Leseprobe - Schule trifft Technik

Lichtausbreitung
Material
1Aufbauplatte
1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W
1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A
1 Blende 1-2 Spalte
1Blendenrahmen
1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück
zusätzlich:
1 Blatt Papier (DIN A3)
1Lineal
Thema
Wie breitet sich Licht aus? Was versteht man unter einem Lichtstrahl?
Aufbau
Die Breitstrahlleuchte wird zunächst mit der Öffnung für divergentes Licht (Glühlampensymbol) verwendet, die andere Lichtöffnung wird abgedeckt.
Die Leuchte haftet magnetisch auf der Aufbauplatte.
Unter der Leuchte wird das Blatt Papier mithilfe von Magneten oder Klebestreifen angebracht und der
Umriss der Leuchte nachgezeichnet.
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Experiment
1.)
• Je zwei Punkte an den Rändern des Lichtbereiches werden markiert.
•Nach Entfernung der Leuchte werden diese Punkte durch Geraden verbunden.
Die Geraden werden bis zum Schnittpunkt verlängert. Was gibt dieser Punkt
an?
2.)
•Die Leuchte wird umgedreht, sodass das Licht durch die eingebaute Glaslinse
(Linsensymbol) austritt. Die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Auf die Lichtöffnung werden der Blendenrahmen und die Blende mit 1 Spalt aufgesteckt.
So wird ein schmales Lichtbündel erzeugt.
•Zwei Punkte des Lichtbündels werden markiert und nach Entfernen der Lampe
verbunden.
3.)
•Zwei Spiegel werden so vor der Lichtöffnung angebracht, dass ein breites paralleles Lichtbündel entsteht.
Ergebnis
Der helle Bereich auf dem Papier zeigt, dass sich das Licht geradlinig ausbreitet.
Die Geraden schneiden sich an der Position der Lampe.
Ein schmales Lichtbündel bezeichnet man als Lichtstrahl.
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Schatten
Material
1Aufbauplatte
1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W
1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A
1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück
zusätzlich:
1Lineal
Thema
Der Zusammenhang zwischen Schattengröße und Entfernung der Lichtquelle wird gezeigt.
Aufbau
Die Breitstrahlleuchte wird mit der Öffnung für divergentes Licht (Glühlampensymbol) verwendet, die
andere Lichtöffnung wird abgedeckt.
Die Leuchte haftet magnetisch auf der Aufbauplatte.
Als Schattenkörper wird ein Spiegel verwendet, wobei die verspiegelte Seite der Lichtquelle zugewandt ist. Er wird etwa 5 cm vor der Breitstrahlleuchte an der Aufbauplatte befestigt.
Experiment
• Der Schattenkörper wird deutlich weiter entfernt von der Leuchte angebracht.
•Die Größe des Schattens in einer bestimmten Entfernung von der Lichtquelle
wird verglichen (Lineal als Markierung verwenden).
Ergebnis
Der Schatten wird umso größer, je näher der Gegenstand bei der Lichtquelle ist.
Hinweis
Auch die Ränder eines Schattenraumes beweisen die geradlinige Lichtausbreitung.
5
Reflexion am ebenen Spiegel
Material
1Aufbauplatte
1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W
1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A
1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück
1 Blende, 1-2 Spalte
1Blendenrahmen
1 Optische Scheibe
Thema
Wie werden Lichtstrahlen von einem ebenen
Spiegel reflektiert?
Aufbau
Die Breitstrahlleuchte wird mit der Öffnung für paralleles Licht (Linsensymbol) verwendet, die andere
Lichtöffnung wird abgedeckt. Auf die Lichtöffnung werden der Blendenrahmen und die Blende mit 1
Spalt aufgesteckt.
Die Leuchte haftet magnetisch auf der Aufbauplatte.
Der ebene Spiegel wird mit der optischen Scheibe auf der Aufbauplatte angebracht.
Der Lichtstrahl soll normal auf den Spiegel auftreffen.
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Experiment
• Wie wird der Lichtstrahl vom Spiegel reflektiert?
•Der Spiegel wird gemeinsam mit der optischen Scheibe verdreht. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen der Normalen auf den Spiegel und dem Lichtstrahl.
Wie wird nun der Lichtstrahl reflektiert?
•Die Blende mit 1 Spalt wird entfernt. Auf den Spiegel trifft nun ein paralleles
Lichtbündel.
Wie wird das Lichtbündel reflektiert?
Ergebnis
Ein Lichtstrahl, der normal auf den ebenen Spiegel fällt, wird in sich selbst reflektiert.
