. Resolución de problemas. Compensador de Babinet. Demostraciones experimentales. Papel celofán. Colores de interferencia. Actividad óptica. Cristal de cuarzo. Análisis de resultados. Tanque líquidos. de Inferencia. Azúcar. Guía problemas. de Material impreso: Alonso M. y Finn, E. (1976) Fishbane, Paul y otros. (1994) OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO 4.1. Hecha la exposición interactiva, escribir los parámetros de Stokes y los vectores de Jones, elaborando una tabla para los estados de polarización más importantes. 4. Descripción matemática de la polarización y aplicaciones de la luz polarizada ACTIVIDADES RECURSOS Retroproyector. 4.2. Hecha la exposición interactiva, escribir las matrices de Jones y Mueller, elaborando una tabla para los elementos ópticos (polarizadores y retardadores) más importantes. Exposición interactiva. Transparencias. Interrogatorios. Material impreso: Los parámetros de Stokes. Dinámica de grupo. Los vectores de Jones. Resolución de problemas. Shurcliff, W y Ballard, S. (1968) Serway, Raymond. (1994) Hecht, E. y Zajac, A. (1986) Las matrices de Jones y Mueller. .Foto elasticidad o birrefringencia de esfuerzo. Lentes y faros polarizados. El polarímetro. 4.3. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de sistemas complejos usando técnicas matriciales, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 4.4. Dada la revisión bibliográfica y consultadas las páginas Web, analizar las aplicaciones de la luz polarizada, presentando una exposición e informe escrito, en grupos de cinco alumnos. El efecto Faraday Los efectos Kerr y Pockels Ejemplificación. Trabajos en grupo. Páginas Web: http://amsac.com... http://www.istp.gsfc. http://www.arturosor http://acacia.pntic.. EVALUACIÓN UNIDAD Nº 5: Interferencia y Difracción OBJETIVOS TERMINALES: 1. Analizar las condiciones para la observación del fenómeno de interferencia de la luz y evaluarlas en películas delgadas. 2. Explicar el funcionamiento de las diferentes clases de interferómetros. 3. Valorar las numerosas aplicaciones prácticas de la interferometría. 4. Explicar el fenómeno de difracción de la luz en diversas condiciones. 5. Llevar a cabo experiencias de laboratorio que reproduzcan distintos patrones de interferencia y difracción. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.1. Después de la explicación del docente, analizar las condiciones necesarias para producir patrones de interferencia, elaborando una lista en su cuaderno de trabajo. 1.2. Realizadas las lecturas sugeridas en grupos de cinco alumnos, explicar al resto de la clase, mediante diagramas y ecuaciones, la producción de diferentes franjas de interferencia en películas delgadas. 1.3. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas de interferencia en películas delgadas, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 1.4. Hechas las demostraciones CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS Retroproyector. 1. Interferencia en películas delgadas. Condiciones interferencia. Franjas inclinación para de la igual Exposición interactiva. Transparencias. Mapas conceptuales. Lámpara incandescente. Lectura dirigida Láser de bolsillo. Dinámica de grupo. Láminas de vidrio. Trabajo en equipos . Jabón. Construcción de diagramas. . Ejemplificaciones. Lentes. Franjas de igual espesor. Los anillos de Newton. Pantalla. Guía de problemas. Resolución de problemas. Demostraciones experimentales. Análisis de resultados. Inferencia. Material impreso: Alonso M. y Finn, E. (1976) Fishbane, Paul y otros. (1994) Página Web: http://acacia.pntic… EVALUACIÓN experimentales y consultada la página Web sugerida, interpretar las los patrones de interferencias en placas de vidrio, pompas de jabón y los anillos de Newton, en un informe escrito. OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN Luego de la exposición del docente, las lecturas sugeridas y las demostraciones experimentales correspondientes: 2.1. Describir los dos métodos por división del mismo haz luminoso para obtener patrones de interferencia, en un breve resumen en su cuaderno de trabajo. 2.2. Clasificar los interferómetros por división de frente onda, elaborando, en equipos de cinco alumnos, un cuadro comparativo con las características, ventajas y limitaciones, en cuatro hojas tipo carta. 2.3. Clasificar los interferómetros por división de amplitud, elaborando, en equipos de cinco alumnos, un cuadro comparativo con las características, ventajas y limitaciones, en cuatro hojas tipo carta. 2.4. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas de interferencia, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 2.5. Obtener patrones de interferencia para diversas fuentes de luz, en el experimento de Young y el biprisma de Fresnel y el espejo de Lloyd, en grupos de cinco Retroproyector. Exposición oral. 2. Interferómetros Transparencias. Interferencia por división de frente de onda. Lecturas dirigidas. Pizarrón. Dinámica de grupo. - El experimento de Young. El espejo doble de Fresnel. El biprisma de Fresnel. El espejo de Lloyd. Diagramas. Construcción de diagramas. Demostraciones matemáticas. Banco óptico. Láser He-Ne. Fuentes de Poder. Interferencia por división de amplitud. Resolución de problemas. - Demostraciones experimentales. - El interferómetro Michelson. El interferómetro Mach-Zehnder. Interferómetro Sagnac. Franjas de Pohl. de Biprisma de Fresnel. de de Lámparas de sodio, mercurio, xenón, argón. Análisis de resultados. Espejo de Lloyd. Inferencia. Guía de problemas. Material impreso: Tippens, Paul E. (2000) Tipler, Paul A. ( 1990) Sears y otros. (1999b) Hecht, E. y Zajac, A. (1986) OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS Retroproyector. 