Lichtausbreitung. Material. Thema. Aufbau

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Marta Schuster
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Lichtausbreitung 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Blende 1-2 Spalte 1 Blendenrahmen 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück zusätzlich: 1 Blatt Papier (DIN A3) 1

1 Lichtausbreitung 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Blende 1-2 Spalte 1 Blendenrahmen 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück zusätzlich: 1 Blatt Papier (DIN A3) 1 Lineal Wie breitet sich Licht aus? Was versteht man unter einem Lichtstrahl? Die Breitstrahlleuchte wird zunächst mit der Öffnung für divergentes Licht (Glühlampensymbol) verwendet, die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Die Leuchte haftet magnetisch auf der platte. Unter der Leuchte wird das Blatt Papier mithilfe von Magneten oder Klebestreifen angebracht und der Umriss der Leuchte nachgezeichnet. 3

2 Experiment 1.) Je zwei Punkte an den Rändern des Lichtbereiches werden markiert. Nach Entfernung der Leuchte werden diese Punkte durch Geraden verbunden. Die Geraden werden bis zum Schnittpunkt verlängert. Was gibt dieser Punkt an? 2.) Die Leuchte wird umgedreht, sodass das Licht durch die eingebaute Glaslinse (Linsensymbol) austritt. Die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Auf die Lichtöffnung werden der Blendenrahmen und die Blende mit 1 Spalt aufgesteckt. So wird ein schmales Lichtbündel erzeugt. Zwei Punkte des Lichtbündels werden markiert und nach Entfernen der Lampe verbunden. 3.) Zwei Spiegel werden so vor der Lichtöffnung angebracht, dass ein breites paralleles Lichtbündel entsteht. Ergebnis Der helle Bereich auf dem Papier zeigt, dass sich das Licht geradlinig ausbreitet. Die Geraden schneiden sich an der Position der Lampe. Ein schmales Lichtbündel bezeichnet man als Lichtstrahl. 4

Schatten 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück zusätzlich: 1 Lineal Der Zusammenhang zwischen Schattengröße und Entfernung der

3 Schatten 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück zusätzlich: 1 Lineal Der Zusammenhang zwischen Schattengröße und Entfernung der Lichtquelle wird gezeigt. Die Breitstrahlleuchte wird mit der Öffnung für divergentes Licht (Glühlampensymbol) verwendet, die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Die Leuchte haftet magnetisch auf der platte. Als Schattenkörper wird ein Spiegel verwendet, wobei die verspiegelte Seite der Lichtquelle zugewandt ist. Er wird etwa 5 cm vor der Breitstrahlleuchte an der platte befestigt. Experiment Ergebnis Der Schattenkörper wird deutlich weiter entfernt von der Leuchte angebracht. Die Größe des Schattens in einer bestimmten Entfernung von der Lichtquelle wird verglichen (Lineal als Markierung verwenden). Der Schatten wird umso größer, je näher der Gegenstand bei der Lichtquelle ist. Hinweis Auch die Ränder eines Schattenraumes beweisen die geradlinige Lichtausbreitung. 5

Reflexion am ebenen Spiegel 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück 1 Blende, 1-2 Spalte 1 Blendenrahmen 1 Optische Scheibe Wie werden

4 Reflexion am ebenen Spiegel 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück 1 Blende, 1-2 Spalte 1 Blendenrahmen 1 Optische Scheibe Wie werden Lichtstrahlen von einem ebenen Spiegel reflektiert? Die Breitstrahlleuchte wird mit der Öffnung für paralleles Licht (Linsensymbol) verwendet, die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Auf die Lichtöffnung werden der Blendenrahmen und die Blende mit 1 Spalt aufgesteckt. Die Leuchte haftet magnetisch auf der platte. Der ebene Spiegel wird mit der optischen Scheibe auf der platte angebracht. Der Lichtstrahl soll normal auf den Spiegel auftreffen. 10

5 Experiment Ergebnis Wie wird der Lichtstrahl vom Spiegel reflektiert? Der Spiegel wird gemeinsam mit der optischen Scheibe verdreht. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen der Normalen auf den Spiegel und dem Lichtstrahl. Wie wird nun der Lichtstrahl reflektiert? Die Blende mit 1 Spalt wird entfernt. Auf den Spiegel trifft nun ein paralleles Lichtbündel. Wie wird das Lichtbündel reflektiert? Ein Lichtstrahl, der normal auf den ebenen Spiegel fällt, wird in sich selbst reflektiert. Fällt der Lichtstrahl unter einem bestimmten Winkel auf den Spiegel, dann wird er so reflektiert, dass der Winkel zwischen reflektiertem Lichtstrahl und der Normalen gleich groß wie der Einfallswinkel ist. Ein paralleles Lichtbündel wird wieder als paralleles Lichtbündel reflektiert. Beträgt der Einfallswinkel 45, so verläuft der reflektierte Lichtstrahl normal auf den einfallenden Lichtstrahl. 11

