Plan de clase de refracción y lentes con simulaciones
Actualizado el 2026-10-02
Este plan de clase de refracción y lentes usa dos simulaciones gratuitas para que los estudiantes midan cómo se desvía la luz, hallen el índice de refracción de un material desconocido, atrapen la luz por reflexión total interna y vean después cómo una lente usa esa misma desviación para formar una imagen. Sin aula a oscuras, sin cajas de rayos y sin transportadores que se mueven. Todo está listo para usar: objetivos de aprendizaje, preparación, predicciones, una actividad paso a paso con las lecturas que deben obtener los estudiantes, un conjunto de cinco preguntas para el enlace del grupo, una ampliación e ideas de diferenciación. Cada número sale de los modelos de las simulaciones.
La clase de un vistazo
- Nivel: grados 9–11 (14–17 años), física o ciencias físicas.
- Tiempo: una clase de 60 minutos, o dos más cortas (refracción y luego lentes), más una ampliación opcional de 15 minutos.
- Conocimientos previos: ángulos medidos desde la normal, la tecla del seno en la calculadora, la luz viaja en línea recta.
- Formato: parejas con portátiles o tabletas, o todo el grupo con un proyector.
- Simulaciones: Rayos de luz: refracción, reflexión total interna y prismas y Lentes y espejos curvos: trazado de rayos.
Objetivos de aprendizaje
Al final de la clase, los estudiantes pueden:
- Describir cómo un rayo se desvía hacia la normal al entrar en un medio con mayor índice de refracción, y se aleja de ella al salir.
- Usar la ley de Snell, n₁·sen i = n₂·sen r, para calcular un índice de refracción a partir de ángulos medidos.
- Explicar la reflexión total interna y hallar un ángulo límite.
- Usar un diagrama de rayos y 1/f = 1/d + 1/d′ para describir la imagen que forma una lente convergente.
- Explicar por qué una lente de un material más denso tiene una distancia focal más corta.
Qué hacen las simulaciones
Rayos de luz (refracción). La pantalla Introducción muestra un láser que incide en el límite entre un medio superior (n₁) y uno inferior (n₂). Cada uno puede ser Aire (1,00), Agua (1,33), Vidrio (1,50), Misterio A o Misterio B. Arrastra el láser, o usa el deslizador y los botones − y +, para fijar el ángulo de incidencia de 0° a 89° en pasos de 1°. La lectura indica n₁ y n₂, los ángulos i y r con 0,1°, el ángulo límite y el porcentaje de luz reflejada y transmitida. En un medio misterioso, n y el ángulo límite muestran "?" hasta que alguien pulsa Comprobar misterio. Las pantallas Prismas y Herramientas añaden dispersión, una sonda de intensidad luminosa y una vista de ondas.
Lentes y espejos curvos. La pantalla Lente define una lente convergente o divergente a partir de su radio de curvatura R (20–100 cm) y su índice de refracción n (1,3–1,9), con f = R / (2(n − 1)). Arrastra la flecha roja del objeto, o usa el deslizador d, para fijar la distancia del objeto de 5 a 150 cm. La línea de estado da f, d, la distancia de la imagen d′, el aumento k y el tipo de imagen. Las casillas añaden los tres rayos principales (activados por defecto), rayos marginales, un segundo punto, una regla y Fuente puntual + pantalla.
Dos detalles que conviene saber antes de clase:
- El ángulo de refracción aparece incluso con medios misteriosos. Solo se ocultan n y el ángulo límite.
- El aumento tiene signo. En la simulación de lentes, una k negativa significa una imagen invertida y una k positiva una imagen derecha.
Materiales y preparación antes de clase
Materiales: un dispositivo por pareja (o un proyector), las tablas de abajo en papel y una calculadora con seno y seno inverso.
Preparación (10 minutos, una sola vez):
- Abre la simulación de rayos de luz. Los valores por defecto son los que necesitas: pantalla Introducción, aire arriba, agua abajo, 45°, transportador activado.
- Haz clic en Compartir y crea un enlace para cada grupo, por ejemplo "Física · Hora 6". Haz lo mismo con la simulación de lentes.
- Opcional: en la pestaña Preguntas de la simulación de rayos de luz, introduce el conjunto de preguntas de abajo y asócialo al enlace. Las dos predicciones bloquean la simulación hasta que cada estudiante se compromete.
