BAB

7

Cahaya dan OptikLight and Optics

Konsep PENTINGIMPORTANT concepts

7BIDANGPEMBELAJARAN

BA

B

APAKAH ITU CAHAYA DAN OPTIK? WHAT ARE LIGHT AND OPTICS?

Cahaya membolehkan kita melihat. Optik mengkaji ciri-ciri cahaya termasuk interaksinya dengan jirim dan pembinaan peralatan yang menggunakan atau mengesan cahaya.Light enables us to see. Optics studies the properties of light, including its interactions with matter and the constructions of instruments that use or detect it.

TEMA 3: Tenaga dan Kelestarian Hidup

Ciri imej bagi jarak objek yang berbezaThe characteristics of image for objects with difference distances

Pembentukan imej akhir oleh peralatan optikFinal image formation by optical instruments

Aplikasi kanta dalam peralatan optikThe application of lenses in optical instruments

Kanta cembung dan kanta cekungConvex and concave lenses

Gambar rajah sinarThe ray diagrams

Peralatan optikOptical instruments

Model teleskop ringkasThe model of simple telescope

CAHAYA DAN OPTIK

LIGHT AND OPTICS

Titik fokus kanta cembung dan kanta cekungThe focal points of convex and concave lenses

90

NOTA BESTARI

Kanta Cembung dan Kanta Cekung 1. Kanta cembung (kanta penumpu) menumpukan sinar-

sinar cahaya yang melaluinya. 2. Kanta cekung (kanta pencapah) mencapahkan sinar-

sinar cahaya yang melaluinya. 3. Imej yang dibentuk oleh kanta cembung bergantung

pada jarak objek dari kanta itu. 4. Ciri-ciri imej yang dibentuk oleh suatu kanta cembung

adalah (a) maya atau nyata (b) tegak atau songsang (c) dikecilkan atau dibesarkan

Jenis Imej dan Maklumat daripada Rajah Sinar 1. Imej nyata ialah imej yang dapat terbentuk pada

skrin manakala imej maya ialah imej yang tidak dapat terbentuk pada skrin.

2. Maklumat daripada rajah sinar:(a) Jarak objek ialah jarak antara objek dengan pusat

optik manakala jarak imej ialah jarak antara imej dengan pusat optik.

(b) Titik fokus ialah titik tumpuan sinaran cahaya manakala panjang fokus ialah jarak antara pusat optik dengan titik fokus.

(c) Paksi utama ialah garis yang menerusi pusat optik kanta.

(d) Pusat optik ialah titik tengah kanta.

Pembentukan Imej oleh Kanta Cekung dan Kanta Cembung 1. Kanta cekung mencapahkan sinar-sinar cahaya. Ciri-

ciri imej yang terbentuk adalah maya, tegak dan dikecilkan.

2. Imej yang terbentuk oleh kanta cembung bergantung pada jarak objek.

Jarak objek Ciri-ciri imej Alat optikLebih daripada 2F

Nyata, songsang dan dikecilkan

Kamera

Di 2F Nyata, songsang dan sama saiz dengan objek

Mesin fotostat

Di antara F dengan 2F

Nyata, songsang dan dibesarkan

Projektor slaid dan projektortransparensi

Di F Imej terbentuk di infiniti

Lampu sorot

Kurang daripada F

Maya, tegak dan dibesarkan

Kanta pembesar

Alatan OptikKanta digunakan pada peralatan harian seperti kamera, telefon pintar, projektor LCD, cermin mata, kanta pembesar dan CCTV.

Convex and Concave Lenses 1. Convex lenses (converging glases) converge light rays

that passes through it. 2. Concave lenses (diverging glasses) diverge light rays

that passes through it. 3. The image formed by a convex lens depends on the

distance of the object (object distance) from the lens. 4. The characteristics of the image formed by a convex

lens are (a) virtual or real (b) upright or inverted (c) diminished or magnified

Types of Images and Information on Ray Diagrams 1. A real image is an image that can be formed on a

screen where a virtual image is an image that cannot be formed on a screen.

2. Information on a ray diagram:(a) The object distance is the distance between the

object and the optical centre while the image distance is the distance between the images and the optical centre.

(b) The focal point is the point where light rays converge while the focal length is the distance between the optical centre and the focal point

(c) The principal axis is a line through the optical centre of the lens.