Wölbspiegel variabler Brennweite 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Spiegel, flexibel 1 Blende, 3-5 Spalte 1 Blendenrahmen zusätzlich: 1 Blatt Papier (DIN A4)

6 Wölbspiegel variabler Brennweite 1 platte 1 Breitstrahlleuchte 12 V/50 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/6 A 1 Spiegel, flexibel 1 Blende, 3-5 Spalte 1 Blendenrahmen zusätzlich: 1 Blatt Papier (DIN A4) 1 Lineal Reflexion von besonderen Lichtstrahlen am Wölbspiegel. Die Breitstrahlleuchte wird mit der Öffnung für paralleles Licht (Linsensymbol) verwendet, die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Auf die Lichtöffnung werden der Blendenrahmen und die Blende mit 5 Spalten aufgesteckt. Die Leuchte haftet magnetisch auf der platte. Unter der Leuchte wird das Blatt Papier mit Hilfe von Magneten oder Klebestreifen befestigt. Auf das Blatt Papier wird eine Gerade gezeichnet, die als optische Achse dient. Der Spiegel, flexibel, wird so eingesteckt, dass seine Krümmung maximal ist. Er wird auf der platte gegenüber der Lichtöffnung so angebracht, dass der Wölbspiegel zur Leuchte zeigt. 30

7 Experiment Ergebnis Die Breitstrahlleuchte und der Wölbspiegel werden so angebracht, dass die Gerade jeweils in der Mitte verläuft. Die Lage des Spiegels und die Lichtstrahlen werden markiert. Nach Entfernen der Breitstrahlleuchte werden die reflektierten Lichtstrahlen bis zum Schnittpunkt (Brennpunkt) verlängert. Der Abstand des Brennpunktes wird gemessen (Brennweite). Die Krümmung des Spiegels wird mehrmals verändert, indem er in den jeweils nächsten Schlitzen der Halterung befestigt wird. Der Vorgang wird jeweils wiederholt. Welcher Zusammenhang ergibt sich zwischen Krümmung und Brennweite (Abstand des Brennpunkts vom Spiegel)? Je stärker die Krümmung des Wölbspiegels ist, desto näher liegt der Brennpunkt beim Spiegel, d.h. desto kleiner ist die Brennweite. Messergebnisse Brennweite Stärkste Krümmung 3,5 cm 4 cm 5,3 cm 7,3 cm Schwächste Krümmung 12 cm 31

Additive Farbmischung 1 platte 1 Haftleuchte 12 V/20 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/2 A 1 Dreifarbenfilter, additiv 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück zusätzlich: 1 Blatt festes Papier, (DIN A4) Die

8 Additive Farbmischung 1 platte 1 Haftleuchte 12 V/20 W 1 Festspannungsnetzgerät 12 V/2 A 1 Dreifarbenfilter, additiv 1 Umlenkspiegel, Satz 3 Stück zusätzlich: 1 Blatt festes Papier, (DIN A4) Die additive Farbmischung, wie sie z.b. beim Farbfernsehen zum Einsatz kommt, wird untersucht. Die Haftleuchte wird mit der Öffnung für divergentes Licht (Glühlampensymbol) verwendet, die andere Lichtöffnung wird abgedeckt. Die Leuchte haftet magnetisch auf der platte. Auf die Haftleuchte wird das Dreifarbenfilter, additiv, aufgesetzt. Vor der Haftleuchte werden die 3 Umlenkspiegel so angebracht, dass auf jeden von ihnen nur ein Farbanteil auftrifft. Die Farbstreifen werden am besten auf einer schrägen Projektionsfläche aufgefangen. Dazu faltet man das feste Papier in der Mitte und befestigt es mithilfe der Bikonvexlinse als Distanzstück auf der platte. Mittels Klebestreifen wird die eine Kartonhälfte auf der Linse festgeklebt. Experiment Die von den Spiegeln reflektierten Lichtstrahlen haben die Grundfarben Rot, Grün und Blau. Durch Verdrehen der Spiegel kann man alle Farben überlagern und so die Mischfarben erzeugen. Ergebnis Grundfarben: Mischfarbe: Rot und Grün Blau und Grün Rot und Blau Rot, Grün und Blau Gelb Cyan Purpur Weiß 69

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