Abbildung durch eine Lochblende

Transkript

1 Abbildung durch eine Lochblende Stand: Jahrgangsstufen 7 Fach/Fächer Benötigtes Material Natur und Technik/ Schwerpunkt Physik Projektor mit F, für jeden Schüler eine Lochblende und einen Transparentschirm Kompetenzerwartungen Die Schülerinnen und Schüler erklären auf der Grundlage eines einfachen Modells zur Lichtausbreitung die Entstehung verschiedener Schattenbereiche sowie die Entstehung virtueller und reeller Bilder. Sie veranschaulichen ihre Erklärungen mithilfe selbst angefertigter Zeichnungen. Seite 1 von 5

2 Aufgabe Mit einem Projektor wird ein helles Bild, z. B. ein F, an die Wand projiziert. Die Schüler erhalten jeweils eine Lochblende mit Löchern von 1 mm, 1,5 mm, 2 mm und 2,5 mm Durchmesser und einen Transparentschirm. a) Bilde das Bild an der Wand mit der Lochblende auf den Schirm ab. b) Der Buchstabe auf deinem Schirm unterscheidet sich von dem an der Wand. Fertige eine räumliche Zeichnung der Abbildung mithilfe der Vorlage an. Bedenke, dass jeder einzelne Punkt des Buchstabens an der Wand durch die Lochblende abgebildet werden muss. Verwende das Strahlenmodell für Licht und markante Punkte des Buchstabens. Seite 2 von 5

3 Bild Lochblende Schirm c) Finde durch Probieren heraus, wie du die Größe des abgebildeten Bilds auf deinem Schirm variieren kannst. Schreibe deine Erkenntnis auf. d) Führe den Versuch mit verschieden großen Lochblenden durch. Beobachte, welche Auswirkungen verschiedene Lochgrößen auf das auf dem Schirm sichtbare Bild haben. Schreibe deine Beobachtungen auf. Seite 3 von 5

4 Hinweise zum Unterricht Als abzubildender Gegenstand bietet sich z. B. der Buchstabe F an, da er nicht invariant gegen Spiegelung ist. Bei lichtstarker Projektion, z. B. mit einem Overheadprojektor oder Beamer, lässt sich das Experiment von jeder Schülerin/jedem Schüler von ihrem/seinem Sitzplatz aus durchführen. Die Lochblenden lassen sich leicht aus Tonpapier mit Bohrungen von beispielsweise 1 mm, 1,5 mm, 2 mm und 2,5 mm (was eine zusätzliche Variationsmöglichkeit darstellt), die Transparentschirme aus Laminierfolien mit eingelegtem Butterbrotpapier herstellen. In obiger Abbildung hält ein Schüler gleichzeitig die Blende mit mehreren unterschiedlichen Bohrungen und den Schirm; in der Abbildung sind auf dem Schirm mehrere Buchstaben F schwach zu erkennen. Die variierende Lichtstärke und Schärfe der abgebildeten Buchstaben F auf dem Schirm bei unterschiedlichen Lochdurchmessern lassen sich in Erweiterung der Aufgabe auf den Beobachtungen der Teilaufgabe d) basierend erklären. Dies kann mit der mit größerem Lochdurchmesser zunehmenden Breite der abbildenden Lichtbündel erfolgen (siehe Abbildung). Seite 4 von 5

5 Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler a) Experimentelle Handlung b) Bild Lochblende Schirm Die markanten Bildpunkte des F liegen jeweils auf den ausgezeichneten Strahlen, die vom Gegenstand durch das Loch der Blende verlaufen. Daher wird das F auf den Kopf gestellt und seitenverkehrt abgebildet. c) Der Abstand zwischen Lochblende und Schirm bestimmt die Bildgröße des abgebildeten Gegenstands. Je größer der Abstand zwischen Lochblende und Schirm, umso größer ist auch das abgebildete F. Hinweise für die Lehrkraft: Eine quantitative Untersuchung, wie sich eine Veränderung des Abstands zwischen Lochblende und Schirm auf die Größe des F auswirkt, ist hier nicht intendiert. Da die Durchführung des Versuchs vom Sitzplatz aus gedacht ist, ist zudem eine Variation des Abstands Buchstabe Schirm kaum möglich, weshalb dieser Parameter nicht weiter betrachtet wird. d) Eine größere Lochblende ermöglicht eine lichtstärkere Abbildung des F, wobei allerdings die Schärfe der Abbildung abnimmt. Anregungen zum weiteren Lernen Tauscht man die Lochblende durch Linsen verschiedener Brennweiten aus, so können die Schülerinnen und Schüler auf vergleichbare Weise weitgehend selbständig die ersten Merkmale von Linsen erforschen. Seite 5 von 5