Umlenkprisma (Artikelnr.: P )
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- Meta Pohl
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1 Lehrer-/Dozentenblatt Umlenkprisma (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Optik Unterthema: Reflexion und Brechung Experiment: Umlenkprisma Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Weißes Papier (DIN A4) Lineal (ca. 30 cm) Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusätzliche Informationen Ziel diese Versuches ist es, den Schüler mit Sonderfällen der Brechung des Lichts am Prisma bekannt zu machen, die in der technischen Anwendung große Bedeutung haben (optischer Gerätebau). Bei der Untersuchung und Erklärung des Lichtweges in Abhängigkeit von der Lage des Prismas, bezogen auf die Lichtquelle, werden die Kenntnisse über das Reflexions- und Brechungsgesetz sowie über die Totalreflexion gefestigt. Während im ersten Teilversuch die normale Brechung am Prisma (als Wiederholung) untersucht wird, soll im zweiten und drittenteilversuch die Möglichkeit des Einsatzes eines rechtwinkligen Prismas zur 90 - bzw Umlenkung des einfallenden Lichts erkannt und verstanden werden. Es kann auch eine getrennt-gemeinschaftliche Arbeitsweise empfohlen werden. (Jede Lerngruppe untersucht den Verlauf des Lichts bei einer anderen Lage des Prismas, am Versuchsende werden die Ergebnisse zu einem Gesamtergebnis zusammgengefasst). Hinweise zum Aufbau und zur Durchführung Eine sorgfältige Vorbereitung des DIN A4 - Blattes (Linienkreuze mit je einem Winkel von 90 ) und gewissenhaftes Beachten der Aufbauhinweise sichern einen optimalen Versuchserfolg. Insbesondere ist darauf zu achten, dass die aufgerauhte Seite des Prismas jeweils nach unten zeigt, um auch den Lichtweg innerhalb des Prismas beobachten zu können. Die Markierungen der Umrisse des Prismas bei den einzelnen Versuchsteilen dient dient sowohl der möglichen Nachjustierung beim versehentlichen Verschieben des Modellkörpers, als auch der in der Auswertung initiierten vollständigen Skizzierung des Lichtweges. Dabei könnten sich für den Schüler aber Schwierigkeiten ergeben, da eine genaue Markierung innerhalb des Prismas nicht möglich ist. Eine Markierung der Orte an den Prismenseiten, an denen eine Totalreflexion stattfindet, wäre eine mögliche Hilfe.
2 Umleekprisma (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Prisma ist eicht gleich Prisma Untersuche den Verlauf eines Lichtbündels beim Auftreffen auf ein rechtwinkliges Prisma, wenn Licht - schr-g auf die Hypotenuse einf-llt - senkrecht auf eine Kathete trifft - senkrecht auf die Hypotenuse des Prismas einf-llt.
3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Modellkörper, rechtwinklig Leuchtbox, Halogen 12 V/20 W mit Einspalt/ Zweispalt-Blende 1 Zus-tzliches Material PHYWE Netzger-t DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A Weißes Papier (DIN A4) 1 Lineal (ca. 30 cm) 1
4 Aufbau ued Durchführueg Aufbau Zeichne auf einem Blatt Papier oben, in der Mitte und unten jeweils genau ein rechtwinkliges Linienkreuz. (Abb. 1) Abb. 1 Lege den rechtwinkligen Modellkörper (mit der aufgerauhten Seite nach unten) mit den beiden Katheten genau an das obere Linienkreuz). Markiere mir dünnen Bleistiftstrichen vorsichtig die Umrisse des Prismas. (Abb. 2) Setze die Einspaltblende in die Leuchtbox auf der Linsenseite ein und stelle sie an den Rand des Papiers. Abb. 2 Durchführueg Schließe die Leuchtbox an das Netzger-t an. (12 V ~). (Abb. 3)
5 Abb. 3 Verschiebe die Leuchtbox bis das schmale Lichtbündel im Abstand von etwa 2 cm parallel zur optischen Achse verl-uft. (Abb. 4) Beobachte den Verlauf des schmalen Lichtbündels innerhalb und außerhalb des Prismas. Notiere deine Beobachtungen in der Tabelle im Protokoll. Markiere mit zwei Kreuzchen den Verlauf des Lichtbündels vor und nach dem Prisma. Abb. 4 Ver-ndere jetzt den Versuchsaufbau wie in Abb. 5 gezeigt. (Benutze das mittlere Linienkreuz.) (Abb. 5) Jetzt ist eine Kathete der Leuchtbox zugewandt. Markiere wieder mit dünnen Bleistiftstrichen vorsichtig die Umrisse des Prismas. Verschiebe die Leuchtbox so weit bis das schmale Lichtbündel etwa 2 cm parallel zur optischen Achse verl-uft. Beobachte den Verlauf des schmalen Lichtbündels innerhalb und außerhalb des Prismas. Notiere deine Beobachtungen im Protokoll. Markiere auch hier mit je zwei Kreuzchen den Verlauf des Lichtbündels vor und hinter dem Prisma.
6 Abb. 5 Ver-ndere erneut den Versuchsaufbau wie in Abb. 6 gezeigt. (Benutze das untere Linienkreuz.) Die Hypotenuse des Prismas soll jetzt der Leuchtbox zugewandt sein. Markiere mit dünnen Bleistiftstrichen vorsichtig die Umrisse des Prismas. Verschiebe die Leuchtbox so weit bis das schmale Lichtbündel ca. 1 cm parallel zur optischen Achse auf die Hypotenuse des Prismas auftrifft. Wiederhole die Beobachtung (Ergbenis in Tabelle 1 im Protokoll eintragen)und markiere den Lichtweg auch für diese Lage des Prismas. Abb. 6 Schalte das Netzger-t aus und nimm die Leuchtbox und den Modellkörper vom Papier. Verbinde die Markierungen, so dass der Verlauf des Lichts durch das Prisma sichtbar wird.
7 Protokoll: Umleekprisma Ergebeis - Tabelle 1 (3 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen in der Tabelle. Lichteinfall des Prismas Beobachtung des Lichtweges innerhalb und außerhalb des Prismas schräg auf die Hypotenuse senkrecht auf eine Kathete senkrecht auf die Hypotenuse Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Verbinde für die drei verschiedenen Lagen des Prismas jeweils die zusammengehörenden Kreuzchen, so dass der Verlauf der Lichtbündel außerhalb und nach entsprechender Verbindung auch innerhalb des Prismas sichtbar wird. Vergleiche noch einmal mit deinen Beobachtungen zum Verlauf der Lichtbündel (Tabelle 1). Skizziere den Verlauf der Bündel hier.
8 Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Ergänze für die erste untersuchte Lage des Prismas (Lichteinfall schräg auf die Hypotenuse) die Einfallslote in der Zeichnung und versuche, anhand deiner Beobachtungen und mithilfe des Brechungsgesetzes, den Verlauf des schmalen Lichtbündels zu erklären. Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Vergleiche die drei Versuchszeichnungen hinsichtlich der Gemeinsamkeiten des Strahlenverlaufs. Gib in diesem Fall eine Begründung für den Verlauf des Lichts.
9 Auswertueg - Frage 4 (10 Puekte) Rechtwinklige Prismen mit dem von Dir beobachteten Verlauf des Lichts bei senkrechten Einfall auf die Hypotenuse oder Kathete werden Umlenkprismen genannt. Nenne Anwendungen für solche Prismen in der Technik.
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