Stationskarten. Station 1. Station 2. Station 3. Spiegel-Labyrinth S P I E G E L. Spiegelbild. Spiegel-Figur

Transkript

1 Stationskarten Spiegel-Labyrinth Material: Ein ebener Spiegel, ein foliertes Spielfeld, ein wasserlöslicher Folienstift. Vorbereitung: Stelle den Spiegel senkrecht auf die markierte Linie. Arbeitsauftrag: Zeichne den Weg durch das Labyrinth mit dem Folienstift nach. Verfolge da- S P I E G E L Station 1 Spiegelbild Material: Ein Spiegel Arbeitsauftrag: 1. Betrachte dich im Spiegel. Beobachte genau, was dein Spiegelbild macht, wenn du zum Beispiel die linke Hand hebst. 2. Notiere in dein Heft, welche Unterschiede du zwischen dir und deinem Spiegelbild feststellst. Station 2 Spiegel-Figur Material: Zwei Spiegel, eine Spielfigur Arbeitsauftrag: 1. Stelle eine Spielfigur ein paar Zentimeter vor einen Spiegel. Vergleiche die Figur mit ihrem Spiegelbild. a) Hat das Spiegelbild dieselbe Größe wie die Figur selbst? b) Wie weit scheint das Spiegelbild hinter dem Spiegel zu stehen? c) Was ist im Spiegelbild vertauscht? Station 3 99

2 Stationskarten Spiegel Verlauf der reflektierten Strahlen Material: Eine Experimentierleuchte oder Taschenlampe, Schlitzblende, eine blanke Metallschiene, eine Korkplatte, mehrere Stecknadeln, ein paar Blätter Papier, ein Geo-Dreieck, ein Bleistift Vorbereitung: Befestigt die Schlitzblende an der Lampe, lege ein Blatt Papier auf die Korkplatte, stelle eine Metallschiene auf das Papier und zeichne die Lage der Schiene mit einem Bleistift nach. Station 4 Arbeitsauftrag: 1. Halte die Lampe so, dass der Lichtstrahl schräg auf die Metallschiene auftrifft. Kennzeichne den Weg des Lichtstrahls vor und nach der Schiene mit Stecknadeln. 2. Löse das Blatt von der Korkplatte und zeichne den Weg des Lichtstrahls mit Bleistift und Lineal nach. 3. Führe diesen Versuch mehrmals durch und ändere dabei jeweils den Winkel, unter dem der Lichtstrahl auf die Schiene trifft. 4. Zeichne auf jedes Blatt im Auftreffpunkt des Lichtstrahls das Lot zur Schiene. 5. Miss jeweils die Winkel, die der auftreffende und der reflektierte Lichtstrahl mit dem Lot bilden und trage die Werte in die Zeichnung ein. 6. Fass deine Beobachtungen in einem Merksatz zusammen. 100

3 Bildentstehung bei Sammellinsen 1 Die Aufgaben Linse 1 bis Linse 5 zeigen einen Gegenstand G (einen Pfeil), der auf der optischen Achse vor der Linse steht. Arbeitsauftrag: 1. Zeichne von der Pfeilspitze ausgehend jeweils einen Parallelstrahl, einen Brennpunktstrahl und einen Mittelpunktstrahl. 2. Nach der Linse wird aus dem Parallelstrahl ein Brennpunktstrahl und aus dem Brennpunktstrahl ein Parallelstrahl. Der Mittelpunktstrahl geht geradlinig weiter. 3. Wenn sich die Lichtstrahlen wieder in einem Punkt treffen, entsteht dort das Bild des Gegenstands. Der Fußpunkt des Gegenstands wird auf der optischen Achse abgebildet. Die anderen Punkte des Gegenstands liegen zwischen Fußpunkt und Pfeilspitze. Zur Erinnerung: G = Gegenstand, B = Bild, F = Brennpunkt, g = Gegenstandsweite, b = Bildweite, f = Brennweite Linse 1 Der Gegenstand befindet sich außerhalb der doppelten Brennweite. Zeichne das Bild des Gegenstands ein und formuliere das Ergebnis in eigenen Worten. Ergebnis: Linse 2 Der Gegenstand befindet sich in der doppelten Brennweite. Zeichne das Bild des Gegenstands ein und formuliere das Ergebnis in eigenen Worten. Ergebnis: 101