3.1. Luego de la exposición del docente, las lecturas seleccionadas y las consultas a las páginas Web sugeridas:, analizar las aplicaciones de la interferencia y la interferometría, presentando cada caso en una exposición e informe escrito, en grupos de cinco alumnos. 3. Interferometría. El interferómetro de Fabry-Perot. - Modo de operación. - Espectroscopía de Fabry-Perot. Aplicaciones de películas simples y múltiples. - Tratamiento matemático. - Recubrimientos antirreflectantes. - Sistemas periódicos de multicapas. Exposición interactiva. Transparencias. Ejemplificación. Pizarrón. Dinámica de grupo. Diagramas. Demostraciones matemáticas. Material impreso: Trabajo de grupos. Hecht, E. y Zajac, A. (1986) Giancoli, Douglas. (2001) Stolberg, R. y Fitch, F. (1976) Página Web: Aplicaciones de interferometría. - - la Interferencia con luz esparcida. Medición de películas delgadas por interferometría de haces múltiples. El experimento de Michelson-Morley. El Interferómetro de Twyman-Green. http://library.thinkquest... http://acacia.pntic... EVALUACIÓN OBJETIVOS ESPECIFICOS CONTENIDO TEMATICO ACTIVIDADES RECURSOS EVALUACIÓN Luego de la exposición del docente, las lecturas sugeridas y las demostraciones experimentales correspondientes: Retroproyector. Exposición oral. 4. Difracción. Transparencias. Condiciones difracción. para la Lecturas dirigidas. Pizarrón. Dinámica de grupo. Difracción de Fraunhofer. 4.1. Analizar las condiciones necesarias para producir patrones de difracción, elaborando una lista en su cuaderno de trabajo. 4.2. Clasificar los tipos de difracción, elaborando un cuadro comparativo con semejanzas y diferencias, en una hoja tipo carta. - La rendija única. La doble rendija. Rendijas múltiples. Abertura rectangular. Abertura circular. Resolución de sistemas. La red de difracción. Difracción de Fresnel. Diagramas. Construcción de diagramas. Construcción de cuadros sinópticos. Banco óptico. Láser He-Ne. Fuentes de Poder. Demostraciones matemáticas. Resolución de problemas. Lámparas de sodio, mercurio, xenón, argón. Biprisma de Fresnel. 4.3. Analizar los diagramas y ecuaciones correspondientes a los distintos patrones de Difracción de Fraunhofer y Fresnel, elaborando cuadros sinópticos en su cuaderno de trabajo. 4.4. Aplicar los procedimientos usados por el docente para la resolución de problemas de difracción, presentando por escrito la solución de los problemas seleccionados para cada grupo de cinco alumnos. 4.5. Obtener patrones de interferencia para diversas aberturas, obstáculos y fuentes de luz en grupos de cinco alumnos, haciendo los montajes en el laboratorio. - Propagación libre de ondas esféricas. La curva de vibración. Aberturas circulares. Obstáculos circulares. La placa zonal de Fresnel Demostraciones experimentales. Análisis de resultados. Espejo de Lloyd. Guía de problemas. Material impreso: Inferencia. Prat, Roland. (1969) Pentz, M. J. y otros. (1974) Graham Smith, F. y Thompson, J. H. (1979). Hecht, E. y Zajac, A. (1986) Giancoli, Douglas. (2001) CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES UNIDADES SEMANAS HORAS INTRODUCCIÓN UNA (01) 5 HORAS UNIDAD 1: MOVIMIENTO ONDULATORIO - Fundamentos y características del movimiento ondulatorio Propiedades del movimiento ondulatorio Clasificación de las ondas Superposición de Ondas TRES (03) 15 HORAS TRES (03) 15 HORAS TRES (03) 15 HORAS TRES (03) 15 HORAS TRES (03) 15 HORAS DIECISEIS (16) 80 HORAS UNIDAD 2: LA LUZ Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Naturaleza de la luz Las leyes básicas del electromagnetismo Energía y momentum en ondas electromagnéticas El espectro electromagnético UNIDAD 3: LA PROPAGACION DE LA LUZ Y LA OPTICA GEOMETRICA Las leyes fundamentales de la propagación de la luz Tratamiento electromagnético Óptica geométrica Sistemas ópticos complejos UNIDAD 4: POLARIZACION DE LA LUZ Luz polarizada Polarizadores Retardadores y polarizadores circulares Descripción matemática de la polarización y aplicaciones de la luz polarizada UNIDAD 5: INTERFERENCIA Y DIFRACCION Interferencia en películas delgadas Interferómetros Interferometría Difracción TOTAL BIBLIOGRAFIA Alonso M. y Finn, E. (1976: 694-995). “Física Vol. II. Campos y Ondas”. Trad. Carlos Alberto Heras. Segunda edición. Fondo Educativo Interamericano, S.A. Ditchburn, R.W. (1980). “Light”. Tercera edición. Academic Press. Londres. Efron, Alexander (1971). “El mundo de la luz”. Centro Regional de Ayuda Técnica. Agencia para el Desarrollo Internacional. Buenos Aires. Fishbane, Paul y otros. (1994). “Física para Ciencias e Ingeniería”. Volumen II. Trad. Virgilio González. Prentice-Hall Hispanoamericana. México. Frish, S. y Timoreva, A. (1973: 9-425). “Curso de Física General”. Tomo 3. Trad. Antonio Molina. Editorial MIR. Moscú. Giancoli, Douglas. (2001: 644-741). “Física”. Principios y Aplicaciones. Angel Flores. Cuarta edición. Prentice May Hispanoamericana, S.A. México D.F. Graham Smith, F. y Thompson, J. H. (1979). “Optica”. Trad. Sergio Fernández. Editorial LIMUSA, S.A. México D.F. Grundy, Shirley. (1998:64-85, 236-255) . “Producto o praxis del curriculum”. Trad. Pablo Manzano. Tercera edición. 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