Didaktische FWU-DVD. Optik Licht und seine Eigenschaften

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Optik Licht und seine Eigenschaften

2 Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. zurück führt zum jeweils übergeordneten Menü. Über Info ein / Info aus können Zusatzinformationen ein-/ausgeblendet werden. Mit den Buttons > und < können Sie zwischen Bildern/Grafiken vor-/zurückblättern. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler können das Aussehen von Gegenständen mit dem Verhalten von Licht an ihren Oberflächen (Reflexion, Absorption) erläutern; erklären Schattenbildung, Mondphasen und Finsternisse sowie Spiegelungen mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts; beschreiben Strahlengänge bei Abbildungen mit ebenen und gekrümmten Spiegeln und unterscheiden zwischen reellen und virtuellen Bildern; erläutern an Beispielen qualitativ, wie Licht an Grenzflächen durchsichtiger Medien gebrochen bzw. totalreflektiert oder in Spektralfarben zerlegt wird; können das Strahlenmodell des Lichts als vereinfachte Darstellung der Realität deuten; formulieren eine Regel für die Beziehungen zwischen Einfallswinkel und Reflexionswinkel von Licht an Oberflächen. 2

3 Zum Inhalt Licht und seine Eigenschaften (Film 19 min) Um etwas sehen zu können, brauchen wir Licht. Licht wird von Lichtquellen abgestrahlt. Doch wie breitet sich Licht von diesen Lichtquellen aus? Was ist Reflexion, was Absorption und was bedeutet Streuung? Wie entsteht ein Spiegelbild, wie ein Schatten? Und wieso ist der Himmel am Tag blau und am Abend rot? All diesen Fragen und mehr wird in diesem Film nachgegangen. Es wird gezeigt, dass Licht ganz bestimmten Gesetzmäßigkeiten folgt. Es werden das Strahlenmodell und das Reflexionsgesetz ebenso anschaulich erläutert wie die Entstehung von Finsternissen und Spiegelbildern und dass weißes Licht aus mehreren Farben zusammengesetzt ist. Menü Lichtausbreitung und Schatten Licht und seine Ausbreitung (Filmsequenz 2:50 min) Körper, die Licht erzeugen, nennt man Lichtquellen. Die meisten Körper allerdings erzeugen selbst kein Licht sie reflektieren es. Dadurch können wir 3

4 die Körper sehen. Licht breitet sich vereinfacht betrachtet von seiner Lichtquelle in einzelnen, geradlinigen Strahlen aus. Im Vakuum erreicht es dabei eine Geschwindigkeit von rund m/s. Licht und Schatten (Filmsequenz 1:20 min) Licht kann nicht alles durchdringen. Wird eine Lichtquelle von einem undurchsichtigen Körper verdeckt, entsteht ein Schatten. Die Lichtstrahlen, die gerade noch an einem Hindernis vorbeigehen, bezeichnet man als Randstrahlen. Strahlen zwei punktförmige Lichtquellen auf ein Objekt, entsteht ein Schatten mit unterschiedlichen Helligkeiten. In den dunkleren Bereich gelangt gar kein Licht. Das ist der Kernschatten. Die helleren Bereiche werden nur vom Licht von einer Lichtquelle erreicht. Das ist der Halbschatten. Sonnen- und Mondfinsternisse (Filmsequenz 2:20 min) Zwei besonders eindrucksvolle Phänomene am Nachthimmel kommen durch Schatten zustande: Mond- und Sonnenfinsternisse. Mondfinsternisse entstehen nur bei Vollmond und nur, wenn sich die Erde genau zwischen Erde und Sonne schiebt. Der Schatten der Erde bedeckt dann den Mond. Bei Sonnenfinsternissen steht der Mond zwischen Sonne und Erde und wirft seinen Schatten auf die Erdoberfläche. 4

