eldey: Physik im Kontext: Optik erlag
5. Brechung an Linsen
Didaktisch-methodische Hinweise
12 Stunden 8 / 9
Lichtbrechung an gekrümmten Ober- flächen; Reduktion auf Parallelstrahl, Brennpunktstrahl und Mittelpunktstrahl;
Konstruktion von Bildern; Verbesserung der Lochkamera
1 Diagramm von Versuch 4.2; Verdunk- lungsmöglichkeit; 1 Lochkamera (Kapitel 2); Ergebnisbilder der Lochkamera (Kapi- tel 2); Plakatmaterial; 1 Holzbrettchen mit Loch; 1 kleine Zwischenlegscheibe; Zusatz- materialien (z. B. Hilfen, Lösungen, editier- barer Test)
Experimentiergruppen von 3 max. 4 Schülern, teilweise mit Lehrerunterstüt- zung
Objekt- und Plakatpräsentation der „ver- besserten“ Lochkamera
Erfahrungsgemäß haben Schüler Probleme in der Handhabung des Geodreiecks und bei der Lage des Lotes. Bei der Konstruktion von Bildern an einer Linse muss man zudem auf die nöti- ge Sorgfalt achten. Wird der Raum abgedunkelt, sind die Versuche und ihre Ergebnisse besser sichtbar. Dies gilt v. a. für die Versuche 5.3 und 5.4.
Themeneinstieg
Einstieg:
Dicke Regentropfen hängen an Pflanzenteilen. Man schaut durch die Tropfen und erkennt die Landschaft dahinter auf dem Kopf stehend.
Forscherfragen:
1. Warum kann man im Wassertropfen ein Bild sehen? Der Wassertropfen wirkt als Sammellinse und diese erzeugt reelle Bilder.
2. Warum steht das Bild auf dem Kopf? Das reelle Bild (Wassertropfen = Sammellinse) steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt.
3. Kann man so auch größere Bilder herstellen? Ja, das hängt davon ab, wie die Lage des Gegen- standes im Vergleich zum Brennpunkt der Linse ist.
4. Kann man mit Linsen die Lochkamera verbessern? Ja, wir können eine Sammellinse im Loch platzieren. So erzeugt die Kamera lichtstärkere Bilder.
VORSC
HAU
ysik im Kontext: Optik
Versuch 5.1: Licht an gekrümmten Flächen
Bildungsstandards: F1; E7; K1, K5
Kontextbezug: Sammellinsen; Lupe; Brille
Material: 1 optische Lampe mit Kondensor; 1 (Mehrfach-)Schlitzblenden; 1 zylindrische Sammellinse (Plexiglas); 1 optische Scheibe; 1 Ein-Schlitzblende; Diagramm von Versuch 4.2
Information: Man unterscheidet Sammellinsen (konvex) und Zerstreuungslinsen (konkav).
konvexe Linsen konkave Linsen
plan-konvex bi-konvex konkav-konvex plan-konkav bi-konkav konvex-konkav
Anleitung:
a) Parallele Strahlen allgemein: Erzeugt mit der Lampe und der Mehrfach-Schlitzblende parallele Lichtstrahlen. Lasst diese Lichtstrahlen wie hier dargestellt durch die Linse (auf der optischen Scheibe) fallen und notiert in den Bildern den weiteren Strahlenverlauf.
(1) (2)
(3)
VORSC
(4)HAU
eldey: Physik im Kontext: Optik erlag
Versuch 5.2: Zerstreuungslinsen
Bildungsstandards: F1, F3; E3, E5, E7; K2, K5
Kontextbezug: verschiedene optische Geräte (z. B. Brille)
Material: 1 optische Lampe mit Kondensor; 1 Mehrfach-Schlitzblende; 1 zylindrische Zerstreuungslinse (Plexiglas); 1 optische Scheibe; Diagramm von Versuch 4.2 Anleitung:
Erzeugt mit der Lampe und der Mehrfach-Schlitzblende parallele Strahlen und lasst diese aus ver- schiedenen Richtungen durch die Zerstreuungslinse (auf der optischen Scheibe) fallen. Notiert hier den Strahlenverlauf. Beschreibt eure Beobachtungen, indem ihr unten den Lückentext ergänzt.