4 Bildentstehung bei Sammellinsen 2 Linse 3 Der Gegenstand befindet sich zwischen der doppelten und der einfachen Brennweite. Zeichne das Bild des Gegenstands ein und formuliere das Ergebnis in eigenen Worten. Ergebnis: Linse 4 Der Gegenstand befindet sich im Brennpunkt der Linse (einfache Brennweite). Zeichne das Bild des Gegenstands ein und formuliere das Ergebnis in eigenen Worten. Ergebnis: 102

5 Bildentstehung bei Sammellinsen 3 Linse 5 Der Gegenstand befindet sich zwischen dem Brennpunkt und der Linse (innerhalb der einfachen Brennweite). Zeichne das Bild des Gegenstands ein und formuliere das Ergebnis in eigenen Worten. Ergebnis:. 103

6 Das menschliche Auge Die äußere Schutzeinrichtungen 1. Beschrifte die Grafik Gib die Bedeutung der von dir benannten Schutzeinrichtungen des Auges an Bau des Auges 3. Beschrifte untenstehende Abbildung mithilfe deines Buches

7 Die Netzhaut des Menschen Die Netzhaut hat zwei Typen lichtempfindlicher Zellen: die Stäbchen und die Zapfen. Die Stäbchen nehmen nur hell und dunkel wahr. Sie sind allerdings sehr lichtempfindlich, so dass sie auch noch bei geringer Lichtstärke arbeiten. Wenn man nur mit den Stäbchenzellen sehen könnte, erschiene die Welt schwarz-weiß. Bei den Zapfen gibt es drei verschiedene Arten: Es sind die rotempfindlichen, grünempfindlichen und blauempfindliche Zapfenzellen. Die Zapfen sind weniger lichtempfindlich Aderhaut Pigmentschicht Lichtsinneszellen Pigmentzelle Stäbchen Zapfen als die Stäbchen. Deshalb verändert sich in der Dämmerung, wenn wenig Licht vorhanden ist, die Farbwahrnehmung. Daher stammt das Sprichwort: Nachts sind alle Katzen grau. Schaltzellen Nervenzellen Nervenfasern zum Sehnerv Licht Auf der Netzhaut gibt es einen Bereich, in dem man besonders gut sehen kann. Diese Stelle des schärfsten Sehens nennt man den gelben Fleck oder Sehgrube. Diese Stelle liegt genau dort, wo ein senkrecht durch die Pupille einfallender Lichtstrahl auftrifft. Im gelben Fleck liegen fast nur farbempfindliche Zapfen. Daher sind bei sehr schwachem Licht Gegenstände, die direkt mit dem Blick fixiert werden, kaum wahrzunehmen. 1. Mit den Stäbchen sieht man. Mit den Zapfenzellen sieht man 2. Wie lässt sich das Sprichwort: Nachts sind alle Katzen grau erklären 3. Erkläre: Blinder Fleck: Gelber Fleck: 105

8 Das Auge passt sich an 1. Betrachte die folgende Abbildung und erkläre, bei welchen Lichtverhältnissen welche Pupillenstellung zu beobachten ist. Verwende die Seite 63 aus deinem Buch. a) b) c) Die Anpassung des Auges an die Lichtverhältnisse nennt man: 2. a) Zeichne in die Abbildung unten die jeweils richtige Linse ein. b) Erkläre wie die Linse sich verändert und begründe deine Antwort. c) Die Entfernungseinstellung beim Auge nennt man: 106

9 Sehfehler Fülle die Tabelle aus. Zeichne in die jeweiligen Abbildungen die Linse ein, mit der der Augenfehler korrigiert wird. Das ist ein normalsichtiges Auge. Auf der Netzhaut wird ein verkleinertes, seitenverkehrtes und auf dem Kopf stehendes Bild abgebildet. Das ist ein. Die Linse ist nicht mehr elastisch und kann sich nicht mehr so stark krümmen. Deshalb können nahe Gegenstände nicht mehr deutlich gesehen werden. Behoben wird der Fehler durch eine Sammellinse. Dies ist ein. Der Augapfel ist zu. Korrigiert wird der Augenfehler mit einer. Dies ist ein. Der Augapfel ist zu. Korrigiert wird der Augenfehler mit einer. 107

