Das holländische Fernrohr (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Das holländische Fernrohr (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Optik Unterthema: Optische Geräte Experiment: Das holländische Fernrohr Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 10 Minuten 10 Minuten 1 Schüler/Student Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Falls im Physikunterricht sowohl das astronomische als auch das holländische Fernrohr in dieser Reihenfolge behandelt werden sollen, dann empfehlen sich ähnlich ablaufende Experimente dazu sowie Vergleiche zwischen beiden Fernrohrarten. Dem wurde in der Konzeption für dieses Experiment entsprochen. Hinweise zum Aufbau und zur Durchführung Wenn die Schüler im zweiten Teil des Experiments das Fernrohr-Modell auf einen relativ weit entfernten Gegenstand richten, ist es empfehlenswert, dass sie die optische Bank mit einer Hand halten und mit der anderen Hand die Scharfeinstellung vornehmen. Um Schäden an den Linsen zu vermeiden, sollte der Lehrer die Schüler auffordern, die Teile der optischen Bank vorher möglichst fest miteinander zu verbinden und mit den Linsen sorgsam umzugehen. Anmerkungen Das holländische Fernrohr wurde von Galilei benutzt und beschrieben. Deshalb heißt es auch Galileisches Fernrohr. Im Jahre 1610 entdeckte Galilei mit einem solchen Fernrohr die Gebirge auf dem Mond. Es ist das älteste Fernrohr. Der holländische Glassschleifer Lippershey hat es 1608 der damaligen Fachwelt vorgeführt. Wegen seiner Handlichkeit aufgrund der im Vergleich zum astronomischen Fernrohr wesentlich geringeren Tubuslänge wird es als Opernglas benutzt.

2 Das holländische Fernrohr (Artikelnr.: P ) Aufgabe und Material Aufgabe Wie ist das holländische Fernrohr aufgebaut, und wie funktioniert es? Baue ein Modell eines holländischen Fernrohrs auf und untersuche wie dessen Teile zusammenwirken.

3 Material Position Material Bestellnr. Menge 1 Stativfuß, variabel Tisch mit Stiel Linse auf Reiter, f = +100 mm Linse auf Reiter, f = -50 mm Reiter für Stativbank Schirm, weiß, 150 mm x 150 mm Stativstange Edelstahl 18/8, l = 600 mm, d = 10 mm Maßstab für Stativbank Zusätzliches Material Aufbau und Durchführung Aufbau Ceresinkerzen, d = 13 mm, 20 Stück (1) Pappe (ca. 50 mm x 50 mm) als Kerzenhalter 1 Streichhölzer 1 Baue mit den beiden Stativstangen und dem variablen Stativfuß (Abb. 1) die optische Bank wie in Abb. 2 auf und lege den Maßstab an die vordere Stativstange an.

4 Abb. 1 Abb. 2 Befestige mit Hilfe des linken Teils des Stativfußes den Tisch mit Stiel, stelle die Kerze darauf und zünde sie an (vgl. Abb. 3). Abb. 3 Setze den Schirm bei 45 cm und die Linse mit f = +100 mm, die das Objektiv des Fernrohrs bildet, bei etwa 10 cm auf die optische Bank (vgl. Abb. 4). Abb. 4 Durchführung Verschiebe die Linse so weit nach rechts bis auf dem Schirm ein scharfes Bild der Kerzenflamme erscheint (vgl. Abb. 5).

5 Abb. 5 Justiere die Kerze eventuell etwas nach, wenn die Kerzenflamme nicht in der optischen Achse steht. Notiere im Protokoll, wo sich das durch das Objektiv erzeugte Bild befindet und welche Eigenschaften es hat. Entferne den Schirm, setze die Linse mit f= 50 mm, die das Okular des Fernrohrs bildet, im Abstand von etwa 10 cm rechts neben das Objektiv (vgl. Abb. 6). Abb. 6 Blicke durch das Okular und schiebe es in Richtung des Objektivs, bis Du ein scharfes Bild der Kerzenflamme erhältst (vgl. Abb. 7). Abb. 7 Notiere die Eigenschaften des Bildes, das das holländische Fernrohr erzeugt. Notiere ebenfalls den Ort, an dem sich das Okular jetzt befindet.

6 Lösche die Kerze und nimm sie mit dem Tisch von der optischen Bank. Richte das Fernrohr-Modell auf einen mehrere Meter entfernten Gegenstand, der hell genug ist (Fensterkreuz, Gardine, Dach des Nachbarhauses, o.ä.) und verschie die Linsen gegeneinander bis das Bild scharf ist (vgl. Abb. 8). Abb. 8 Wegen der Linsenfehler, die zu Verzerrungen des Bildes führen, solltest Du Dich dabei auf Bildausschnitte konzentrieren, die in der nahen Umgebung der optischen Achse befinden. Miss und notiere den Abstand l, den die beiden Linsen (das Objektiv und das Okular) haben, wenn das Bild von dem weit entfernten Gegenstand scharf eingestellt ist. Notiere die Brennweiten von Objektiv und Okular im Protokoll.

7 Protokoll: Das holländische Fernrohr Ergebnis - Beobachtungen 1 Notiere Deine Beobachtugen zum Bild, das vom Objektiv erzeugt wird. Welche Lage und Eigenschaften hat es? Ergebnis - Beobachtungen 2 Welche Eigenschaften hat das Bild, das das holländische Fernrohr erzeugt? Wie ist die Position des Okulars? Ergebnis - Messwerte Notiere Deine Messwerte. Abstand zwischen Objektiv und Okular: l = cm Brennweiten von Objektiv und Okular: f 1 = mm; f 2 = mm

8 Auswertung - Frage 1 Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Abstand l der Linsen und den Brennweiten f 1 und f 2? Auswertung - Frage 2 Beim astronomischen Fernrohr wird durch das Objektiv ein reelles, verkleinertes Zwischenbild erzeugt, das durch das Okular vergrößert wird. Gibt es beim holländischen Fernrohr auch ein Zwischenbild? Begründe Deine Antwort.

9 Auswertung - Frage 3 In der praktischen Ausführung eines holländischen Fernrohrs sind das Objektiv und das Okular an den Enden eines Tubus von verstellbarer Länge montiert. Beschreibe nun - auch unter Beobachtung Deiner unter 2. dargestellten Überlegungen - den Aufbau und erkläre die Wirkungsweise eines holländischen Fernrohrs. Auswertung - Frage 4 Welche Vorteile hat das holländische Fernrohr gegenüber dem astronomischen Fernrohr?

10 Auswertung - Frage 5 Thomas behauptet, dass die Gleichung l = f 1 + f 2, die für das astronomische Fernrohr gilt, auch für das holländische gültig ist. Martin sieht das zunächst nicht ein. Wie könnte Thomas seine (richtige) Behauptung beweisen?