(d) The optical centre is the midpoint of the lens.

Image Formation by Concave Lenses and Convex Lenses 1. A concave lens diverges light rays. Characteristics of

an image formed are virtual, upright and diminished. 2. An image formed by a convex lens depends on the

object distance.

Object distance

Characteristics of the image

Optical instrument

More than 2F

Real, inverted and diminished (smaller)

Camera

At 2F Real, inverted and the same size as the object

Photocopy machine

Between F and 2F

Real, inverted and magnified

Slide projector and overhead projector

At F Image is formed at infinity

Spotlight

Less than F

Virtual, upright and magnified

Magnifying glass

Optical InstrumentsLenses are used on everyday devices such as cameras, smartphones, LCD projectors, glasses, magnifying glasses and CCTV. Nota Grafik

BAB

7

91

Tarikh:

EKSPERIMENINKUIRI Penemuan

Inkuiri

PBD7.1

Standard Kandungan7.1 Pembentukan imej oleh kanta

Kanta cembung dan kanta cekungConvex and concave lenses

Mengkaji ciri-ciri imej yang terbentuk oleh kanta cembung dan kanta cekung bagi objek jauhTo study the characteristics of an image formed by a convex lens and a concave lens for a distant object

Kanta cembung, kanta cekung, pemegang kanta, skrin, pembaris meterConvex lens, concave lens, lens holder, screen, metre rule

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam rajah.

Set up the apparatus as shown in the diagram.

2 Laraskan skrin sehingga suatu imej yang tajam terbentuk pada skrin.

Adjust the screen until a sharp image is formed on the screen.

3 Rekod pemerhatian anda tentang ciri-ciri imej yang terbentuk.

Record your observation on the characteristics of the image formed.

4 Ulang langkah 2 dan 3 dengan menggunakan kanta cekung.

Repeat steps 2 and 3 by using a concave lens.

1 Berdasarkan pemerhatian anda, nyatakan ciri-ciri imej yang dibentuk oleh kanta cembung dan kanta cekung bagi objek jauh. TP2

Based on your observation, state the characteristics of the images formed by a convex lens and a concave lens for a distant object.

(a) Kanta cembung/Convex lens:Nyata, songsang, dikecilkan/Real, inverted, diminished

(b) Kanta cekung/Concave lens: Maya, tegak, dikecilkan/Virtual, upright, diminished

2 Nyatakan titik tumpuan sinar cahaya yang memberikan imej yang paling tajam.State the point where light rays converge that gives the sharpest image. TP1

Titik fokus/Focal point.

Kanta cembung dan kanta cekung masing-masing menumpu dan mencapahkan sinar-sinar cahaya yang melaluinya.

Convex and concave lenses converge and diverge respectively light rays that passes through them.

Tujuan

Bahan danRadas

Prosedur

PemerhatianCiri-ciri imej

Characteristics of the image

Jenis kantaType of lenses

CembungConvex

CekungConcave

1 Bolehkah imej terbentuk pada skrin?Can an image be formed on the screen?

BolehYes

Tidak bolehNo

2 Adakah imej tegak atau songsang?Is the image upright or inverted?

SongsangInverted

TegakUpright

3 Bandingkan saiz imej dengan saiz objekCompare the size of the image with the size of the object

Lebih kecil/MengecilSmaller/Diminished

Lebih kecil/MengecilSmaller/Diminished

Perbincangan

Kesimpulan

TingkapWindow

SkrinScreen

PemegangkantaLens holder

Kanta cembungConvex lens

BAB

7

92

Buku teks m/s 202 – 209

Tarikh:

EKSPERIMENINKUIRI Penemuan

Inkuiri

PBD7.2 Panjang fokus kanta cembung

The focal length of a convex lens

2002 BHG. C, S1(a) & (b) 2008 BHG. A, S2 2009 BHG. C, S10

Menentukan panjang fokus kanta cembung K1PP1To determine the focal length of a convex lens

Pembaris meter, skrin putih, kanta cembung tebal dan nipis, pemegang kanta K1PP4Metre rule, white screen, thick and thin convex lenses, lens holder

Kanta cembungConvex lens

Pemegang kantaLens holder

Sinar cahaya dari objek jauhLight rays from a distant object Skrin

Screen

Pembaris meter/Metre rule

Panjang fokus/Focal length K2PP4

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam rajah.Set up the apparatus as shown in the diagram.