- Publica los dos enlaces, o abre el primero en modo presentación y muestra el código QR.
Los índices misteriosos no están en el panel Valores iniciales, así que el paso 3 funciona con un enlace normal.
Secuencia de la clase
1. Gancho y predicciones (6 minutos)
Pregunta: "¿Por qué una pajita se ve doblada en un vaso de agua?" Recoge ideas y luego pide a los estudiantes que se comprometan con dos predicciones, en papel o en el enlace:
- P1. "Un láser pasa del aire al agua a 45°. En el agua, ¿qué hace el rayo?"
- P2. "La luz pasa del vidrio al aire. Aumentas despacio el ángulo de incidencia. ¿Qué le pasa al rayo que sale al aire?"
Muchos estudiantes creen que la luz se aleja de la normal al entrar en el agua, y pocos esperan que el rayo de salida desaparezca. No corrijas a nadie todavía. La guía de Predecir, observar y explicar explica por qué importa comprometerse.
2. La ley de Snell a partir de datos (12 minutos)
Las parejas mantienen el aire arriba y el agua abajo, fijan cada ángulo con el deslizador o los botones + y −, y anotan r de la lectura. La última columna es para ti.
| i (°) | r (°) | Reflejada | sen i ÷ sen r |
|---|---|---|---|
| 10 | 7,5 | 2 % | 1,33 |
| 20 | 14,9 | 2 % | 1,33 |
| 30 | 22,1 | 2 % | 1,33 |
| 45 | 32,1 | 3 % | 1,33 |
| 60 | 40,6 | 6 % | 1,33 |
| 80 | 47,8 | 35 % | 1,33 |
El rayo siempre se desvía hacia la normal, y la razón sen i ÷ sen r se mantiene en 1,33, el índice de refracción del agua. Es la ley de Snell con n₁ = 1. Comprueba P1 ahora.
Señala también la columna de reflejada. A un ángulo pronunciado de 80°, el 35 % de la luz rebota, y por eso un lago deslumbra al atardecer.
3. Identifica los materiales misteriosos (10 minutos)
Las parejas eligen Misterio A como medio inferior, miden r con tres ángulos y calculan n = sen i ÷ sen r. Luego repiten con Misterio B y pulsan Comprobar misterio.
| i (°) | r para Misterio A (°) | r para Misterio B (°) |
|---|---|---|
| 30 | 24,6 | 18,2 |
| 45 | 36,1 | 26,2 |
| 60 | 46,2 | 32,8 |
| n | 1,20 | 1,60 |
Cada ángulo da n a menos de 0,01 del valor verdadero. Pregunta: "¿Qué material frena más la luz?" Misterio B, porque una n mayor significa una velocidad menor, v = c/n. La pantalla Herramientas muestra estas velocidades, por ejemplo 2,26 × 10⁸ m/s en el agua y 2,00 × 10⁸ m/s en el vidrio.
4. Reflexión total interna (10 minutos)
Las parejas ponen Vidrio arriba y Aire abajo, de modo que la luz ahora sale del medio más denso. Aumentan i despacio.
| i (°) | 20 | 30 | 40 | 41 | 42 |
|---|---|---|---|---|---|
| r (°) | 30,9 | 48,6 | 74,6 | 79,8 | ninguno |
| Reflejada | 4 % | 6 % | 25 % | 38 % | 100 % |
El rayo se aleja de la normal, el rayo reflejado se hace más fuerte y a 42° el rayo refractado desaparece: reflexión total interna. La lectura da el ángulo límite, 41,8°. Comprueba P2 ahora.
Después compara otras parejas. De agua a aire el ángulo límite es 48,8° y de vidrio a agua 62,5°. Cuanto menor es la razón n₂/n₁, menor es el ángulo límite, y por eso los diamantes y las fibras ópticas atrapan tan bien la luz.
5. De la refracción a las lentes (17 minutos)
Abre el enlace de lentes. Los valores por defecto son una lente convergente con R = 40 cm y n = 1,5, así que f = 40,0 cm, y el objeto en d = 60 cm. Las parejas mueven el objeto y anotan la línea de estado:
| d (cm) | d′ (cm) | k | Imagen |
|---|---|---|---|
| 120 | 60,00 | −0,50 | real, invertida, reducida |
| 80 | 80,00 | −1,00 | real, invertida, del mismo tamaño |
| 60 | 120,00 | −2,00 | real, invertida, aumentada |
| 50 | 200,00 | −4,00 | real, invertida, aumentada |
| 40 | en el infinito | ninguno | sin imagen |
| 30 | 120,00 | 4,00 | virtual, derecha, aumentada |
| 20 | 40,00 | 2,00 | virtual, derecha, aumentada |
Los estudiantes comprueban una fila con 1/f = 1/d + 1/d′. Para d = 60 cm: 1/d′ = 1/40 − 1/60 = 1/120, así que d′ = 120 cm. En d = 40 cm el objeto está en el foco y los rayos salen paralelos.
