Physikdidaktik Aufgabe 2 Leena Nawroth

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1 Physikdidaktik Aufgabe 2 Leena Nawroth Folgende Aufgabe dient als Einführung in die Thematik Optik. Die SuS sollen sich mit der Aufgabe während einer Physik(dppel)stunde in zweier Gruppen beschäftigten. Die Lehrkraft steht moderierend zu Seite. In den anschließenden Stunden, werden die Begriffe sowie Zusammenhänge erneut aufgegriffen und vertieft. 1. Macht euch zunächst mit folgendem Applet und seinen Funktionen vertraut. Füllt folgende Tabelle aus und vollendet die Sätze. Nutzt dafür das Applet sowie dessen Beschreibung. Art der Strahlen Verlauf nach Linsendurchgang Mittelpunktstrahl a) Der Abstand zwischen Brennpunkt und Linse heißt. b) Die Bildweite b ist der. c) Die bezeichnet den Abstand zwischen dem Gegenstand und der Linse. d) Die Größe des Gegenstandes bezeichnet die. e) Die Bildgröße B ist die. 2.Führt in dem Applet folgende Einstellungen für einzelne Strahlen durch: Brennweite 10 cm, Gegenstandsweite 50 cm, Gegenstandsgröße 10 cm. Skizziert diese Situation. Beschriftet eure Skizze mit den in 1. verwendeten Begriffen wie Mittelpunktstrahl, Parallelstrahl, Brennpunktstrahl, Brennweite, Gegenstandsweite, Gegenstandsgröße, Bildweite und Bildgröße. Überprüft mit Hilfe der Funktion Hervorheben im Applet eure Beschriftungen. 3. Behaltet die Einstellungen aus 2. bei und überprüft mit Hilfe des Applets wie sich die Größen Bildweite und Bildgröße verändern, wenn ihr die Gegenstandsweite ausgehend von 30 cm in 5 cm Schritten bis hin zu 80 cm vergrößert. Notiert diese Werte für die Bildweite und die Bildgröße in Abhängigkeit von der Gegenstandsweite in einer Tabelle. Welche Tendenz erkennt ihr für die Bildweite und die Bildgröße? Formuliert dies in jeweils einem Satz. Um welche Art des Bildes handelt es sich hier? Beantwortet dies zunächst mit Hilfe des Applets in einem Satz. Recherchiert nun in Einzelarbeit im Internet was es heißt, dass ein Bild reell oder virtuell ist. Wann tritt welcher Fall ein? Notiert eure Ergebnisse in eigenen Worten und mit maximal 5 Sätzen. Setzt euch dann wieder mit eurem Partner zusammen um eure jeweiligen Ergebnisse zu besprechen. Findet nun gemeinsam in der Simulation ein Beispiel für die Erzeugung eines virtuellen, aufrecht stehenden und vergrößerten Bildes. Skizziert diese Situation.

2 4. Als Linsengleichung wird folgender Zusammenhang in der Optik beschrieben: 1/f=1/b+1/g. Damit ist es möglich auch ohne Simluation zunächst nur die Größen f ( Brennweite), b ( Bildweite) und g (Gegenstandsweite) zu bestimmen. Errechnet die Lücken in der folgenden Tabelle und füllt diese somit aus. Brennweite f 20 cm Bildweite b 40 cm Gegenstandsweite g 5 m 80 cm 6. Nun habt ihr euch eine ganze Weile mit der Bilderzeugung durch Linsen beschäftigt. Ein euch sehr bekanntes Organ, das menschliche Auge, ist nichts anderes als ein solches Linsensystem. Lest den folgenden Text und bearbeitet dann die Aufgaben. In deinem Auge entwirft ein Linsensystem ein reelles Bild der betrachteten Dinge. Wie bei jeder Linsenabbildung hängt auch im Auge die Bildweite von der Gegenstandsweite ab. Rückt ein Gegenstand näher heran, vergrößert sich die Bildweite. Damit das Bild scharf bleibt, wird die Brennweite vom Auge verändert. Dies geschieht durch die Augenlinse. Sie besteht aus einem elastischen Stoff und ihre flache linsenförmige Gestalt wird durch einen Muskel, den Ziliarmuskel, bestimmt. Zieht dieser sich zusammen, krümmt sich die Linse stärker. Auf diese Weise wird die Brennweite zwischen etwa 19 mm und 23 mm verändert und die Bildweite stets so angepasst, dass das Bild was wir sehen scharf ist. Das erfolgt alles ganz automatisch. Ist unser Ziliarmuskel entspannt, liegt der Brennpunkt eines Auges auf der Netzhaut. Weit entfernte Dinge werden dann scharf abgebildet. Man sagt: Der Fernpunkt (das ist der am weitesten entfernte Punkt, auf den das Auge noch scharf einstellen kann), liegt bei normalen Augen im Unendlichen. Der Nahpunkt liegt ungefähr bei cm. Beim Nahpunkt ist die Grenze des scharf Einstellens erreicht, er rückt mit zunehmendem Alter des Menschen weiter vom Auge weg. Die Abbildung vom Auge soll dazu dienen, die im Text genannten Begriffe zu veranschaulichen. Quelle: Schreibt zunächst die Begriffe raus, die ihr nicht versteht. Versucht diese mit

