Benutzer:Buss-Haskert/Lichtbrechung

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Snell water glass
Dispersive Prism Illustration

Lichtbrechung (Optik - Teil 2)

Lichtbrechnung (Optik - Teil 2)

In diesem Lernpfad lernst du das Phänomen der Lichtbrechung kennen. Du wirst

  • dein Vorwissen zum Thema auffrischen,
  • Experimente zur Lichtbrechung zuhause durchführen,
  • anhand von Simulationen die Lichtbrechung erklären.

1 Vorwissen

Um die Lichtbrechung verstehen zu können, musst du Vorwissen aus den folgenden Themen haben

  • Ausbreitung von Licht
  • Licht und Schatten

Dieses Vorwissen aktivierst du mithilfe der nachfolgenden Videos, Lückentexte und Quizze.


Ausbreitung von Licht - Experiment
Nimm ein Stück Gartenschlauch und schaue hindurch. Kannst du damit "um die Ecke" schauen?

Beobachtung: Du kannst nur durch den Gartenschlauch schauen, wenn du ihn ganz gerade hältst. Sonst gelangt kein Licht in dein Auge.

Ergebnis: Das Licht breitet sich geradlinig aus.


Ausbreitung von Licht - Zusammenfassung
Schau das Video an, übertrage den Lückentext in dein Heft und löse das Quiz.


Ausbreitung von Licht

Licht breitet sich geradlinig in alle Richtungen aus.
Die Sammlung von Lichtstrahlen nennen wir Lichtbündel.
Den Weg, den die Lichtstrahlen zurücklegen, nennen wir Strahlengang.
Wir zeichnen die Randstrahlen von Lichtbündeln immer mit dem Lineal.


Licht und Schatten - Experiment
Du findest auf der Seite leifiphysik (klicke hier) mehrere Versuche zum Thema Schatten. Wähle ein Exeriment aus und führe es durch. Lade Fotos deines Experimentes im Klassenorder auf IServ hoch. Benenne die Datei mit deinem Namen, damit ich weiß, von wem das Foto kommt.


Licht und Schatten - Ergebnis
Schau das Video an und löse das Quiz (Link unter dem Video).


Übung 1: Licht und Schatten - Wiederholung

Bearbeite das Quiz und die Aufgaben bei ANTON



2 Lochkamera

In diesem Kapitel lernst du, wie mithilfe einer Lochkamera Bilder entstehen. Du wirst eine Lochkamera basteln, damit Experimente durchführen und diese Experimente protokollieren.


Lochkamera bauen[1]

Baue eine Lochkamera. Du benötigst folgende Materialien:

  • 1 leere Chipsdose
  • 1 Bogen Transparentpapier
  • 1 Blatt schwarzes Tonpapier (DIN A4)
  • Schere, Klebstoff/Klebeband, Nagel/Schraube
Das Video zeigt dir, wie du beim Bau vorgehst.


Experiment: Bilder einer Lochkamera

Schau dich nun draußen mit der Lochkamera um.
Was fällt dir auf?

Fülle den Lückentext aus, die Animation kann dir helfen. Übertrage dann den Text in dein Heft.


Hefteintrag: Bilder einer Lochkamera - Ergebnis

Die Lochkamera erzeugt ein umgekehrtes (auf dem Kopf) und seitenverkehrtes Bild. Das Bild ist unscharf. Bei einem kleinen Loch sind die Bilder schärfer und dunkler.
Bei einem großen Loch sind die Bilder unschärfer und heller.


Die Animation veranschaulicht die Bildentstehung bei einer Lochkamera.
Die Kamera ist in der Mitte von der Seite zu sehen und rechts nebendran das Bild auf dem Schirm. Mit den Reglern kann man die Gegenstandsweite b, die Bildweite b und die Größe der Lochblende einstellen.

Applet von schulphysikwiki


Übung 3: Lochkamera
Löse das Arbeitsplatt aus dem Aufgabenmodul (Bilder einer Lochkamera)



Übung 4: Quiz zur Lochkamera

Löse das Quiz auf der Seite leifiphysik


3 Lichtbrechung

3.1 Experimente zur Lichtbrechung

Die nachfolgenden Stationen beschreiben Experimente, die du zuhause durchführen kannst. Schreibe jeweils die Überschrift des Experimentes und deine Beobachtung in dein Heft. Achte auf eine ordentliche und übersichtlich Darstellung!