5 Kernschatten und Halbschatten (Grafik) Mit dieser Grafik lassen sich Kern- und Halbschatten, wie sie bei zwei punktförmigen Lichtquellen entstehen, erarbeiten. Über den Info-Button erscheint die Beschriftung der jeweiligen Schatten. Sonnenfinsternis (Bild /Grafik) Das Bild zeigt eine totale Sonnenfinsternis mit Korona. So wird ein phänomenologischer Zugang zum Thema Sonnenfinsternis ermöglicht. Mit der Grafik lässt sich ihre Entstehung erarbeiten. Über den Info-Button erscheint ein erklärender Text. Mondfinsternis (Bild /Grafik) Das Bild zeigt den Beginn einer totalen Mondfinsternis. So ist ein phänomenologischer Einstieg zum Thema Mondfinsternis möglich. Mit der Grafik lässt sich ihre Entstehung erarbeiten. Über den Info-Button erscheint ein erklärender Text. Menü Reflexion, Brechung, Farben Absorption, Streuung und Reflexion (Filmsequenz 1:50 min) Die meisten Körper sind keine Lichtquellen, sondern sie reflektieren nur einen Teil von dem Licht, das auf sie fällt. Der Rest des Lichts wird von dem Körper aufgenommen absorbiert. Der Körper wird dadurch erwärmt. Unebenheiten auf der Oberfläche des Körpers lenken das Licht in alle Richtungen ab. Das Licht wird gestreut. Reflexion am ebenen Spiegel (Filmsequenz 1:50 min) Spiegel sind Körper mit einer glatten Oberfläche, die Licht fast vollständig reflektieren. Sie werden zur Umlenkung des Lichts und zur Erzeugung von Bildern eingesetzt. Dabei gilt das Reflexionsgesetz. In dieser Sequenz wird die Konstruktion des Strahlenverlaufs bei einem ebenen Spiegel und die Entstehung eines Spiegelbildes gezeigt. 5

6 Reflexion an gekrümmten Spiegeln (Filmsequenz 1:30 min) An gekrümmten Spiegeln (Hohlspiegeln und Wölbspiegeln) werden Lichtstrahlen in sehr unterschiedliche Richtungen reflektiert. In dieser Sequenz werden Erkenntnisse über einige einfach zu beschreibende Strahlen mithilfe einer Animation entwickelt. In der geometrischen Konstruktion spricht man von Parallelstrahlen und Brennpunktstrahlen. Anwendungsbeispiele gekrümmter Spiegel werden in dieser Filmsequenz in zahlreichen Alltagssituationen dargestellt. Die Brechung von Licht (Filmsequenz 3:00 min) Fällt Licht schräg auf die Grenzfläche zwischen zwei durchsichtige Medien, tritt an der Übergangsstelle eine Richtungsänderung des Lichtes auf. Der an der Grenzfläche zu beobachtende Knick hat zur Bezeichnung Lichtbrechung geführt. Verläuft Licht von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium, tritt ab einem bestimmten Einfallswinkel Totalreflexion auf. Es gilt dann nur noch das Reflexionsgesetz, da ein Übergang in das optisch dünnere Medium gar nicht mehr stattfindet. Farben (Filmsequenz 4:20 min) Wie kommt ein Regenbogen zustande? Dieser Frage wird hier nachgegangen. Dabei wird aufgezeigt, dass weißes Licht durch ein Prisma in sein ganzes Farbspektrum aufgeteilt werden kann. Dies geschieht auch in einem Wassertropfen. So kann ein Regenbogen entstehen. Die unterschiedliche Brechung der einzelnen Farben des Lichtes ist auch für das Blau des Himmels am Tag und den roten Sonnenuntergang verantwortlich. Gegenstandspunkt und Bildpunkt (Grafik) Mit dieser Grafik kann die Konstruktion des Bildpunktes eines Gegenstandspunktes an einem Spiegel erarbeitet werden. Über den Info-Button erscheint ein erläuternder Text. Reflexion (Grafik) Mit dieser Grafik kann das Reflexionsgesetz erarbeitet werden. Über den Info- Button erscheint ein erläuternder Text. Lichtbrechung bei optisch unterschiedlichen Stoffen (2 Grafiken) In der ersten Grafik wird der Übergang von Licht von einem optisch dünneren Medium in ein optisch dichteres Medium thematisiert; in der zweiten Grafik wird 6

