I. GRUNDLAGEN Man kann die Ausbreitung von Licht durch Lichtstrahlen modellhaft beschreiben. Dabei gilt: Licht breitet sich geradlinig aus.

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1 KLASSE: DATUM: NAMEN: I. GRUNDLAGEN Man kann die Ausbreitung von Licht durch Lichtstrahlen modellhaft beschreiben. Dabei gilt: Licht breitet sich geradlinig aus. Wenn ein Lichtstrahl auf eine glatte oder polierte Oberfläche trifft (z. B. Wasseroberfläche, Glasscheibe, Metalloberfläche), so wird er von dieser reflektiert. Darunter versteht man, dass der Lichtstrahl von der Oberfläche zurückgeworfen wird und dabei seine Ausbreitungsrichtung ändert. Man spricht von der Reflexion des Lichts. 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. Wenn der Lichtstrahl auf eine polierte lichtundurchlässige Fläche auftrifft, so kann nur die Reflexion beobachtet werden. Um die Reflexion und 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. P. Rendulić

2 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 Reflexion und die Brechung soll ein Gesetz hergeleitet werden, welches das jeweilige Phänomen beschreibt. II. REFLEXION VON LICHT AM PLANSPIEGEL 1. Materialbedarf Lichtbox 12 V / 20 W mit Kondensorlinse und Spaltblende, Kombispiegelmodell, Lineal, Winkelmesser. 2. Versuchsaufbau: Suche im Anhang das Arbeitsblatt Reflexion von Licht am Planspiegel und lege es vor dich auf den Tisch! Das Arbeitsblatt kann bei Bedarf mit Klebeband am Tisch befestigt werden. Schließe die Lichtbox an der Spannungsquelle an (die richtige Spannung von 12 V liegt an den 2 schwarzen Buchsen der Energiezelle an)! Stelle das Kombispiegelmodell wie angegeben auf das Arbeitsblatt! ACHTUNG: es ist wichtig, dass der Spiegel bei den Versuchen nicht verrutscht! 3. Versuchsdurchführung: Stelle die Lichtbox so auf den Tisch, dass der aus ihr austretende Lichtstrahl mit der Linie (a) übereinstimmt. Benutze ein Lineal und einen Bleistift, um den gesamten Verlauf des Lichtstrahls auf dem Arbeitsblatt einzuzeichnen. Wiederhole den Versuch für die Linien (b) bis (h). Trenne die Lichtbox von der Spannungsquelle P. Rendulić

3 4. Versuchsauswertung: Kennzeichne die Spiegelebene und das Lot auf der Figur des Arbeitsblatts! Benutze ein Zeichendreieck und miss für die Fälle (a) bis (h) jeweils den Einfallswinkel und den Reflexionswinkel des Lichtstrahls! Trage die Messwerte in die folgende Tabelle ein: Fall Einfallswinkel (in ) Reflexionswinkel (in ) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Vergleiche für jeden Fall den Einfallswinkel mit dem Reflexionswinkel und formuliere das Reflexionsgesetz! Wie wird ein Strahl, der senkrecht auf den Spiegel auftrifft reflektiert? P. Rendulić

4 III. BRECHUNG VON LICHT 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! Wiederhole den Versuch für die Linien (i) bis (b)! 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

5 4. Versuchsauswertung: Kennzeichne die Grenzfläche und das Lot auf den Figuren der beiden letzten 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

6 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)! 50 β ( ) α ( ) P. Rendulić

7 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

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

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

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