Optik: Brechung und Totalreflexion

3.2011
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Nabil Gad
12:08 Uhr
Optik: Brechung
U
A
und Totalreflexion
Seite 1
ennenlernen:
richtsideen
H
C
S
R
Ethikunterricht – anschaulich und
handlungsorientiert!
O
V
Diese Mappe hat die Ziele, Schülerinnen und Schüler zu einer kritischen Auseinandersetzung mit der Umwelt und ihrem persönlichen Lebensbereich zu
führen. Die fünf Themenstränge werden schülernah und handlungsorientiert
erschlossen.
Der Einsatz der Arbeitsblätter ist jederzeit in der Abfolge veränderbar.
Diese Materialien sind eine wertvolle Hilfe auch für fachfremd
unterrichtende Lehrerinnen und Lehrer.
Aus dem Inhalt:
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Persen Verlag
AAP Lehrerfachverlage GmbH
Postfach 16 56
21606 Buxtehude
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Nabil Gad
Grundwissen
Optik und Akustik
5.–10. Klasse
Bergedorfer® Kopiervorlagen
Unser Lebensweg
Ordnungen regeln das Zusammenleben
Menschen begegnen einander
Glück haben – Freude empfinden
Auch das Leid gehört zum Leben
von Akteuren und PubliTheaterstücke verknüpfen
n des Alten und Neuen Tese mit der Lebenswelt und
sche Hinweise zur Umsetgestaltung, zu Requisiten
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nmal die Geduld verlor …
ger, Der verlorene Sohn –
Winfried Röser · Ethik – 5./6. Klasse
erstücke
nsunterricht
e Bühne aufbereitet
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Brechung und Totalreflexion
Fischen mit einem Speer
Aufgabe 1 Vervollständige das Versuchsprotokoll.
 Material / Skizze
_____________________________________
Rohr
_____________________________________
Münze
 Durchführung
Stelle das Rohr so ein, dass ein dünner Stab, der durch das Rohr geschoben wird, die Münze trifft.
Indem du durch das Rohr schaust, kannst du genau auf die Münze zielen.
U
A
 Beobachtung
_______________________________________________________________________________
H
C
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
S
R
 Ergebnis
Der Grund, warum man _________________ an einer
O
V
anderen Stelle sieht, ist der folgende:
Das Licht, das von der Münze ausgeht, trifft im
Rohr
virtuelles Bild
β
Lot
α
_________________________ α auf die Wasseroberfläche auf und wird dort im _____________________________ gebrochen. Wir lassen uns täuschen,
da unser Gehirn davon ausgeht, dass sich _____________________________ geradlinig ausbreiten.
Daher zielen wir auf _________________________________________________.
Aufgabe 2
Wieso ist es für den Fischer so schwierig, den Fisch mit
dem Speer zu treffen?
_______________________________________________
_______________________________________________
Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik
Nabil Gad: Optik: Brechung und
© Persen Verlag, Buxtehude
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Totalreflexion
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15
1
Brechung und Totalreflexion
Die Lichtbrechung
Aufgabe 1 Vervollständige das Versuchsprotokoll.
 Material / Skizze
__________________________________________
__________________________________________
 Durchführung
Erzeugt mithilfe _________________________________________ einen Lichtstrahl.
U
A
Legt den Glaskörper genau an der Grundlinie der Winkeleinteilung (Kreisscheibe) an.
Platziert ______________________ so, dass ihr einen Einfallswinkel von 20° erhaltet.
H
C
Hinweis: Achtet darauf, dass der Lichtstrahl genau den Mittelpunkt der Kreisscheibe trifft.
 Beobachtung
Einfallswinkel α
0°
10°
30°
S
R
Brechungswinkel β
Differenz α – β
 Ergebnis
20°
O
V
40°
50°
60°
70°
80°
Fällt ein _____________________ von einem optisch dünneren Medium (hier: Luft) zu einem optisch
dichteren Medium (hier: ____________), so wird es zum Lot hin gebrochen. Die Differenz α – β wird
mit steigendem Einfallswinkel immer ___________.
Aufgabe 2
Beschreibe, was die benachbarten Messungen
verdeutlichen.
_____________________________________
Die Lichtstrahlen gehen über
von Luft
Einfallswinkel α
in Glas
in Wasser
Brechungswinkel β
0°
0°
0°
20°
13°
15°
_____________________________________
40°
25°
29°
_____________________________________
60°
34°
39°
_____________________________________
80°
40°
46°
89°
41°
49°
_____________________________________
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Totalreflexion
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2
Brechung und Totalreflexion
Brechung und Totalreflexion
Aufgabe 1 Vervollständige das Versuchsprotokoll.