3 eurem Partner unter Einbezug der Simulation oder des Internets zu klären. Lest den Text dann noch einmal. Findet den Nahpunkt eurer Augen! Führt den Aufgabenzettel so dicht an das Auge heran, bis ihr die Schrift nicht mehr scharf seht! Misst diesen Abstand mit einem Lineal. Notiert diesen Wert. Liegt der Wert in dem Bereich der im Text für den Nahpunkt angegeben ist? 6. Dein Sitznachbar war krank und konnte die heutige Stunde nicht besuchen. Schreibe ihm eine in der du alles wichtige dieser Stunde zusammenfasst. Beachte, dass du verständlich schreibst und Skizzen verwendest.

4 Musterlösung 1. Ziel ist es das die SuS zunächst die Begrifflichkeiten verinnerlichen und verstehen. Parallelstrahl Geht über in Brennpunktstrahl Mittelpunktstrahl Brennpunktstrahl Bleibt unverändert, geht durch Mittelpunkt der Linse Durch linken Brennpunkt, wird zu Parallelstrahl a) Der Abstand zwischen Brennpunkt und Linse heißt Brennweite f. b) Die Bildweite b ist der Abstand zwischen Bild und Linse c) Die Gegenstandsweite g bezeichnet den Abstand zwischen dem Gegenstand und der Linse. d) Die Größe des Gegenstandes bezeichnet die Gegenstandsgröße G. e) Die Bildgröße B ist die Größe des Bildes Gegenstandsweite Bildweite Bildgröße 30 cm 15 cm 5 cm cm 4 cm 40 13,3 cm 3,3 cm 45 12,9 cm 2,9 cm 50 12,5 cm 2,5 cm 55 12,2 cm 2,2 cm 60 12,0 cm 2,0 cm 65 11,8 cm 1,8 cm 70 11,7 cm 1,7 cm 75 11,5 cm 1,5 cm

5 80 cm 11,4 cm 1,4 cm Tendenz: Sowohl Bildweite als auch Bildgröße nehmen mit zunehmender Gegenstandsweite ab. Es handelt sich um ein reelles Bild. Reelles Bild: optisches Abbild des Gegenstandes, welches auf Schirm hinter Linse sichtbar ist. Größe und Helligkeit ist abhängig von Verhältnis von Brennweite und Gegenstandsweite Virtuelles Bild: kann nicht abgebildet werden, entsteht, wenn sich das abzubildene Objekt zwischen Linse und Brennpunkt befindet. Bsp: 4. Brennweite f 20 cm 26,67 cm Bildweite b 20,833 cm 40 cm Gegenstandsweite g 5 m 80 cm 5. Antworten variieren. Der Wert für den eigenen Nahpunkt sollte erwähnt sein sowie ob sich dieser in den angegebenem Bereich befindet oder nicht. 6. sollte folgende Aspekte beinhalten: Beschreibung des Applets sowie den zugehörigen Link Was sind Mittelstrahl, Parallelstrahl und Brennpunktstrahl sowie Gegenstansweite, Gegenstandsgröße, Bildweite und Bildgröße, Brennweite. Erläuterung an Skizze Tendenz die erkannt werden konnte in Bezug auf die Bildweite und Bildgröße abhängig von der Gegenstandsweite, wie wurde diese Tendenz erkannt? Was ist ein reelles und was ein virtuelles Bild, Skizze für den virtuellen Fall Bezug zum menschlichen Auge nehmen, dass dieses ebenfalls Linsensystem ist und kurz wichtiges aus dem Text nennen, sowie den Nahpunktversuch erläutern.

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