2 Letakkan satu kanta cembung tebal pada pemegang kanta.Place a thick convex lens on a lens holder.

3 Letakkan kanta cembung itu di hadapan satu skrin putih.Place the convex lens in front of a white screen.

4 Arahkan kanta itu pada suatu objek jauh./Direct the lens at a distant object.

5 Laraskan skrin supaya satu imej yang tajam terbentuk.Adjust the screen so that a sharp image is formed.

6 Ukur jarak antara kanta cembung dengan skrin (imej).Measure the distance between the convex lens and the screen (image).

7 Ulang langkah 2 hingga 6 dengan menggunakan kanta cembung nipis.Repeat steps 2 to 6 by using a thin convex lens.

(Jawapan murid/Student’s answer)

1 Nyatakan satu inferens berdasarkan pemerhatian bagi aktiviti ini. TP2

State one inference based on the observation for this activity.

Kanta cembung yang lebih tebal mempunyai panjang fokus yang lebih pendek .

The thicker convex lens has a shorter focal length.

2 Nyatakan hubungan antara ketebalan kanta cembung dengan panjang fokusnya. TP2

State the relationship between the thickness of the convex lens and its focal length.

Semakin tebal kanta cembung, semakin pendek panjang fokusnya.

The thicker the convex lens, the shorter its focal length.

Kanta cembung tebal mempunyai panjang fokus yang pendek manakala kanta cembung

nipis mempunyai panjang fokus yang panjang .

A thick convex lens has a short focal length while a thin convex lens has a long focal length.

Tujuan

Bahan danRadas

Prosedur

Ketebalan kanta cembungThickness of the convex lens

Panjang fokus (cm)Focal length (cm)

Kanta cembung tebal/Thick convex lens 15

Kanta cembung nipis/Thin convex lens 20

Keputusan

Perbincangan

Kesimpulan

Praktis Kendiri

BAB

7

93

Buku teks m/s 202 – 209

Tarikh:

AKTIVITIPERBINCANGAN Masteri

PBD 7.3 Gambar rajah sinar bagi kanta cembung dan kanta cekungThe ray diagrams for convex and concave lenses

1 Label bahagian-bahagian gambar rajah sinar bagi kanta cembung dan kanta cekung. TP1Label the parts of the ray diagrams for a convex lens and a concave lens.

Paksi kantaAxis of lens

Titik fokusFocal point

Pusat optikOptical centre

Panjang fokusFocal length

Paksi utamaPrinciple axis

FF

(b)

(c)

(d)

(a)

Paksi utama Principle axis

Paksi kanta Axis of lense

Panjang fokusFocal length

Titik fokusFocal point

Kanta cembung/Convex lens

FF

(b)

(c)

(a)

Pusat optikOptical centre

Paksi utamaPrincipleaxis

Panjang fokusFocal length

Kanta cekung/Concave lens

2 Rajah di bawah menunjukkan suatu aktiviti untuk mengkaji pembentukan imej oleh kanta cekung.The diagram below shows an activity to study the formation of an image by a concave lens.

Video

2F 2FF F

(c) Nyatakan tiga ciri imej yang terbentuk./State three characteristics of the image formed. TP1Maya, tegak dan dikecilkan/Virtual, upright and diminished

2013 BHG. C, S11(b)(iii) & (iv)

3 Lukiskan gambar rajah sinar bagi imej yang terbentuk oleh kanta cembung bagi jarak objek yang berbeza. Ukur saiz imej dan nyatakan ciri-ciri imej serta alatan optik yang mengaplikasikan prinsip itu./Draw ray diagrams for the images formed by convex lenses at different object distances. Measure the size of the images and state the characteristics and the optical instruments that apply the principles. TP2

(* Saiz objek/Object size = 1 cm, F = Titik fokus/Focal point)

(a) Objek terletak lebih daripada 2F/Object is positioned at more than 2F(i) Saiz imej/Image size

= 0.6 cm(ii) Ciri-ciri imej: Characteristics of the image Nyata, songsang dan dikecilkan

Real, inverted and diminished

(iii) Alatan optik: Optical instrument: Kamera/Camera

objekobject

2F

F

F

2F

imejimage

(a) Lengkapkan rajah di sebelah untuk menun jukkan pembentukan imej. TP3/KBAT

Complete the diagram on the left to show the formation of the image.