10 Ich kenne mich mit dem Mikroskop aus 1. Schneide die Beschriftungskästchen einzeln aus und lege sie an die passenden Stellen der Mikroskopabbildung. 2. Überprüfe mit deiner Nachbarin/deinem Nachbarn, ob ihr alles richtig zugeordnet habt. 3. Jetzt klebst du die Beschriftungskärtchen auf dem Arbeitsblatt fest und die komplette Abbildung dann ins Heft. Das Triebrad bewegt mit Grobund Feintrieb den Objekttisch auf und ab, wodurch das Bild scharf eingestellt wird. Der Objektträger mit dem Präparat wird über die Öffnung des Objekttischs gelegt. Das Okular ist eine auswechselbare Linse, die wie eine Lupe vergrößert. Mit Kondensor und Blende wird die Helligkeit reguliert, damit man ein kontrastreiches Bild erhält. Mit dem Beleuchtungsregler stellt man die Helligkeit der Lampe ein. Die Beleuchtung kann durch einen beweglichen Spiegel oder durch eine Lampe erfolgen. Das Objektiv enthält weitere Vergrößerungslinsen. Der Tubus hält das Okular. Das Stativ verbindet alle Teile des Mikroskops miteinander und gibt festen Halt. Der Objektivrevolver ist drehbar und trägt Objektive mit unterschiedlicher Vergrößerung. 108

11 Das Reflexionsgesetz Mit den folgenden Versuchen könnt ihr das Reflexionsgesetz selbst entdecken. Ihr benötigt dazu eine Taschenlampe, einen Spiegel, etwas Knetmasse und drei Strohhalme. 1. Schaltet die Taschenlampe ein und legt sie vor euch auf den Tisch. Wählt einen beliebigen Punkt im Raus aus. Versucht nun mit dem Spiegel das Licht der Taschenlampe so umzuleiten, dass es auf den ausgewählten Punkt fällt. Gibt es mehrere Spiegelstellungen, die es ermöglichen, den Punkt zu beleuchten? 2. Die Taschenlampe wirft einen ganzen Strahlenkegel auf den Spiegel. Um das Reflexionsgesetz zu finden reicht es aus, nur einen einzelnen Lichtstrahl zu betrachten. a) Bastelt aus dem oben angegebenen Material ein Modell, das die Reflexion eines Lichtstrahls darstellt. Die Strohhalme dienen hierbei als Lichtstrahlen. Überlegt zuerst, wie ein Lichtstrahl an einem Spiegel reflektiert wird. Befestigt dann mithilfe der Knetmasse die Strohhalme in entsprechender Weise auf dem Spiegel. b) Zeichnet eine Skizze von eurem Modell. Beschriftet in der Skizze den einfallenden Lichtstrahl, den reflektierten Lichtstrahl und den Spiegel. Tipp: Mithilfe des Lots wird es euch leichter fallen, den einfallenden bzw. reflektierten Lichtstrahl einzuzeichnen. Das Lot ist eine Halbgerade, die senkrecht auf der Spiegeloberfläche steht. Zeichnet diese Hilfslinie ein, bevor ihr die Lichtstrahlen ergänzt. 3. Was passiert, wenn ihr den einfallenden Lichtstrahl und den reflektierenden Lichtstrahl vertauscht? 4. Anhand eures Modells könnt ihr nun das Reflexionsgesetz ableiten. Ergänzt die folgenden Sätze. 1. Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer. 2. Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind. 3. Bei der Reflexion ist der Lichtweg 109