(Hinweis: (Auch hier) werden die beiden „Knicke“ werden durch einen „Knick“ in der Linsenmitte ersetzt.)
(1) (2) (3)
Beobachtung:
(1) – (3) Korrekter Strahlengang: s. o.
Zusammenfassung:
Die Lichtstrahlen laufen auseinander. Sie scheinen
. Dies nennt man einen Brennpunkt mit negativer Brennweite.
Beispiel:
Diese Brille hat sehr dicke konkave Brillengläser. Sie kann Leuten helfen, die eine starke Fehlsichtigkeit haben. Heute gibt es aber Methoden, mithilfe derer die Gläser dünner sind, aber trotzdem die gleiche Sehstärke ausgleichen können.
VORSC
HAU
ysik im Kontext: Optik
Versuch 5.3: Reelle Bilder an Sammellinsen
Bildungsstandards: F3; E3, E5, E7; K5 Kontextbezug: Auge; Fotoapparat
Hinweis: Ihr benötigt für diese Versuche einen verdunkelten Raum. Bittet ggf. euren Lehrer darum.
Material: Verdunklungsmöglichkeit; 1 optische Bank; 1 Kerze; 1 Sammellinse (f = );
1 Schirm; 1 Zusatzblatt (kariert) Anleitung:
a) Tragt beim Material ein, welche Brennweite die Sammellinse hat. Vergewissert euch bei Bedarf bei eurem Lehrer.
b) Montiert dann von links nach rechts folgende Bestandteile auf der optischen Bank: Kerze, Sam- mellinse und Schirm. Stellt die Kerze an verschiedene Positionen im Vergleich zur Linse, s. Tabelle unten. Verändert die Position des Schirms dabei immer so, dass er ein scharfes Bild der Kerzen- flamme zeigt. Messt und notiert zu Beginn die Gegenstandsgröße. Notiert dann jeweils die Bild- weite und die Bildgröße in der Tabelle unten.
Beobachtung:
a) Brennweite: s. o.
b) Messwerte:
Gegenstandsgröße G
(= Größe der Kerzenflamme):
Bildweite b
(= Abstand Linse – Schirm)
Bildgröße B
(= Größe der Kerzenflamme auf dem Schirm / im Bild)
Gegenstandsweite g (= Abstand Kerze – Linse) (1) größer als zweifache Brennweite
g >> 2f
(2) genau die zweifache Brennweite
g = 2f
F F
VORSC
HAU
eldey: Physik im Kontext: Optik erlag
Versuch 5.5: „Upgrade“ für die Lochkamera
Bildungsstandards: F1, F5; E7; K4, K5, K6 Kontextbezug: Auge; Fotoapparat
Material: Lochkamera aus Kapitel 2; Ergebnisbilder der Lochkamera (Kapitel 2);
1 Sammellinse; Klebestreifen; Plakatmaterial Anleitung:
a) Betrachtet noch einmal eure Lochkamera aus Kapitel 2.
b) Prüft das Loch und erweitert es ggf. auf die Größe von einem 1-Cent-Stück. Befestigt mit Klebe- streifen die Sammellinse vor dieser Öffnung.
c) Betrachtet noch einmal die Bilder, die ihr mit der bisherigen Lochkamera erstellt habt. Geht dann an die Orte von damals und betrachtet sie wieder mithilfe der nun verbesserten Lochkamera. Ver- gleicht die alten und die neuen Bilder (auf ihre Qualität).
d) Erstellt ein Querschnittsbild eurer verbesserten Lochkamera und erklärt ihre Funktionsweise auf einem Plakat. Präsentiert dieses Plakat und eure Lochkamera der Klasse.
Rückblick: Beantwortet die Forscherfragen vom Beginn der Einheit.