7 der umgekehrte Fall gezeigt. Über den Info-Button erscheint jeweils ein erläuternder Text. Lichtbrechung im Regentropfen (Grafik) Die Lichtbrechung und die Aufspaltung weißen Lichtes in seine Spektralfarben durch einen Wassertropfen können mit dieser Grafik erarbeitet werden. Über den Info-Button erscheint ein erläuternder Text. Interaktionen Regenbogen Die meisten Körper sind keine Lichtquellen, sondern sie reflektieren nur einen Teil von dem Licht, das auf sie fällt. Der Rest des Lichts wird von dem Körper aufgenommen absorbiert. Der Körper wird dadurch erwärmt. Unebenheiten auf der Oberfläche des Körpers lenken das Licht in alle Richtungen ab. Das Licht wird gestreut. Brechung durch Linsen In der Interaktion Brechung durch Linsen können Schülerinnen und Schüler den Strahlenverlauf und die Bildentstehung durch konvexe und konkave Linsen untersuchen. Dabei ist ein stufenloser Übergang von der einen in die andere Linsenform möglich. Es entsteht ein Verständnis für das Verhalten von Lichtstrahlen bei unterschiedlich gewölbten Linsen. Ein Transfer von diesen Linsen formen auf Wölb- und Hohlspiegel ist gleichfalls möglich. 7

8 Verwendung im Unterricht Das Thema Licht und seine Eigenschaften ist in den Lehrplänen aller Schulformen meist für die Klassenstufen 7/8 vorgesehen. Die KMK-Bildungsstandards für das Fach Physik weisen die Thematik im Rahmen der Basiskonzepte Wechselwirkung (Absorption, Reflexion, Brechung, Farben), System (Lichtquellen, Lichtempfänger, Schattenbildung) und Struktur der Materie (Licht brechende und Licht reflektierende Stoffe) aus. Die Probleme in der Optik lassen sich gut anhand der Alltagsvorstellungen der Schülerinnen und Schüler vom Sehvorgang beschreiben: Man muss die Augen öffnen und es muss hell sein. Denn nur dann kann man den Gegenstand sehen. Später kommen ergänzende Vorstellungen hinzu: Lampen werden zu Lichtquellen und Licht tritt aus Lichtquellen geradlinig aus. Die Absorption eines Teils der Strahlung und die Reflexion des Restlichtes ergänzen das Modell. Der Film und die auf der DVD enthaltenen Zusatzmaterialien erklären das Licht und seine Eigenschaften mit Hilfe einer Vielzahl von anschaulichen Beispielen und verdeutlichen die Relevanz der Physik im Alltag. Folgende Themenschwerpunkte werden behandelt: Lichtquellen Ausbreitung von Licht Licht und Schatten Absorption Reflexion Streuung Spektralfarben Himmelsblau und Abendrot Regenbogen Finsternisse Reelle und virtuelle Bilder Ebene und gekrümmte Spiegel Strahlenmodell Die Produktion bietet eine Vielzahl an unterschiedlichen Medien (Film, Sequenzen, Grafiken), die in verschiedenen Unterrichtseinheiten eingesetzt werden können. Es ist hilfreich, sich zunächst die Programmstruktur zur Hand zu nehmen, die einen Überblick über die vorhandenen Medien gibt. Ergänzend werden zahlreiche Arbeitsblätter und zwei Interaktionen angeboten, die eine Erarbeitung und Vertiefung der Lerninhalte fördern. Der Text Verwendung im Unterricht gibt Hinweise zum Unterrichtseinsatz sowie detaillierte Beschreibungen der vorhandenen Materialien. 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial stehen Ihnen im ROM-Teil Hinweise zur Verwendung im Unterricht, Grafiken, zwei Interaktionen, Arbeitsblätter (mit Lösungen) und ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können ausgedruckt werden. Die PDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer ausgefüllt, abgespeichert und ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter (mit Lösungen und als PDFs zum Ausfüllen) Interaktionen Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Materialien Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht 1) Licht und seine Ausbreitung 2) Licht und Schatten 3) Sonnen- und Mondfinsternis 4) Absorption und Reflexion 5) Reflexion am ebenen Spiegel 6) Reflexion am gekrümmten Spiegel 7) Die Brechung von Licht 8) Die Farben des Regenbogens 9) Kreuzworträtsel Licht und seine Eigenschaften Regenbogen Brechung durch Linsen Lichtbrechung im Regentropfen Mondfinsternis Sonnenfinsternis Filmkommentar als PDF-Dokument ausführliches Begleitheft Didaktische FWU-DVD Web-DVD (Online-Fassung der Produktion) Info zu ergänzenden Medien kommentierte Linksammlung zum Thema 9