(b) Ukur dan tulis/Measure and write down TP3/KBAT

(i) saiz imej/the size of the image, 0.4 ± 0.1 cm

(ii) jarak imej/the distance of the image. 1.1 ± 0.1 cm

Buku teks m/s 202 – 209

BAB

7

94

(b) Objek terletak di 2F/Object is positioned at 2F(i) Saiz imej/Image size

= 1.0 cm(ii) Ciri-ciri imej: Characteristics of image: Nyata, songsang dan sama

saiz seperti objek/Real, inverted

and same size as the object

(iii) Alatan optik Optical instrument: Mesin fotostat

Photocopy machine

(c) Objek terletak antara F dengan 2F/Object is positioned between F and 2F

(i) Saiz imej/Image size

= 2.0 cm(ii) Ciri-ciri imej: Characteristics of image: Nyata, songsang dan

dibesarkan

Real, inverted and magnified

(iii) Alatan optik Optical instrument: Projektor slaid/Slide projector

(d) Objek terletak di F/Object is positioned at F(i) Imej terbentuk di

infiniti

Image is formed at infinity

(ii) Ciri-ciri imej: Characteristics of image Maya, tegak dan dibesarkan

Virtual, upright and magnified

(iii) Alatan optik Optical instrument: Lampu sorot/Spotlight

(e) Objek terletak kurang daripada F/Object is positioned at less than F

(i) Saiz imej/Image size

= 3.0 cm(ii) Ciri-ciri imej: Characteristics of image Maya, tegak dan dibesarkan

Virtual, upright and magnified

(iii) Alatan optik Optical instrument: Kanta pembesar

Magnifying glass

ObjekObject

2F

F

F

2F

imejimage

ObjekObject

2F

2F

F

F

imejimage

ObjekObject

2F

2F

F

F

ObjekObject

2F

2F

F

F

imejimage

Praktis Kendiri

BAB

7

95

Berdasarkan alatan optik dan gambar rajah sinar (jika ada) yang diberikan, jawab soalan-soalan yang berikut./Based on the given optical instrumens and ray diagrams (if any), answer the following questions. TP2

1 Mikroskop/Microscope

Kaji rajah sinar bagi pembentukan imej oleh mikroskop di atas dan jawab soalan-soalan yang berikut.Study the ray diagram for the formation of the image by the microscope above and answer the following questions.

(a) Tandakan ( ✓ ) kanta yang mempunyai jarak fokus yang lebih panjang.Tick ( ✓ ) the lens which has a longer focal length.

✓Kanta mataEyepiece

Kanta objekObjective lens

(b) Tandakan ( ✓ ) ciri-ciri imej akhir yang terbentuk, seperti yang diperhatikan oleh pemerhati.Tick ( ✓ ) the characteristics of the final image formed, as seen by an observer.

✓DibesarkanMagnified

✓SongsangInverted

NyataReal

DikecilkanDiminished

✓MayaVirtual

2 Teleskop/Telescope

Kaji rajah sinar bagi pembentukan imej oleh teleskop di atas dan jawab soalan-soalan yang berikut.Study the ray diagram for the formation of the image by the telescope above and answer the following questions.

(a) Tandakan ( ✓ ) kanta yang mempunyai panjang fokus yang lebih panjang.Tick ( ✓ ) the lens which has a longer focal length.

Kanta mata/Eyepiece ✓ Kanta objek/Objective lens

(b) Tandakan ( ✓ ) ciri-ciri imej akhir yang terbentuk, seperti yang diperhatikan oleh pemerhati.Tick ( ✓ ) the characteristics of the final image formed, as seen by an observer.