Fällt der Lichtstrahl unter einem bestimmten Winkel auf den Spiegel, dann wird er
so reflektiert, dass der Winkel zwischen reflektiertem Lichtstrahl und der Normalen gleich groß wie der Einfallswinkel ist.
Ein paralleles Lichtbündel wird wieder als paralleles Lichtbündel reflektiert.
Beträgt der Einfallswinkel 45°, so verläuft der reflektierte Lichtstrahl normal auf
den einfallenden Lichtstrahl.
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Wölbspiegel variabler Brennweite
Material
1Aufbauplatte
1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W
1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A
1 Spiegel, flexibel
1 Blende, 3-5 Spalte
1Blendenrahmen
zusätzlich:
1 Blatt Papier (DIN A4)
1Lineal
Thema
Reflexion von besonderen Lichtstrahlen am Wölbspiegel.
Aufbau
Die Breitstrahlleuchte wird mit der Öffnung für paralleles Licht (Linsensymbol) verwendet, die andere
Lichtöffnung wird abgedeckt. Auf die Lichtöffnung werden der Blendenrahmen und die Blende mit
5 Spalten aufgesteckt.
Die Leuchte haftet magnetisch auf der Aufbauplatte.
Unter der Leuchte wird das Blatt Papier mit Hilfe von Magneten oder Klebestreifen befestigt. Auf das
Blatt Papier wird eine Gerade gezeichnet, die als optische Achse dient.
Der Spiegel, flexibel, wird so eingesteckt, dass seine Krümmung maximal ist. Er wird auf der Aufbauplatte gegenüber der Lichtöffnung so angebracht, dass der Wölbspiegel zur Leuchte zeigt.
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Experiment
•Die Breitstrahlleuchte und der Wölbspiegel werden so angebracht, dass die
Gerade jeweils in der Mitte verläuft. Die Lage des Spiegels und die Lichtstrahlen werden markiert.
•Nach Entfernen der Breitstrahlleuchte werden die reflektierten Lichtstrahlen bis
zum Schnittpunkt (Brennpunkt) verlängert.
• Der Abstand des Brennpunktes wird gemessen (Brennweite).
•Die Krümmung des Spiegels wird mehrmals verändert, indem er in den jeweils
nächsten Schlitzen der Halterung befestigt wird.
• Der Vorgang wird jeweils wiederholt.
•Welcher Zusammenhang ergibt sich zwischen Krümmung und Brennweite
(Abstand des Brennpunkts vom Spiegel)?
Ergebnis
Je stärker die Krümmung des Wölbspiegels ist, desto näher liegt der Brennpunkt
beim Spiegel, d.h. desto kleiner ist die Brennweite.
Messergebnisse
Brennweite
Stärkste Krümmung
–3,5 cm
–4 cm
–5,3 cm
–7,3 cm
Schwächste Krümmung
–12 cm
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Additive Farbmischung
Material
1Aufbauplatte
1 Haftleuchte 12 V/20 W
1 Festspannungsnetzgerät 12 V/2 A
1 Dreifarbenfilter, additiv
1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück
zusätzlich:
1 Blatt festes Papier, (DIN A4)
Thema
Die additive Farbmischung, wie sie z.B. beim Farbfernsehen
zum Einsatz kommt, wird untersucht.
Aufbau
Die Haftleuchte wird mit der Öffnung für divergentes Licht (Glühlampensymbol) verwendet, die andere
Lichtöffnung wird abgedeckt.
Die Leuchte haftet magnetisch auf der Aufbauplatte.
Auf die Haftleuchte wird das Dreifarbenfilter, additiv, aufgesetzt.
Vor der Haftleuchte werden die 3 Umlenkspiegel so angebracht, dass auf jeden von ihnen nur ein
Farbanteil auftrifft.
Die Farbstreifen werden am besten auf einer schrägen Projektionsfläche aufgefangen. Dazu faltet
man das feste Papier in der Mitte und befestigt es mithilfe der Bikonvexlinse als Distanzstück auf der
Aufbauplatte. Mittels Klebestreifen wird die eine Kartonhälfte auf der Linse festgeklebt.
Experiment
•Die von den Spiegeln reflektierten Lichtstrahlen haben die Grundfarben Rot,
Grün und Blau.
•Durch Verdrehen der Spiegel kann man alle Farben überlagern und so die
Mischfarben erzeugen.
Ergebnis
Grundfarben:Mischfarbe:
Rot und Grün
Gelb
Blau und Grün
Cyan
Rot und Blau
Purpur
Rot, Grün und Blau
Weiß
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