 Material / Skizze
____________________________________
____________________________________
 Durchführung
Erzeugt mithilfe ___________________________________________ einen Lichtstrahl.
U
A
Legt den Glaskörper genau an der Grundlinie der Winkeleinteilung (Kreisscheibe) an.
Platziert ______________________ so, dass ihr einen Einfallswinkel von 20° erhaltet.
Hinweis: Achtet darauf, dass der Lichtstrahl genau den Mittelpunkt der Kreisscheibe trifft.
H
C
 Beobachtung
Einfallswinkel α
0°
10° 20° 30° 40° 50° 60°
S
R
Brechungswinkel β
Differenz β – α
 Ergebnis
O
V
Fällt ein _____________________ von einem optisch dichteren Medium (hier: Glas) zu einem
optisch dünneren Medium (hier: ____________), so wird es vom Lot weggebrochen. Die Differenz
β – α wird mit steigendem Einfallswinkel immer ___________. Ab dem Grenzwinkel – hier _________ –
wird das einfallende Licht nach dem Reflexionsgesetz ________________.
Es tritt also eine __________________________ auf.
Aufgabe 2
Beim __________________________ nutzt man das Phänomen der Totalreflexion.
Die ___________________ breiten sich dort in einer „Zick-Zack-Bewegung“ aus. Ein ___________
kann mithilfe eines Endoskopes (Glasfaserbündel mit optischer Technik) in den Magen seines
Patienten schauen. Bei Glasfaserleuchten nutzt man das Phänomen der _____________________
zu dekorativen Zwecken. Auch die Luftspiegelung (Fata Morgana) beruht auf dem Phänomen der
_________________.
Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik
Nabil Gad: Optik: Brechung und
© Persen Verlag, Buxtehude
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Totalreflexion
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3
Rohr
Münze
Brechung und Totalreflexion
O
V
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Totalreflexion
a
β
Rohr
Lot
virtuelles Bild
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Er muss also eine Stelle vor dem Fisch anpeilen.
_______________________________________________
Legt den Glaskörper genau an der Grundlinie der Winkeleinteilung (Kreisscheibe) an.
Einfallswinkel α
 Beobachtung
15
1
0°
0°
3°
7°
10°
20°
7°
13°
40°
26°
14°
30°
20°
10°
50°
19°
31°
60°
25°
35°
70°
31°
39°
80°
39°
41°
40°
41°
80°
89°
_____________________________________
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34°
60°
25°
0°
13°
20°
40°
in Wasser
49°
46°
39°
29°
15°
0°
Brechungswinkel β
in Glas
0°
Einfallswinkel a
von Luft
sich die Zunahme des Brechungswinkels β.
_____________________________________
Mit steigendem Einfallswinkel α verringert
_____________________________________
abhängig.
_____________________________________
Der Brechungswinkel β ist vom Medium
_____________________________________
Aufgabe 2
Beschreibe, was die benachbarten Messungen
verdeutlichen.
größer
mit steigendem Einfallswinkel immer ___________.
Die Lichtstrahlen gehen über
Glas
dichteren Medium (hier: ____________),
so wird es zum Lot hin gebrochen. Die Differenz a – β wird
Lichtstrahl
Fällt ein _____________________
von einem optisch dünneren Medium (hier: Luft) zu einem optisch
 Ergebnis
Differenz α – β
Brechungswinkel β
0°
Hinweis: Achtet darauf, dass der Lichtstrahl genau den Mittelpunkt der Kreisscheibe trifft.
die Lichtbox
Platziert ______________________
so, dass ihr einen Einfallswinkel von 20° erhaltet.
U
A
Da er die Lichtbrechung berücksichtigen muss.
_______________________________________________
Aufgabe 2
Wieso ist es für den Fischer so schwierig, den Fisch mit
dem Speer zu treffen?
eine falsche Stelle hinter der Münze
Daher zielen wir auf _________________________________________________.
die Lichtstrahlen
da unser Gehirn davon ausgeht, dass sich _____________________________
geradlinig ausbreiten.
216
Brechung und Totalreflexion
der Lichtbox mit Einspaltblende
Erzeugt mithilfe _________________________________________
einen Lichtstrahl.
 Durchführung
Lichtbox mit Einspaltblende
__________________________________________
Glaskörper, Kreisscheibe,
__________________________________________
H
C
Brechungswinkel β
fläche auf und wird dort im _____________________________
gebrochen. Wir lassen uns täuschen,
Einfallswinkel
_________________________
a auf die Wasserober-
Das Licht, das von der Münze ausgeht, trifft im
anderen Stelle sieht, ist der folgende:
die Münze
Der Grund, warum man _________________
an einer
 Ergebnis
_______________________________________________________________________________
Der Stab trifft hinter der Münze auf.