10 Programmstruktur Untermenüs Hauptmenü Lichtausbreitung und Schatten Licht und seine Eigenschaften Optik Licht und seine Eigenschaften Film 19 min Lichtausbreitung und Schatten Sequenzen / Grafiken / Bilder Reflexion, Brechung, Farben Sequenzen / Grafiken Licht und seine Ausbreitung Licht und Schatten Sonnen- und Mondfinsternisse Kernschatten und Halbschatten Sonnenfinsternis Mondfinsternis 2:50 min 1:20 min 2:20 min Grafik Bild/Grafik Bild/Grafik Reflexion, Brechung, Farben Arbeitsmaterial Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter (mit Lösungen) Interaktionen Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Absorption, Streuung und Reflexion Reflexion am ebenen Spiegel Reflexion an gekrümmten Spiegeln Die Brechung von Licht Farben Gegenstandspunkt und Bildpunkt Reflexion Lichtbrechung bei optisch unterschiedlichen Stoffen Lichtbrechung im Regentropfen 1:50 min 1:50 min 1:30 min 3:00 min 4:20 min Grafik Grafik 2 Grafiken Grafik 10

11 Produktionsangaben Optik Licht und seine Eigenschaften Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2012 Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design msm-studios GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2012 Bildnachweis Cover: fotolia Jeff Daniels Wikimedia Commons KES47 Grafiken aus der Wikimedia können nach der jeweils angegebenen Lizenz genutzt werden. Arbeitsmaterial Roland Bergmann Dr. Maike Schuchmann Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Regie und ausführende Produktion Sven Falge Markus Matschke Schnitt und Animation Andreas Isking Sounddesign und Mischung Tobias von Brockdorff / Tonschieber Sprecher Fabian Gröver Fachberatung Roland Bergmann Redaktion Dr. Maike Schuchmann Vielen Dank an Ursula Falge Roland Falge Space Telescope Science Institute NASA Pädagogische Referentin im FWU Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zum Film Licht und seine Eigenschaften Produktion Schwabenfilm im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2012 mit Sven Falge Drehbuch und Kamera Markus Matschke Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2012 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Optik Licht und seine Eigenschaften Licht ist überall. Erst durch Licht können wir Dinge sehen, und erst mit Licht können wir uns in einem Spiegel erkennen. Aber was ist eigentlich Licht? Wie breitet es sich aus? Was sind seine Eigenschaften, welchen Gesetzen folgt es? Und wie entsteht ein Regenbogen? Die FWU- Produktion gibt eine Einführung in das Thema Licht und zeigt darüber hinaus unterhaltsame Anwendungs- und Alltagsbeispiele. Zusätzlich stehen im ROM-Teil Arbeitsblätter, zwei Interaktionen, didaktische Hinweise und weitere er gänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2012 Laufzeit: 19 min Sequenzen: 8 Interaktionen: 2 Grafiken: 8 Bilder: 2 Sprache: DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Adressaten: Deutsch Unterrichtsmaterialien 9 (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 7-10) Schlagwörter: Abendrot, Absorption, Ausbreitung, Ausfallswinkel, Bildpunkt, Brechung, Einfallswinkel, Gegenstandspunkt, Halbschatten, Himmelsblau, Hohlspiegel, Kernschatten, Licht, Lichtquelle, Mondfinsternis, Prisma, Regenbogen, Reflexion, Reflexionsgesetz, Schatten, Spektralfarben, Spiegel, Sonne, Sonnenfinsternis, Strahlen, Strahlenmodell, Streuung, virtuelles Bild, Wölbspiegel Systematik: Physik Optik Geometrische Optik Farbenlehre FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVD- Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de