reflektierter Lichtstrahl

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1 KLASSE: DATUM: NAMEN: I. GRUNDLAGEN Wenn ein Lichtstrahl von Luft in ein transparentes Material übergeht (z. B Glas, Plexiglas, Wasser), so stellt man fest, dass der Strahl an der Grenzfläche zwischen Luft und diesem Material seine Ausbreitungsrichtung ändert. Man spricht in diesem Fall von der Brechung des Lichts. Reflexion und Brechung treten gleichzeitig auf, wenn der Lichtstrahl auf ein transparentes Medium auftrifft. Um die Brechung des Lichts zu beschreiben werden die folgenden Größen benutzt: einfallender Lichtstrahl Luft Grenzfläche α Lot α' reflektierter Lichtstrahl Das Lot ist eine gedachte Linie, die senkrecht zur Grenzfläche steht. Es schneidet die Grenzfläche in dem Punkt, wo der Lichtstrahl auf diese auftrifft. Der einfallende Lichtstrahl ist der Strahl, der auf die Grenzfläche auftrifft. Der reflektierte Lichtstrahl ist der Strahl, der von der Grenzfläche zurückgeworfen wird. transparenter Stoff β gebrochener Lichtstrahl Beim Durchgang durch die Grenzfläche ändert der einfallende Lichtstrahl seine Ausbreitungsrichtung. Der resultierende Strahl heißt gebrochener Lichtstrahl. Der Einfallswinkel α ist der Winkel zwischen dem Lot und dem einfallenden Lichtstrahl. Der Reflexionswinkel α ist der Winkel zwischen dem Lot und dem reflektierten Lichtstrahl. Der Brechungswinkel β ist der Winkel zwischen dem Lot und dem gebrochenen Lichtstrahl. Für die Brechung soll ein Gesetz hergeleitet werden, welches das Phänomen beschreibt. P. Rendulić

2 II. BRECHUNG VON LICHT ÜBERGANG LUFT GLAS (oder WASSER) 1. Materialbedarf: Lichtbox 12 V / 20 W mit Kondensorlinse und Spaltblende, Halbkreiskörper aus Plexiglas, hohler Halbkreiskörper, Lineal, Winkelmesser. 2. Versuchsaufbau: Suche im Anhang das Arbeitsblatt Brechung von Licht (Plexiglas) und lege es vor dich auf den Tisch! Schließe die Lichtbox an der Spannungsquelle an! Stelle den Halbkreiskörper aus Plexiglas wie angegeben auf das Arbeitsblatt! Die weiße Seite soll nach unten gerichtet sein! ACHTUNG: es ist wichtig, dass der Halbkreiskörper bei den Versuchen nicht verrutscht! 3. Versuchsdurchführung: Stelle die Lichtbox so auf den Tisch, dass der aus ihr austretende Lichtstrahl mit der Linie (h) übereinstimmt! Benutze ein Lineal und einen Bleistift, um den gesamten Verlauf des Lichtstrahls auf dem Arbeitsblatt einzuzeichnen! Achte darauf, dass der Strahl beim Verlassen des Plexiglaskörpers nicht abknickt! Wiederhole den Versuch für die Linien (g) bis (a)! Wiederhole den Versuch jetzt auf dem Arbeitsblatt Brechung von Licht (Wasser)! Ersetze dazu auch den Halbkreiskörper aus Plexiglas durch den hohlen, mit destilliertem Wasser gefüllten, Halbkreiskörper! Achte darauf, sauber zu arbeiten, ohne Wasser zu verschütten! Trenne die Lichtbox von der Spannungsquelle! P. Rendulić

3 4. Versuchsauswertung: Kennzeichne die Grenzfläche und das Lot auf den Figuren der beiden Arbeitsblätter! Benutze ein Zeichendreieck und miss für die Fälle (a) bis (h) jeweils den Einfallswinkel und den Brechungswinkel des Lichtstrahls (für den Fall Plexiglas und den Fall Wasser sind die Einfallswinkel in Luft gleich)! Trage die Messwerte in die folgende Tabelle ein: Fall Einfallswinkel Brechungswinkel Brechungswinkel in Luft (in ) in Plexiglas (in ) in Wasser (in ) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Vergleiche für jeden Fall den Einfallswinkel mit dem Brechungswinkel! Von welchen Größen hängt die Stärke der Brechung ab? P. Rendulić