✓DibesarkanMagnified

✓SongsangInverted

NyataReal

DikecilkanDiminished

✓MayaVirtual

Tarikh:

AKTIVITIPERBINCANGAN7.4

Standard Kandungan7.2 Peralatan optik

Peralatan optikOptical instruments Kontekstual

PBD

ObjekObject

ImejakhirFinalimage

Kanta objekObjective lens

Kanta mataEyepiece

PemerhatiObserver

Fo

Fo

Fe Fe

Fo = Titik fokus kanta objek Focal point of objective lensFe = Titik fokus kanta mata Focal point of eyepiece

PemerhatiObserver

Imej akhirFinal image

Kanta objekObjective lensSinar cahaya

dari objek jauhLight rays fromdistant object

Kanta mataEyepiece

Fe

FeFo

Fo = Titik fokus kanta objek Focal point of objective lensFe = Titik fokus kanta mata Focal point of eyepiece

Buku teks m/s 210 – 215

BAB

7

96

Tarikh:

AKTIVITIPERBINCANGAN Kontekstual

PBD 7.5 Aplikasi kanta dalam peralatan optikApplication of lenses in optical instruments

Lengkapkan ruang tentang aplikasi kanta dalam peralatan optik. TP2

Complete the spaces about the application of lenses in optical instruments.

MembetulkanCorrects

MemfokusFocuses

PengawasanSurveillance

MemantauMonitor

MemaparkanDisplay

KedudukanPosition

DibesarkanEnlarges

1 Kamera dan kamera telefon pintarCamera and smartphone camera

Memfokus cahaya yang terpantul dari suatu objek. Focuses the light reflected from an object.

2 Spectacles Cermin mata

Membetulkan kecacatan penglihatan mata.Corrects the eye defects.

3 Televisyen litar tertutupClosed circuit television, CCTV

Membolehkan penggunaan kamera video untuk memantau harta benda.Allows the use of videos

cameras to monitor the property.

4 Kanta pembesarMagnifying glass

Membesarkan imej objek.Enlarges the image of an object

5 Kamera perisikSpy camera

Terutamanya digunakan untuk aktiviti pengawasan .Mainly used for surveillance activities.

6 Projektor LCD dan slaidLCD and slide projectors

Memaparkan video, gambar atau data komputer pada layar atau permukaan rata yang lain.Display video, images or computer data on a screen or other flat surface.

7 Mesin fotostatPhotocopy machine

Membuat salinan dokumen berbeza saiz dengan menyelaraskan kedudukan kanta,Make copies of documents of different sizes by adjusting the position of the lens,

8 Projektor transparensiOverhead projector

Menggunakan cahaya untuk mempamerkan gambar yang dibesarkan pada skrin.Uses light to project an enlarged image on a screen.

Buku teks m/s 210 – 215

BAB

7

97

Kertas 1

PRAKTIS PENGUKUHAN 7SPM

Arahan: Setiap soalan diikuti oleh empat pilihan jawapan, A, B, C dan D. Pilih jawapan yang terbaik.Instructions: Each question is followed by four options A, B, C and D. Choose the best answer.

1 Rajah 1 menunjukkan pem­ben tukan imej oleh kanta cembung. Antara kedudukan objek A, B, C dan D, yang manakah akan menghasilkan imej yang lebih kecil daripada objek?Diagram 1 shows the formation of an image by a convex lens. At which position, A, B, C or D, should the object be placed to produce an image that is smaller than the object?

B C D

2F F F 2F

A

Rajah 1/Diagram 1KLON SPM 2010/2013

2 Rajah 2 menunjukkan satu gambar rajah sinar.Diagram 2 shows a ray diagram.

Rajah 2/Diagram 2

Antara yang berikut, yang mana kah merupakan ciri­ciri imej yang terbentuk?Which of the following are the characteristics of the image formed?A Nyata dan tegak

Real and uprightB Maya dan tegak

Virtual and uprightC Nyata dan songsang

Real and invertedD Nyata dan lebih kecil dari­

pada objekReal and smaller than the object KLON SPM 2000/2012

3 Berikut menunjukkan ciri­ciri imej yang terbentuk oleh suatu objek.

KBAT

ObjekObject

2F

2FF

F

The following shows the characteristics of an image formed by an object.

