Sonnen- und Mondfinsternis (mit der Leuchtbox)

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Sonnen- und Mondfinsternis (mit der Leuchtbox) (Artikelnr.: P063500) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-0 Lehrplanthema: Optik Unterthema: Lichtausbreitung Experiment: Sonnen- und Mondfinsternis (mit der Leuchtbox) Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Weißes Papier (DIN A4) Zirkel Schere Klebeband Kugel, undurchsichtig (Aus Knetmasse oder Murmel), d ca. 5 mm Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Die Schüler haben im Versuch "Schattenbildung" das Entstehen von Kern- und Halbschatten untersucht. Sie haben dabei festgestellt, dass nur hinter beleuchteten undurchsichtigen Körpern Schattengebiete entstehen und die geradlinige Ausbreitung des Lichts zu den Ursachen der Schattenbildung zählt. Als eine Anwendung zur Festigung dieser Erkenntnisse sollen die Schüler bei diesem Versuch die Bedingungen für das Entstehen einer Mondfinsternis bzw. Sonnenfinsternis untersuchen. Dabei wird nicht nur das oben genannte physikalische Wissen wiederholt, sondern auch ein wichtiger Beitrag zum Verständnis dieser Naturerscheinungen erbracht. Eine besondere Schwierigkeit besteht bei diesem Versuch jedoch darin, dass der Schüler die Beobachtungsebene wechseln muss, um die Vorgänge - insbesondere bei der Entstehung einer Sonnenfinsternis - richtig zu erfassen. Durch geeignete Beispiele, unabhängig vom Versuch (z. B. beobachtender Fahrgast im Zug oder auf dem Bahnsteig), ist daher die Transformation des Beobachtungsstandpunktes zu üben. Anregung Anstelle einer Kugel als Modell der Erde wird die umgedrehte Küvette verwendet. Es ist darauf zu achten, dass die Küvette durch den selbst hergestellten und befestigten Papierstreifen ein undurchsichtiger Körper im Lichtweg der Leuchtbox wird. Der Klebstreifen muss aber nach dem Versuch sofort wieder entfernt werden, damit keine Kleberreste auf der Küvette bleiben, die die optische Qualität der Küvette für spätere Versuche beeinträchtigen könnten. Anmerkung Zum Herstellen der Mond-Kugel (wenn keine Murmel zur Verfügung steht) eignet sich Plastilina (0 Stangen, Best.- Nr.: ); die Erdkugel könnte ebenfalls aus diesem Material geformt werden. Eine Mond-Kugel aus Knete (Plastilina) hat den Vorteil, dass sie auch mit einem Bleistift angestochen werden kann und so einfacher den Kreis entlang zu führen ist. Über die Unterschiede zwischen Modell und Wirklichkeit sollte mit den Schülern diskutiert werden. Hierzu sind auch die wahren Abmessungen der drei Himmelskörper und ihre Entfernung in Betracht zu ziehen.

2 Lehrer-/Dozentenblatt Größenverhältnisse, bezogen auf den Erddurchmesser mittlerer Durchmesser der Erde km = d E mittlerer Durchmesser des Mondes km = 0,27 d E mittlerer Durchmesser der Sonne km = 0 d E mittlere Entfernung Erde - Mond km = 30 d E mittlere Entfernung Sonne - Erde km = 700 d E

3 Sonnen- und Mondfinsternis (mit der Leuchtbox) (Artikelnr.: P063500) Aufgabe und Material Aufgabe Wie kommt eine Mondfinsternis oder eine Sonnenfinsternis zustande? Untersuche, unter welchen Bedingungen Mond- und Sonnenfinsternisse entstehen.

4 Material Position Material Bestellnr. Menge PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 2 V, 5 A Leuchtbox, Halogen 2 V/20 W Küvette, Doppelhalbkreis, r = 30 mm Zusätzliches Material: 4 Weißes Papier (DIN A4) 5 Zirkel 6 Schere 7 Klebeband 8 Kugel, undurchsichtig (Aus Knetmasse oder Murmel), d ca. 5 mm

5 Aufbau und Durchführung Aufbau Konstruiere auf der rechten Seite des Papierblattes einen Kreis mit dem Radius 8 cm (Abb. ). Abb. Schneide einen Streifen Papier genau entsprechend den Maßen,5 cm 9,5 cm zu und befestige ihn mit Klebestreifen vorsichtig am äußeren Rand der Küvette, so dass eine Hälfte von außen undurchsichtig wird (Abb. 2). Abb. 2 Wenn du keine Murmel hast, forme aus Knete eine Kugel mit dem Durchmesser von etwa,5 cm und lege diese auf den Rand des Kreises. Lege die umgedrehte Küvette in die Mitte des Kreises. Stelle die Leuchtbox mit der Lampenseite links neben das Papier (Abb. 3).