_______________________________________________________________________________
Vervollständige das Versuchsprotokoll.
 Material / Skizze
Aufgabe 1
Die Lichtbrechung
S
R
Obwohl man genau auf die Münze gezielt hat, verfehlt der Stab die Münze.
_______________________________________________________________________________
 Beobachtung
Stelle das Rohr so ein, dass ein dünner Stab, der durch das Rohr geschoben wird, die Münze trifft.
Indem du durch das Rohr schaust, kannst du genau auf die Münze zielen.
 Durchführung
Münze, Wasserbecken
_____________________________________
Rohr, dünner Stab,
_____________________________________
 Material / Skizze
Aufgabe 1 Vervollständige das Versuchsprotokoll.
Fischen mit einem Speer
Lösungen
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4
Brechung und Totalreflexion
O
V
Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik
Nabil Gad: Optik: Brechung und
© Persen Verlag, Buxtehude
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die Lichtbox
Platziert ______________________
so, dass ihr einen Einfallswinkel von 20° erhaltet.
Legt den Glaskörper genau an der Grundlinie der Winkeleinteilung (Kreisscheibe) an.
der Lichtbox mit Einspaltblende
Erzeugt mithilfe ___________________________________________
einen Lichtstrahl.
 Durchführung
Lichtbox mit Einspaltblende
____________________________________
Glaskörper, Kreisscheibe,
____________________________________
 Material / Skizze
Aufgabe 1 Vervollständige das Versuchsprotokoll.
Brechung und Totalreflexion
Totalreflexion
0°
Brechungswinkel β
Differenz β – α
10° 20° 30° 40° 50° 60°
6°
10° 24° 28°
0°
0°
16° 30° 54° 68° 50° 60°
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Totalreflexion
_________________.
zu dekorativen Zwecken. Auch die Luftspiegelung (Fata Morgana) beruht auf dem Phänomen der
Totalreflexion
Patienten schauen. Bei Glasfaserleuchten nutzt man das Phänomen der _____________________
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3
Punkt.
_________________________________________________________________________________
Alle Lichtstrahlen werden zur optischen Achse hin gebrochen und verlaufen durch einen
_________________________________________________________________________________
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hin gebrochen.
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Brennweite f
kleiner die ___________________
der Linse, umso stärker wird das Licht nach innen zum Brennpunkt
Brennweite
Die ____________________
f ist dabei der Abstand des Brennpunktes F von der Linsenebene. Umso
Brennpunkt
Der Punkt, an dem sich alle Lichtstrahlen sammeln, nennt man ___________________
F.
gebrochen
Punkt hin _______________________.
Konvexlinse
Alle Lichtstrahlen, die auf einer _______________________________
auftreffen, werden zu einem
 Ergebnis
U
A
kann mithilfe eines Endoskopes (Glasfaserbündel mit optischer Technik) in den Magen seines
Lichtstrahlen
Arzt
Die ___________________
breiten sich dort in einer „Zick-Zack-Bewegung“ aus. Ein ___________
Glasfaserkabel
Beim __________________________
nutzt man das Phänomen der Totalreflexion.
Aufgabe 2
Totalreflexion
Es tritt also eine __________________________
auf.
reflektiert
wird das einfallende Licht nach dem Reflexionsgesetz ________________.
größer
42°
β – a wird mit steigendem Einfallswinkel immer ___________.
Ab dem Grenzwinkel – hier _________
–
 Beobachtung
punkt der Winkelscheibe an.
Konvexlinse
Legt nun den Linsenmittelpunkt der ________________________
(Sammellinse) genau an den Mittel-
soll dabei auf der optischen Achse liegen.
5
bzw. _____
Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf die Linse auftreffen. Der mittlere Strahl
H
C
Luft
optisch dünneren Medium (hier: ____________),
so wird es vom Lot weggebrochen. Die Differenz
Lichtstrahl
Fällt ein _____________________
von einem optisch dichteren Medium (hier: Glas) zu einem
 Ergebnis
0°
0°
Einfallswinkel α
Totalreflexion
optische Achse
Linsen
Lichtbox
3
Erzeugt mithilfe der __________________________
und einer 3-fach- bzw. 5-fach-Schlitzblende _____
S
R
Hinweis: Achtet darauf, dass der Lichtstrahl genau den Mittelpunkt der Kreisscheibe trifft.
 Beobachtung
 Durchführung
Schlitzblende
_______________________
mit 3-fach- / 5-fach_______________________
Lichtbox
_______________________
Konvexlinse,
_______________________
Linsenebene
Linsenmittelpunkt
Vervollständige das Versuchsprotokoll.
 Material / Skizze
Aufgabe
Die Konvexlinse (Sammellinse)
Lösungen
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50
5