•Maya/Virtual •Tegak/Upright •Dikecilkan/Diminished

Apakah objek itu?What is the object?A Cermin satah

Plane mirror B Prisma

PrismC Kanta cembung

Convex lens D Kanta cekung

Concave lens

4 Antara yang berikut, yang manakah kedudukan objek untuk membolehkan suatu kanta cembung bertindak sebagai kanta pembesar?Which of the following is the position of the object to enable a convex lens to act as a magnifying glass?A Kurang daripada panjang

fokusLess than the focal length

B Sama dengan panjang fokusThe same as the focal length

C DuakalipanjangfokusTwice the focal length

D Antara panjang fokus dengan dua kali panjang fokusBetween the focal length and twice the focal length

KLON SPM 2004/2007

5 Rajah 3 menunjukkan su­sunan radas untuk mengkaji pembentukan imej oleh kanta cembung.Diagram 3 shows the arrangement of apparatus to study the formation of image by a convex lens.

Rajah 3/Diagram 3

Antara kedudukan A, B, C, dan D, di manakah suatu objek perlu diletak untuk membolehkan projektor slaid berfungsi?At which of the positions, A, B, C or D, should an object be placed to enable a slide projector to function?

6 Imej yang terbentuk pada skrin putih dalam Rajah 4 adalah nyata, songsang, dan mengecil.The image formed on the white screen in Diagram 4 is real, inverted and diminished.

Rajah 4/Diagram 4

Apakah yang berlaku pada imej pada skrin jika lilin dialihkan ke kedudukan X?What happens to the image on the screen if the candle is moved to position X?A Imej menjadi lebih besar.

The image becomes bigger.B Imej menjadi lebih kecil.

The image becomes smaller.C Imej maya dan tegak

terbentuk.The image formed is virtual and upright.

D Tiada imej terbentuk padaskrin.No image is formed on the screen.

Kanta cembungConvexlens

2F F

A B C D

X SkrinputihWhitescreen

F2F

BAB

7

98

Kertas 2

Arahan: Jawab semua soalan.Instructions: Answer all the questions.Bahagian B/Section B

1 Rajah 1 menunjukkan aktiviti untuk mengkaji pembentukan imej oleh suatu kanta cembung.Diagram 1 shows an activity to study the formation of an image by a convex lens. KLON SPM 2006 BHG. A, S2

Rajah 1/Diagram 1

(a) Lukiskan rajah sinar bagi pembentukan imej pada Rajah 1.Draw the ray diagram for the formation of the image in Diagram 1. [2markah/2marks]

(b) Ukurjarakimej./Measure the distance of the image.2.1 ± 0.1 cm

[1markah/1mark](c) Nyatakan tiga ciri imej yang terbentuk./State three characteristics of the image formed.

Maya,tegakdanlebihbesardaripadaobjek/Virtual, upright and larger than the object

[3markah/3marks]

(d) Nyatakan satu alatan optik yang objeknya diletakkan pada kedudukan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.State one optical instrument whose object is located at the position as shown in Diagram 1.Kantapembesar/Magnifying glass

[1markah/1mark]

Bahagian C/Section C

2 Kajipernyataanberikut./Study the following statement.

Cermin mata orang tua mempunyai panjang fokus yang lebih pendek daripada cermin mata seorang dewasa yang rabun dekat. Hal ini demikian kerana kanta cermin mata mereka mempunyai ketebalan yang berbeza.The spectacles of old people have shorter focal lengths than those of an adult who is long-sighted. This is because the lenses in their spectacles have a different thickness.

(a) Nyatakan satu pernyataan masalah daripada maklumat di atas.State one problem statement from the above information. [1markah/1 mark]

(b) Cadangkan satu hipotesis untuk menyiasat pernyataan di atas.Suggest one hypothesis to investigate the above statement. [1markah/1 mark]

(c) Berdasarkan pernyataan yang diberi, reka bentuk satu eksperimen makmal untuk menguji hipotesis anda dengan menggunakan kanta pelbagai ketebalan.Based on the given statement, design a laboratory experiment to test your hypothesis by using lenses with different thickness.

Huraian anda harus mengandungi aspek­aspek berikut:Your description should include the following aspects:(i) Tujuaneksperimen/Aim of the experiment [1markah/1 mark](ii) Mengenalpastipembolehubah/Identification of variables [2markah/2 marks](iii) Prosedurataukaedah/Procedure or method [4markah/4 marks](iv) Penjadualandata/Tabulation of data [1markah/1 mark]

2F 2FF F

ObjekObject

ImejImage

Praktis SPM

BAB

7

99