4 Beschreibe, wie ein Lichtstrahl, der schräg von Luft auf Plexiglas auftrifft, gebrochen wird! Tipp: beschreibe seinen Verlauf in Bezug zum Lot! Wie wird ein Strahl, der senkrecht auf die Grenzfläche auftrifft gebrochen? Stelle für die Übergange Luft Plexiglas und Luft Wasser den Brechungswinkel β als Funktion des Einfallswinkels α graphisch dar (auf der gleichen Graphik)! P. Rendulić

5 Gibt es eine Proportionalität zwischen dem Einfallswinkel und dem Brechungswinkel? Erkläre! Gibt es für gewisse Einfallswinkel eine Proportionalität zwischen dem Einfallswinkel und dem Brechungswinkel? Erkläre! Bestimme den Brechungswinkel in Plexiglas und in Wasser für einen Einfallswinkel in Luft von 70! P. Rendulić

6 III. TOTALREFLEXION ÜBERGANG GLAS LUFT 1. Materialbedarf: Lichtbox 12 V / 20 W mit Kondensorlinse und Spaltblende, Halbkreiskörper aus Plexiglas, hohler Halbkreiskörper, Lineal, Winkelmesser. 2. Versuchsaufbau: Suche im Anhang das Arbeitsblatt Totalreflexion von Licht und lege es vor dich auf den Tisch! Schließe die Lichtbox an der Spannungsquelle an! Stelle den Halbkreiskörper aus Plexiglas wie angegeben auf das Arbeitsblatt! Die weiße Seite soll nach unten gerichtet sein! ACHTUNG: es ist wichtig, dass der Halbkreiskörper bei den Versuchen nicht verrutscht! 3. Versuchsdurchführung: Stelle die Lichtbox so auf den Tisch, dass der aus ihr austretende Lichtstrahl mit der Linie (h) übereinstimmt! Benutze ein Lineal und einen Bleistift, um den gesamten Verlauf des Lichtstrahls auf dem Arbeitsblatt einzuzeichnen! Wiederhole den Versuch für die Linien (g) bis (a)! Trenne die Lichtbox von der Spannungsquelle! 4. Versuchsauswertung: Kennzeichne die Grenzfläche und das Lot auf dem Arbeitsblatt! Benutze ein Zeichendreieck und miss für die Fälle (a) bis (h) jeweils den Einfallswinkel und den Brechungswinkel des Lichtstrahls! Trage die Messwerte in die folgende Tabelle ein: Fall (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Einfallswinkel in Glas (in ) Brechungswinkel in Luft (in ) P. Rendulić

7 Konnte jeder Strahl, der auf die Grenzfläche zwischen Glas und Luft auftrifft, den Halbkörper aus Plexiglas auch wieder verlassen? Beschreibe! Wenn der Einfallswinkel im Glas zu groß wird, kann der Lichtrahl das Glas nicht mehr verlassen um in die Luft überzugehen. In diesem Fall wird der Strahl von der Grenzfläche totalreflektiert. Bestimme den Einfallswinkel, ab welchem die Totalreflexion auftritt! Beschreibe! P. Rendulić

8 KLASSE: NAMEN: IV. ARBEITSBLATT - BRECHUNG VON LICHT (PLEXIGLAS) (h) (f) (g) (e) (d) (c) (b) (a) P. Rendulić

9 KLASSE: NAMEN: V. ARBEITSBLATT - BRECHUNG VON LICHT (WASSER) (h) (f) (g) (e) (d) (c) (b) (a) P. Rendulić

10 KLASSE: NAMEN: VI. ARBEITSBLATT - TOTALREFLEXION (h) (f) (g) (e) (d) (c) (b) (a) P. Rendulić

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