12 Reflexion 1. Welche der in den Bildern 1 und 3 dargestellten Situationen stellen die Reflexion von Licht dar? Kreuze die entsprechenden Bilder an. 2. Welcher der Sätze erklärt das Bild 4 richtig? Kreuze an. A B C B und C sind reflektierte Strahlen von A, da für beide der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel ist. Nur B ist ein reflektierter Strahl von A, weil A, B und das Einfallslot in einer Ebene liegen und der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist. Es gibt mehrere reflektierte Strahlen zu A. Strahl C ist einer davon. 3. Kennzeichne in der folgenden Aufzählung die Flächen mit G, an denen gerichtete Reflexion auftritt, Flächen an denen ungerichtete Reflexion auftritt, mit U. Spiegel Zerknüllte Aluminiumfolie Weißes Papier Blanke Metallfläche Weiße Wand Fensterglas 4. Konstruiere in den Bildern 5 und 6 jeweils die Spiegelbilder P zum Punkt P und deren rückwärtige Verlängerungen. P P P Auge P' P' 5. Konstruiere in Bild 7 das Lichtbündel, das über den Spiegel in das Auge gelangt. Hinweis: Konstruiere zunächst den Bildpunkt P`. 6. In den Bildern 8 bis 10 soll P jeweils der Gegenstandspunkt und P` der Bildpunkt sein. Was ist in den Zeichnungen falsch? P' Spiegelfläche S Spiegelfläche S Spiegelfläche S P' P P P' P P' 110

13 Brechung 1. Beim Blick aus dem Fenster siehst du alles mögliche. Könnte es sein, dass viele Dinge, die du durch das Fenster siehst, gar nicht dort sind, wo du sie vermutest? Überlege dir zuerst, wie der Lichtstrahl in der Skizze weiter verläuft. Zeichne den Lichtstrahl rot und die Hilfslinie mit Bleistift ein. Die Brechung des Lichtes von Luft in Glas Winkel in Glas Winkel in Luft Diskutiere mit deinem Nachbarn die oben gestellte Frage. Stimmt es, dass wir durch ein Fenster die Dinge an einem Ort sehen, an dem sie gar nicht sind? Wie wäre diese Tatsache zu erklären. 2. Wie verläuft der Lichtstrahl durch das Glasprisma weiter? Gehe dabei vor wie in Aufgabe Lege eine Münze in eine flache Tasse. Blicke so über den Rand der Tasse, dass du den hinteren Teil der Münze gerade noch sehen kannst. Gieße nun Wasser ein, verändere deinen Blickwinkel dabei aber nicht. Was kannst du beobachten? Erkläre deine Beobachtung. Nimm dazu die folgenden Skizzen zu Hilfe.. 111

14 Der Knick in der Optik 1. Trage in zwei optische Scheiben die Strahlenwege ein. Gib den Strahlen Pfeilspitzen, damit die Richtung erkannt werden kann. Kennzeichne den optisch dünneren Stoff mit dem Hinweis dünn, den optisch dichteren Stoff mit dem Hinweis dicht. Einfallswinkel: Brechungswinkel: 22,5 50 L L 2. Könnte man die Richtungen auch umkehren? 3. Beschreibe, was dir die folgenden Bilder sagen.. 112

15 Optische Linsen 1. Welche beiden Voraussetzungen müssen optische Linsen erfüllen? 2. Die folgenden Abbildungen zeigen verschiedene Linsen. Um welchen Linsentyp handelt es sich jeweils? a) b) c) d) e) a) b) c) d) e) 3. Die folgenden Abbildungen zeigen den Weg paralleler Lichtstrahlen durch zwei verschiedene Linsen. f f optische Achse F F optische Achse a) Um welche Linsentypen handelt es sich? Bild 2: Bild 3: b) Wodurch unterscheiden sich die Linsentypen Die ist in der Mitte. Die ist in der Mitte. c) Was geschieht jeweils mit Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf die Linse fallen? Parallele Lichtstrahlen, die auf eine fallen, Parallele Lichtstrahlen, die auf eine fallen,. Der Abstand zwischen Linse und Brennpunkt heißt. 113

16 Eine Fotokamera ist ein technisches Auge 1. Notiere die Namen der Teile des Auges und der entsprechenden Teile der Fotokamera a 6a b 6b 5 5 Auge Fotokamera Schreibe die passenden Nummern in die Kreise. 114