6 Abb. 3 Durchführung Schließe die Leuchtbox an das Netzgerät an (2 V~) (Abb. 4). Abb. 4 Verschiebe die Murmel bzw. Kugel entlang des Kreises. Beobachte den Schatten, den die Kugel wirft, und den Schatten der Küvette auf der Kugel. Bringe die Kugel in die in Abb. 5 zu sehenden Positionen. Beobachte bei jeder Position, die entstehenden Schatten auf der Küvette bzw. auf der Kugel. Trage deine Beobachtungen im Protokoll in die Tabelle auf der Ergebnisseite ein. Abb. 5 Hebe die Kugel in den Positionen, in denen sie sich auf dem Kreis vor bzw. hinter der Küvette befindet, etwa 2,5 cm hoch.

7 Beobachte wieder die Schattenbildung! Vergleiche mit deinen vorhergehenden Beobachtungen und notiere deine Ergebnisse ebenfalls in der Tabelle. Abb. 6 Schalte das Netzgerät aus und stelle die Leuchtbox zur Seite. Entferne den Papierstreifen und die Klebestreifenreste von der Küvette.

8 Protokoll: Sonnen- und Mondfinsternis (mit der Leuchtbox) Ergebnis - Tabelle (0 Punkte) Notiere Deine Beobachtungen in Tabelle. Lage der Kugel Beobachtung des Schattens der Kugel / der Küvette Art der Finsternis vor der Küvette auf dem Kreis hinter der Küvette auf dem Kreis neben der Küvette auf dem Kreis vor der Küvette in 2,5 cm Höhe hinter der Küvette in 2,5 cm Höhe ± ± ± ± ± Auswertung - Tabelle (3 Punkte) Welche 3 Himmelskörper werden bei diesem Versuch durch die Experimentiergeräte modellhaft nachgebildet? Ergänze die Übersicht. Experimentiergerät Leuchtbox Küvette Kugel (Murmel) Modell für den Himmelskörper

9 Auswertung - Frage (0 Punkte) Eine zeitweise Verfinsterung des Vollmondes heißt Mondfinsternis. Vergleiche die nächste Abbildung mit deinem Experimentieraufbau. Ergänze die Abbildung, indem du die Namen der modellhaft nachgebildeten Himmelskörper einträgst und den Kernschatten der Erde schraffierst. Auswertung - Frage 2 (0 Punkte) Unter welchen Bedingungen entsteht eine Mondfinsternis?

10 Auswertung - Frage 3 (0 Punkte) Ein Mondumlauf um die Erde dauert ca. 29 Tage. Trotzdem ist eine Mondfinsternis nur ca. einmal im Jahr zu beobachten. Stelle anhand dieser Tatsachen und deiner Beobachtung während der Versuchsdurchführung eine Vermutung auf, warum wir nicht bei jedem Mondumlauf eine Mondfinsternis erleben. Auswertung - Frage 4 (0 Punkte) Welcher Schatten ist für die Entstehung einer Sonnenfinsternis bedeutsam? Fertige eine ähnliche Skizze wie in Frage an, mit der du die Entstehung einer Sonnenfinsternis erläutern kannst.

11 Auswertung - Frage 5 (0 Punkte) Unter welchen Bedingungen entsteht eine Sonnenfinsternis? Auswertung - Frage 6 (0 Punkte) Warum kann der Mond vom Erdschatten völlig verfinstert werden? Warum werden dagegen bei einer Sonnenfinsternis stets nur Teile der Erdoberfläche beschattet?

12 Auswertung - Frage 7 (0 Punkte) Die letzte in Deutschland sichtbare totale Sonnenfinsternis war am und die nächste ist am Begründe mit Hilfe deiner Beobachtungen und der Überlegungen zur Entstehung einer Sonnenfinsternis, warum wir so selten eine Sonnenfinsternis beobachten können. Auswertung - Zusatzaufgabe (0 Punkte) Bei Sonnen- und Mondfinsternissen sind die Schatten auf den Himmelskörpern immer kreisförmig begrenzt. Welcher Schluss ist daraus für die Ausbreitung des Lichts zu ziehen?