Spiegelbild an ebenen Spiegeln

Transkript

1 Spiegelbild an ebenen Spiegeln Sandra Schlotmann 1) Versuchsbeschreibung Vor einer sauber geputzten Glasplatte in einem abgedunkelten Raum ist eine brennende Kerze aufgestellt. Man sieht die vor der Glasscheibe aufgestellte Kerze als Spiegelbild hinter der Scheibe. Nun wird versucht, das vom Spiegel zurückgeworfene Bild mit einem Transparentschirm aufzufangen, was nicht funktioniert, da es sich um ein virtuelles Bild handelt. Um nun den Ort des Spiegelbildes festzulegen zu können, blickt man genau senkrecht ins Glas, nimmt eine weitere Kerze und rückt diese an die Stelle, an der das Spiegelbild der ersten, vor der Scheibe stehenden Kerze zu sein scheint. Nun misst man den Abstand zwischen brennender Kerze und Glasscheibe sowie Glasscheibe und nicht brennender Kerze. Anschließend werden die Abstände der Kerzen zur Glasscheibe variiert.

2 Nun wird der Buchstabe F vor ein Spiegel gestellt. Man vergleicht nun Gegenstand und Spiegelbild. 2) Lernvoraussetzungen Schüler kennen die Grundlagen der geometrischen Optik: a) Modell des Lichtstrahls b) Geradlinige Ausbreitung Schüler kennen das Reflexionsgesetz, also dass Einfalls- und Reflexionswinkel gleich groß sind und dass einfallender und reflektierter Strahl in einer Ebene liegen. 3) Lernziele 3.1 Grobziele Schüler sollen Kenntnis über die Abbildung am ebenen Spigel gewinnen und die Konstruktion der Abbildung. 3.2.Feinziele 1. Schüler sollen wissen, was ein Spiegel ist. 2. Schüler sollen erkennen, dass Glasscheiben durchsichtig sind, aber einen Teil des Lichtes reflektieren und schwache Spiegelbilder

3 erzeugen. 3. Schüler sollen erfahren, dass in einer ebenen Scheibe ein Bild eines Gegenstandes zu sehen ist, das nicht mit einem Schirm aufgefangen werden. 4. Schüler sollen den Begriff des virtuellen Bildes und seine Definition kennen. 5. Schüler sollen wissen, dass das Spiegelbild ein virtuelles Bild ist. 6. Schüler sollen die Eigenschaften des Spiegelbildes wissen: a) Beim ebenen Spiegelbild ist die Abbildung am Spiegel genauso groß wie der Gegenstand. b) Gegenstand und Bild haben den gleichen Abstand zum Spiegel. c) Das Spiegelbild steht beim ebenen Spiegel aufrecht. d) Das Spiegelbild erscheint seitenverkehrt. 7. Schüler sollen erkennen, dass das Bild zum Gegenstand symmetrisch hinsichtlich der Spiegelebene ist. 8. Schüler sollen fähig sein, das virtuelle Bild zu konstruieren. 4) Bezug zu übergeordneten Unterrichtsthemen Bezug zur Unterrichtseinheit: Optische Abbildung von Gegenständen Reflexion von Licht 5) Experimentelle Alternative Um zu verdeutlichen, dass Gegenstand und Spiegelbild den gleichen Abstand zur Glasplatte haben, sollte man bei dem Experiment bleiben. Man könnte die Glasplatte durch einen Spiegel ersetzen. Dadurch geht aber die Verdeutlichung der vermeintlichen Position des Bildes durch die zweite Kerze verloren. Wenn man allerdings bei der Glasscheibe bleibt, dann kann

4 man die zweite nichtbrennende Kerze in einen mit Wasser gefüllten Behälter stellen, um so den Eindruck zu erwecken, dass die Kerze unter Wasser brennt. 6) Mögliche bzw. notwendige Modifikationen des Demonstrationsexperiment bei Einsatz als Gruppenexperiments Stecknadelversuch: Es wird eine Stecknadel vor einem Spiegelglasstreifen aufgestellt. Während man senkrecht auf die Spiegelfläche blickt, wird versucht, eine zweite Nadel so hinter dem Spiegel einzustecken, dass aus jedem Blickwinkel auf den Spiegelstreifen der sich hinter dem Spiegel befindende Nadelkörper mit dem Spiegelbild des Körpers der ersten Nadel deckt. (vgl Didaktikhomepage) 7) Unterrichtsverfahren Typ: Modifiziertes Normalverfahren 7.1. Sozialformen Unterrichtsgespräch 7.2. Lehrformen und Lernformen (=Aktionsformen) erarbeitenden bzw. darbietende Lehrform vermitteltes Lernen durch Rezipieren 7.3 Motivationssituationen oder Einstiegssituation An manchen unübersichtlichen Straßenbiegungen ist ein großer Spiegel angebracht, um den Fahrern von Kraftfahrzeugen die Möglichkeit zu geben, den Straßenverkehr hinter der Biegung zu beobachten.

5 8) Sicherung der Lernziele Spiegelbild Spiegel erzeugen Bilder von davor stehenden Gegenstände. Vom Spiegel werden die Lichtstrahlen nach dem Reflexionsgesetz auch in unser Auge gelenkt. Das Auge kann aber nicht sehen, dass die Lichtstrahlen aus ihrer Richtung abgelenkt sind. Das Auge vermutet den Ursprung der Lichtstrahlen im Schnittpunkt der geradlinigen Verlängerung der ins Auge fallenden Strahlen. Eigenschaften der Abbildung des ebenen Spiegels: Das Spiegelbild ist genauso groß wie der Gegenstand. Es scheint genauso weit vom Spiegel entfernt zu sein wie der Gegenstand. Es steht beim ebenen Spiegel aufrecht. Es erscheint seitenverkehrt. Es handelt sich bei der Abbildung am Spiegel um ein virtuelles Bild. Das Spiegelbild erscheint senkrecht gegenüber der Spiegelebene und im gleichen Abstand vom Spiegel wie der reale Gegenstand (achsensymmetrisch). Ein virtuelles Bild kann nicht mit einem Bildschirm aufgefangen werden. Es scheint nur so, als hätten sich die Strahlen hinter dem Spiegel geschnitten.

6 Arbeitsauftrag: Mindestgröße eines Spiegels, damit man sich in voller Größe sehen kann 1. Zeiche eine Person und eine Wand, an der der Spiegel hängt. 2. Konstruiere die dahinter stehende Person Punkt für Punkt (vgl. Achsenspiegelung in der Mathematik) 3. Die Lichtstrahlen müssen von den Füßen bis zum Scheitel ins Auge fallen können. Zeichne also die Verbindung von der Fußspitze und dem Scheitel in der Spiegelwelt zum realen Auge. Aus den Schnittpunkten mit der Wand ergibt sich die Mindestspiegelgröße und Position des Spiegels. 9) Lernzielkontrollen Die Schüler sollen den Arbeitsauftrag erledigen und entsprechende Skizzen anfertigen. Außerdem sollen sie sich weitere Anwendungen von ebenen Spiegeln überlegen. Zu Beginn der nächsten Stunden wird der Arbeitsauftrag an der Tafel erneut gelöst und dabei werden die Voraussetzungen für das Spiegelbild abgefragt.