17 Das Auge 1. Sehzellen der Netzhaut a) Betrachte Bild 1 aus unterschiedlichen Entfernungen. Ab welcher Entfernung g (in mm) siehst du die weißen Doppelstriche nur noch als Einfachstriche? b) Wiederhole Aufgabe a) mit dem um 90 gedrehten Blatt. Ergibt sich ein anderer Wert? c) Um die Striche (Abstand 0,5 mm) getrennt wahrnehmen zu können, müssen sie auf der Netzhaut jeweils übernächste Sehzellen anregen. Die Augenlinse (Brennweite f = 17 mm) projiziert Bild 1 um den Faktor f/g verkleinert auf die Netzhaut. Berechne den Abstand der Sehzellen auf der Netzhaut und die Anzahl der Sehzellen pro mm2. d) Male je einen Doppelstrich rot, grün und blau an und wiederhole Aufgaben a) und b). Was fällt dir auf? 2. Optische Nachwirkung Blättere mit einer Hand eine Sekunde lang die Seiten eines Buches gerade so schnell durch, dass du die Bewegung der Blattkanten nur noch als grauen Schimmer vor dunklem Hintergrund wahrnimmst. Wie viele Blätter laufen pro Sekunde durch deine Hand? Das Auge kann also schnell aufeinander folgende Eindrücke nicht mehr zeitlich trennen. Unterscheide jene Beispiele, bei denen dies ebenso ist:, Boxen,,, Fußball, Pfeil,,, Hagel,, 3. Dispersion im Auge Schreibe auf ein weißes Papier ein 2 cm großes rotes A und daneben ein gleich großes blaues B. Forme aus deinen beiden Händen eine Lochblende, durch die du nur noch die beiden Buchstaben siehst. Was fällt dir auf?,, Rotes Licht wird schwächer gebrochen als blaues. Das Auge muss daher beim Betrachten des roten Buchstabens stärker akkommodieren. Erkläre damit deine Beobachtung. 115

18 Farben Material: Optische Bank, Glühlampe, Spaltblende, Glasprisma, Transparentschirm, Sammellinse 1. Baue den Versuch wie in nebenstehender Abbildung auf der optischen Bank nach, dunkle dann den Raum ab und führe den Versuch durch. Beschreibe deine Beobachtung, indem du den Lückentext ergänzt. Glühlampe Spaltblende Schirm Trifft ein auf ein Glasprisma, wird das Licht. Auf dem Transparentschirm sieht man eine ähnlich wie bei einem. Diese Erscheinung bezeichnet man als. 2. Welche Farben treten auf? Führe sie in der Reihenfolge ihres Erscheinens auf. 3. Versuche das Spektrum des weißen Lichts mit Bleistiften einzuzeichnen. 4. Bringe in die Versuchsanordnung von Aufgabe 1 eine Sammellinse zwischen Prisma und Schirm (vergleiche nebenstehende Abbildung). Beschreibe deine Beobachtung. weißes Licht Schirm Welche Schlussfolgerung kannst du daraus ziehen? Formuliere einen Merksatz, indem du den Lückentext vervollständigst. Alle Anteile eines aus lassen sich wieder zu Licht. 116