Experiment 1: In welche Richtung geht die Figur?
Bild Station Links oder rechts.png
Material:
  • 1 rundes Glas
  • 1 Spielzeugfigur

Versuchsanleitung: Fülle das Glas mit Wasser und schiebe die Figur in einer Entfernung von ca. 12 cm langsam hinter dem Glas vorbei.
Beobachte dabei die Figur von vorne durch das Glas!

Beobachtung: Wenn ich die Figur von links nach rechts hinter dem Glas herschiebe, beobachte ich …

Beobachtung: Wenn ich die Figur nach rechts bewege, bewegt sie sich durch das Glas betrachtet nach links.

Ergebnis: Das Wasser beeinflusst das Licht auf dem Weg von der Figur zum Auge.


Experiment 2 : Schattenspiel in einer Tasse
Bild Station Schattenspiel in einer Tasse.png
Material:
  • 1 Tasse
  • 1 Münze
  • 1 Taschenlampe
  • eine sehr ruhige Hand
  • Wasser

Versuchsanleitung: In eine leere Tasse wird eine Münze gelegt. Nun halte die Taschenlampe so schräg zur Tasse, dass die Münze gerade noch im Schatten liegt. Du muss die Taschenlampe sehr ruhig halten (vielleicht kann dir jemand helfen). Nun gieße sehr vorsichtig Wasser in die Tasse (die Münze darf sich nicht bewegen), bis die Tasse vollständig gefüllt ist. Beobachte den Schatten und die Münze!

Beobachtung: Wenn ich Wasser in die Tasse gieße…

Beobachtung: Die Münze liegt nicht mehr im Schatten, wenn Wasser in die Tasse gegossen wird.

Ergebnis: Das Wasser beeinflusst das Licht auf dem Weg von der Münze zum Auge.


Experiment 3: Sichtbar oder Unsichtbar?
Bild Station Sichtbar oder unsichtbar.png
Material:
  • 2 Tassen
  • 2 Münze
  • Wasser

Versuchsanleitung: Stelle die Tassen genau nebeneinander und lege jeweils in die Mitte der Tassen ein Münze. Nun schau so schräg in die Tassen, dass du die Münzen gerade nicht mehr sehen kannst, du darfst deinen Kopf nun nicht mehr bewegen! Gieße dann sehr vorsichtig Wasser in ein Tasse (vielleicht kann dir jemand helfen), die Münzen dürfen nicht verrutschen.
Bleiben die Münzen unsichtbar?

Beobachtung: Wenn ich Wasser in die Tasse gieße…

Beobachtung: Wenn ich Wasser in die Tasse gieße, kann ich die Münze sehen.

Ergebnis: Das Wasser beeinflusst das Licht auf dem Weg von der Münze zum Auge.


Experiment 4: Der geknickte Stift
Bild geknickter Stift.png
Material:
  • 1 Glas mit Wasser
  • 1 Stift

Versuchsanleitung: Halte den Stift schräg in das Wasser und beobachte ihn aus verschiedenen Richtungen (schräg, von oben, von der Seite, schaue entlang des Stiftes, …

Beobachtung:…
Snell water glass
Beobachtung: Wenn ich den Stift von vorne durch das Glas betrachte, sieht es aus, als sei er geknickt.
Ergebnis: Das Wasser beeinflusst das Licht auf dem Weg vom Stift zum Auge.


Experimente zur Lichtbrechung - Ergebnis

Das Licht ändert seine Richtung an der Wasseroberfläche (oder anderen durchsichtigen Stoffen, wie z.B. Glas). Dies nennen wir Lichtbrechung.

Wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei durchsichtigen Körpern fällt – z.B. von Wasser nach Luft -  wird es aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt – es wird gebrochen.

Das Video fasst das Ergebnis noch einmal zusammen:

Erinnerst du dich an die Bilder der Lochkamera?
Wenn Licht durch Glas geht, wird es ebenfalls gebrochen. Wir ergänzen die Lochkamera durch ein Stück Glas mit einer bestimmten Form, einer sogenannten (Glas-)Linse.
Im Applet unten kannst du die Form der Linse verändern und damit das Bild scharf stellen.

Wie entsteht ein Bild in einer Kamera oder im Auge? Die Kamera (das Auge) ist der schwarze Kasten und nebendran ist das Bild auf dem Schirm (der Netzhaut) zu sehen.
Mit den Reglern kann man die Gegenstandsweite b, die Bildweite b und die Größe der Lochblende einstellen.
Bei der eingesetzten Linse kann man mit der Wölbung die Brechkraft steuern. FORMAT NOCH ANPASSEN!