Después marca Fuente puntual + pantalla. Con d = 60 cm, la pantalla empieza en 120 cm y la luz cae como un punto nítido. Arrastra la pantalla más cerca o más lejos y la mancha crece. Mueve el objeto a d = 30 cm: ninguna posición de la pantalla da un punto, porque una imagen virtual no se puede recoger en una pantalla.
Por último, enlaza las dos simulaciones. Cambia la n de la lente de 1,5 a 1,8: f baja de 40,0 cm a 25,0 cm. Pregunta: "¿Por qué un vidrio más denso da una lente más potente?" Desvía cada rayo más en cada superficie, exactamente como el material misterioso de mayor índice en el paso 3.
6. Comprobación de salida (5 minutos)
Usa las preguntas 3–5 del conjunto de abajo. Después abre Ver respuestas y muestra juntas las columnas Predicción y Después de P1 y P2.
Conjunto de preguntas para esta clase
Introdúcelas en la pestaña Preguntas de la simulación de rayos de luz. La pregunta 5 usa el enlace de lentes, así que publica los dos enlaces juntos. Instrucciones para los alumnos sugeridas: "Usa la pantalla Introducción. Cambia el ángulo con los botones + y −. Lee i y r de la lectura."
1. Opción múltiple · Antes, como predicción · Volver a preguntar después de la simulación
- Pregunta: "Un láser pasa del aire al agua a 45°. En el agua, ¿qué hace el rayo?"
- Opciones: Se desvía hacia la normal (correcta) / Se aleja de la normal / Sigue recto / Se refleja por completo
- Explicación: "La luz se frena en el agua, que tiene un índice de refracción mayor (1,33) que el aire (1,00), así que el rayo se desvía hacia la normal. La ley de Snell da sen r = sen 45° ÷ 1,33, así que r = 32,1°, menor que i."
2. Opción múltiple · Antes, como predicción · Volver a preguntar después de la simulación
- Pregunta: "La luz pasa del vidrio al aire. Aumentas despacio el ángulo de incidencia. ¿Qué le pasa al rayo que sale al aire?"
- Opciones: Se acerca más a la normal / Se queda con el mismo ángulo que el rayo incidente / Se aleja más de la normal y luego desaparece (correcta) / Desaparece en cuanto el ángulo supera 0°
- Explicación: "Al salir del vidrio al aire, el rayo se aleja de la normal. A medida que i crece, r llega a 90°. Por encima del ángulo límite, 41,8° de vidrio a aire, no hay ningún rayo refractado y toda la luz se refleja de vuelta al vidrio: reflexión total interna."
3. Número · Después de la simulación
- Pregunta: "Pon Aire arriba y Misterio A abajo. Mide r para i = 30°, 45° y 60°, y calcula el índice de refracción de Misterio A."
- Respuesta: 1,20, margen de error ± 0,03, sin unidad
- Explicación: "Con aire arriba, n = sen i ÷ sen r. A 30° la lectura da r = 24,6°, así que n = 0,500 ÷ 0,416 ≈ 1,20. Los otros ángulos dan el mismo valor. Misterio A desvía la luz menos que el agua (1,33) y el vidrio (1,50)."
4. Número · Después de la simulación
- Pregunta: "Pon Misterio B arriba y Aire abajo. Halla el ángulo límite cambiando i en pasos de 1°."
- Respuesta: 38,7, margen de error ± 1, unidad °
- Explicación: "A 38° todavía sale un rayo refractado de Misterio B, a 39° desaparece, así que el ángulo límite está entre ambos. De sen c = 1 ÷ 1,60, c = 38,7°. Misterio B tiene un índice mayor que el vidrio, así que su ángulo límite es menor que los 41,8° del vidrio."