19 Der Regenbogen 1. Bild 1 zeigt den Verlauf eines parallelen Lichtstrahlenbündels, das von der Sonne kommt und in einen Wassertropfen eintritt. Das Licht wird erst gebrochen, dann reflektiert und schließlich noch einmal gebrochen. a) Ordne die ausfallenden Lichtstrahlen den einfallenden zu. b) Male den Teil des Lichtbündels, der den Wassertropfen parallel verlässt, grün an. 2. Wenn bei Regen die Sonne scheint, brechen Millionen von Wassertröpfchen das parallel von der Sonne kommende Licht wie in Bild 1. Ein Beobachter, der mit dem Rücken zur Sonne steht, kann vom Licht, das insgesamt in die Wassertröpfchen einfällt, nur die parallel austretenden Bündel deutlich wahrnehmen. a) Warum? b) Um die parallel aus den Wassertröpfchen austretenden Lichtbündel sehen zu können, muss man in eine bestimmte Richtung relativ zur Richtung der ungebrochenen Sonnenstrahlen blicken. Bestimme den Winkel zwischen den beiden Richtungen: 3. Welche Lichterscheinung entsteht nach den Überlegungen der Aufgaben 1. und 2. am Himmel? 4. Durch Dispersion, d. h. durch unterschiedlich starke Brechung der verschiedenen Farben des Sonnenlichts, wird der bis jetzt weiße Regenbogen farbig. a) Bild 1 stellt die Brechung grünen Lichts dar. Blaues Licht wird etwas stärker, rotes etwas schwächer gebrochen. Zeichne in Bild 1 die Auswirkungen der Dispersion auf die Richtung des parallel ausfallenden roten bzw. blauen Lichtbündels farbrichtig ein. b) Warum folgt aus Aufgabe 4a, dass der Regenbogen aus verschiedenfarbigen konzentrischen Kreisen besteht? Welche Farbe liegt außen, welche innen? 117

20 Das Sonnenspektrum 1. Versuch: Gieße in ein quaderförmiges Plastikgefäß etwas Wasser. Kippe das Gefäß zur Seite, damit das Wasser ein 90 -Prisma bildet (Bild 1). Halte das Gefäß so ins Sonnenlicht, dass eine lange Kante des Wasserprisma senkrecht zu den Sonnenstrahlen verläuft und an einer Zimmerwand das Spektrum des Sonnenlichts erscheint. a) Zeichne bei Bild 2 das Spektrum ein und schreibe die Farben richtig dazu: Blau, Blaugrün, Blauviolett, Cyan, Gelb, Gelbgrün, Gelborange, Grün, Orange, Rot, Rotorange, Violett. b) Schüttle das Gefäß, sodass sich die Wasseroberfläche (c) kräuselt. Bleibt das Spektrum erhalten? Welche Seiten (a, b, c) des Wasserprismas erzeugen also das Spektrum? 118

21 Die Lupe Die Lupe (frz. loupe, Vergrößerungsglas) ist eine Sammellinse zum Betrachten kleiner Gegenstände und Bilder. Sie ist unverzichtbares Hilfsmittel für eine Reihe von Berufen und Hobbies. Die Vergrößerung der Lupe ist zwei- bis zwanzigfach und um so stärker, je kleiner die Brennweite der Linse ist. Das zu betrachtende Objekt muss innerhalb der Brennweite der Lupe liegen. Das Bild existiert nur scheinbar, daher nennt man es virtuell. Beispiele für Benutzer von Lupen sind der Uhrmacher, der Juwelier ( lupenreine Diamanten ), der Feinmechaniker, der Philatelist (Briefmarkensammler), der Elektromeister und der Biologe. Letztere greifen natürlich häufiger zum Mikroskop. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Lupe zu gebrauchen. Will man zugleich vergrößern und normal sehen, bleibt der Kopf in Lesehaltung. Die Lupe wird so gehalten, dass das Bild ungefähr in der gleichen Entfernung zu sehen ist wie die unvergrößerten Teile des Objektes. Wer jedoch länger mit der Lupe arbeiten muss, wird sie ganz nahe an das Auge halten, und dafür sorgen, dass das Bild in größerer Entfernung mit entspanntem Auge betrachtet werden kann. 1. Lies den Text mit einer Lupe und untersuche verschiedene Abstände zwischen Auge, Lupe und Text. a) Was ändert sich, wenn nur die Lupe bewegt wird? b) Was ändert sich, wenn nur der Kopf bewegt wird? 2. Um die Feinheit von Gewebe zu bestimmen, braucht man unbedingt eine Lupe. Betrachte die Gewebebeispiele mit einer Lupe. Lege dein Geodreieck auf das Gewebe, sodass auch die Millimeterskala vergrößert wird. Bestimme die horizontale und vertikale Anzahl von Fäden pro Zentimeter und notiere sie. a) b) c) d) e) vertikal horizontal 3. Links siehst du zwei hochkarätige Diamanten. Nur einer von beiden ist lupenrein. Welche Verunreinigung hat der andere? 119