GeoGebra

Applet von schulphysikwiki

3.2 Die Lichtbrechung - Brechungsgesetz

Du hat in den Experimenten festgestellt, dass das Licht seine Richtung an der Wasseroberfläche (oder anderen durchsichtigen Stoffen, wie z.B. Glas) ändert.
Dies untersuchen wir in einem Experiment genauer.

Die Videos zeigen die Beobachtungen:

Übergang von Glas nach Luft
Übergang von Luft nach Glas

Und Beobachtungen beim Experimentieren mit Wasser:

Übergang von Wasser nach Luft
Übergang von Luft nach Wasser

Das Video fasst die Beobachtungen zusammen:

Das waren viele Informationen, nicht wahr?

Lichtbrechung - Zusammenfassung Video
Sortiere die Informationen in den nachfolgenden Lückentexten. Übertrage anschließend die Texte in dein Heft. Übertrage auch die Zeichnung mit den Begriffen in dein Heft. Zeichne mit Lineal.

Lichtbrechung
Lichtbrechung ist die Änderung der Richtung des Lichts an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen optischen Medien.
Optische Medien sind dabei lichtdurchlässige Stoffe, z.B. Luft, Wasser, Glas,...
Dabei nennt man die Fläche zwischen z.B. Luft und Wasser Grenzfläche.

Lichtbrechung Bild.png

Dies kannst du in einer Simulation nachstellen.
Klicke auf „Einleitung“
Dort kannst du die Taschenlampe anknipsen, es erscheint ein Lichtstrahl.
Was geschieht mit dem Lichtstrahl, wenn er von der Luft in das Wasser übergeht?
Ebenfalls siehst du, dass ein Teil des Lichtes in der Luft reflektiert wird, er geht schräg von der Wasserfläche nach oben.
Nun kannst du verschiedene Einstellungen verändern:

  • Bewege die Taschenlampe hin und her
  • Ändere den Stoff, auf den der Lichtstrahl trifft (z.B. Glas)

Link zur Simulation: Simulation Lichtbrechung auf der Seite phet.colorade.edu



Zusammenfassung Lichtbrechung

Schau das Video bei Sofatutor an, den Link findest du in der Aufgabenstellung auf IServ. Öffne danach noch einmal die Simulation.

Löse die zugehörigen Übungsaufgaben und lade ein Foto deiner Auswertung im Modul Aufgaben hoch.


Übung 5: Quiz

Löse das Quiz zur Lichtbrechung auf der Seiten leifiphysik.


Übung 6: Speerfischen

Löse auf der Seite leifiphysik die Aufgabe "Speerfischen". Vergleiche anschließend deine Lösung mit der Musterlösung.


Übung 7: Anwendung Zuckergehalt von Limonade testen

Löse auf der Seite leifiphysik die Aufgabe "Speerfischen". Vergleiche anschließend deine Lösung mit der Musterlösung.


3.3 Lichtbrechung an Glaskörpern - verschiedene Formen

Die Lichtbrechung findet auch beim Übergang von Luft nach Glas bzw. von Glas nach Luft statt. Wir schauen wie das Licht an verschiedenen Glaskörpern gebrochen wird. Im Unterricht führst du dies als Experiment durch, zuhause simulierst du dieses Experiment mit der Simulation Lichtbrechung - Prismen auf der Seite phet.colorade.edu. Wähle hier die verschiedenen Glaskörper aus:
1. An einer rechteckigen Glasplatte:

GeoGebra


2. An einem halbrunden Glaskörper:

2. An einem Glasprisma: Lichtbrechung am Prisma.PNG


4 Totalreflexion



Experiment zur Totalreflexion
Du kannst mithilfe der Totalreflexion "Licht gießen". In der Sendung "Wissen mach ah!" wird dies gezeigt. Starte das Video bei 5:10 Minuten. Link zur Sendung "Wissen macht ah"


Heimexperiment:


Totalreflexion

Wenn Licht aus Wasser oder Glas kommt und sehr flach auf die Grenzfläche zu Luft trifft, wird es vollständig reflektiert. Dies nennen wir Totalreflexion.

Totalreflexion Bild.png


Anwendungen der Totalreflexion: Glasfaser



Zusammenfassung:



8 Regenbogen

Idee: Handspektroskop basteln: https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/physik_mexlab/_v/anleitung_spektroskop.pdf