5. Número · Después de la simulación
- Pregunta: "En la simulación de lentes, mantén la lente convergente con f = 40 cm y pon el objeto en d = 120 cm. ¿A qué distancia de la lente está la imagen?"
- Respuesta: 60, margen de error ± 1, unidad cm
- Explicación: "1/d′ = 1/f − 1/d = 1/40 − 1/120 = 2/120, así que d′ = 60 cm. La imagen es real, invertida y de la mitad del tamaño del objeto (k = −0,50), porque el objeto está a más de 2f de la lente."
Las preguntas 1 y 2 son las predicciones, que se vuelven a preguntar después de la simulación para que los estudiantes puedan comparar. La guía de evaluación formativa explica cómo leer los resultados entre grupos.
Ampliación: color y lentes divergentes
Dispersión (8 minutos). En la pantalla Prismas de la simulación de rayos de luz, la luz blanca se divide en seis rayos de colores. La lectura muestra por qué: el vidrio del prisma tiene n = 1,537 para la luz violeta (410 nm) pero n = 1,491 para la luz roja (650 nm), así que el violeta se desvía más. Los estudiantes arrastran y giran el prisma para hacer el espectro lo más ancho posible.
Lente divergente (7 minutos). De vuelta en la pantalla Lente, pulsa Divergente. Con R = 40 cm y n = 1,5, f = −40,0 cm. En d = 60 cm la imagen es virtual, derecha y más pequeña: d′ = 24,00 cm, k = 0,40. En d = 20 cm, d′ = 13,33 cm y k = 0,67. Pregunta: "¿Puede una lente divergente dar alguna vez una imagen real de un objeto real?" No: cada fila da una imagen virtual, derecha y más pequeña.
La pantalla Espejo de la misma simulación cubre los espejos cóncavos y convexos si quieres una tercera clase.
Diferenciación
Apoyo:
- Da las tablas con los ángulos ya escritos, para que los estudiantes solo lean y anoten.
- En el paso 2, usa solo 30°, 45° y 60°, y da los senos en la hoja.
- Da inicios de frase: "Al entrar en un medio más denso, el rayo se desvía…" y "Por encima del ángulo límite…"
Ampliación para los más avanzados:
- Predice cada r de la tabla del paso 2 con la ley de Snell antes de medir.
- Halla el ángulo límite de Misterio A a aire sin pulsar Comprobar misterio (56,4°) y luego confírmalo.
- En la simulación de lentes, halla el R que da f = 20 cm con n = 1,5 (20 cm) y explica el resultado con f = R / (2(n − 1)).
Estudiantes de inglés: las simulaciones están disponibles en seis idiomas. Crea un segundo enlace en el idioma del estudiante para que las etiquetas le resulten familiares mientras la discusión sigue en inglés.
Alineación con estándares
Esta clase encaja con la unidad de luz y óptica de un curso de física de bachillerato, y con los temas de refracción y lentes de GCSE Physics. La discusión de v = c/n del paso 3 toca el estándar estadounidense NGSS HS-PS4-1 (velocidad de las ondas en distintos medios), pero la óptica geométrica no tiene una expectativa de desempeño propia en NGSS, así que no afirmamos más. La clase sí ejercita analizar e interpretar datos y usar las matemáticas y el pensamiento computacional.
Para más ideas, consulta ideas de clases interactivas de física. Si quieres los dos laboratorios en una sola página de clase, insertar simulaciones en Google Sites usa estas mismas simulaciones como ejemplo. Para rutinas generales, consulta cómo usar simulaciones interactivas en el aula.
Preguntas frecuentes
¿Por qué las razones de la ley de Snell de mis estudiantes salen 1,32 o 1,34?
La lectura redondea r a 0,1°, así que con ángulos pequeños la razón puede desviarse en el segundo decimal: 5° da 1,32. Con ángulos de 10° o más, o con la media de tres ángulos, vuelve a 1,33.
¿Hay una sola simulación para refracción y lentes?
Sí. Refracción, reflexión total interna y lentes reúne un panel de la ley de Snell y un panel de lentes en una sola pantalla. Sirve para una clase rápida de repaso; las dos simulaciones de este plan dan más que medir.
¿Pueden los estudiantes hacer esta clase en teléfonos?
Sí. Los estudiantes abren los enlaces sin cuenta. Los botones + y − facilitan ajustar ángulos exactos en una pantalla táctil; leer la línea de estado de las lentes es más fácil en una tableta o un portátil.