Begleitmaterialien für Unterrichtsgänge in das Deutsche Museum erarbeitet von Lehrkräften Thema Optik DM- Abteilung Optik Kurzbeschreibung Arbeitsblatt zur Optik Schulart Gymnasium Jahrgangsstufe 9 Schulfach Autor/ Autorin (Schul)-Adresse Email Physik Siegfried Dänzer Gymnasium Olching Georgenstr. 2 82140 Olching siegfried.daenzer@t-online.de Homepage Schule http://www.gymnasium-olching.de.cx/ Anmerkungen/ Hinweise Erstellungsjahr 2001 Deutsches Museum 2002
Deutsches Museum Lageplan Abteilung Optik
Optik Name: Kl.: Raum I: Was ist Licht, Experimente und Schritte zum Verständnis 1. Wie nennt man ein Spielzeug, das aus drei drehbaren Spiegeln aufgebaut ist? 2. Welchen physikalischen Namen hat ein Katzenauge? Stelle dich an verschiedene Stellen im Raum und blicke das Katzenauge an. Dabei wirst du bei genauer Beobachtung feststellen, dass du dich immer sehen kannst. Warum findet das Katzenauge in Rückstrahlern seine Verwendung? 3. An der Spiegelwand befinden sich Spiegel, die im rechten Winkel angeordnet sind. Stelle dich vor die Stufe, die sich bei diesen Spiegeln befindet, und stelle einen Fuß auf die Stufe. Beuge deinen Kopf vor und zähle die Anzahl der Spiegelbilder deines Fußes, die du links oder rechts sehen kannst. Insgesamt gibt es drei dieser Rechteckspiegel. Vergleiche! Untersuche mit deinem Partner mit Hilfe dieser großen Spiegel, ob das theoretische Ergebnis, dass man von seinem Körper nicht mehr sieht, wenn man zurückgeht, sich auch praktisch bewährt. Stelle dich dazu vor einen der großen Spiegel. Dirigiere die Hand deines Partners an einem bestimmten Punkt deines Spiegelbildes (z.b. das Knie, Ohr). Jetzt gehst du ein paar Schritte rückwärts oder nach rechts bzw. links und überprüfst, ob sich die Hand deines Partners immer noch in der Höhe dieses Punktes befindet. 4. Mir welchem physikalischen Begriff lässt sich das Phänomen erklären, wieso man bei Föhn die Berge sieht? Zeichne die scheinbare Höhe des anvisierten Gipfels ein. 5. Mit einem Laser wird sehr anschaulich die Totalreflexion im Innern eines Glasstabes gezeigt. Wo wird z.b. in der Medizin die Totalreflexion verwendet? 6. In einem Schaukasten befindet sich ein Zerrbild, das mit einem Wölbspiegel entzerrt wird. Wie nennt man solche verzerrten Bilder? 7. Ein weißes Lichtbündel trifft auf ein Prisma. Welche sichtbare Farbe wird dabei am meisten abgelenkt? Anschließend wird das farbige Lichtbündel mit Hilfe von drei weiteren Prismen nur wieder vereinigt. Welche Farbe ergibt sich dabei? Wann und von wem ist dieser Versuch durchgeführt worden?
- 2 - Raum II: Das Auge und der Blick; das Glas und die optischen Elemente (Untergeschoss) 1. Vervollständige die Skizze des Aufbaus des menschlichen Auges! 2. Was beschreibt der Begriff Akkomodation? 3. Wie reagiert die Iris auf Verdunkelung? Sie öffnet sich schließt sich bleibt unverändert bitte ankreuzen! 4. Was nimmt das Auge mit den Stäbchen, was mit den Zäpfchen wahr? 5. Mische mit den drei Grundfarben rot, blau und grün andere Farben und notiere dein Ergebnis: Wieviele Farben kann man aus den drei Grundfarben mischen, wenn man auch die Helligkeitsregulierung beachtet? Wie nennt man diese Art von Farbmischung? 6. In der Ecke befindet sich eine Tafel zur Geschichte der Farben. Darin wird auch ein berühmter deutscher Schriftsteller erwähnt. Um welchen Schriftsteller handelt es sich und in welchem Zusammenhang wird er erwähnt?
- 3-7. In dem Schaukasten neben dem Eingang befinden sich drehende Scheiben. Welche Farben siehst du, wenn sich die rot-grün-blaue Scheibe schnell dreht? Beachte auch die drehbaren schwarz-weiß gemusterten Scheiben! Was beobachtest du da? In den nächsten Schaukästen befinden sich einige Beispiele zur optischen Täuschung 8. In den folgenden Skizzen liegt jeweils eine Fehlsichtigkeit vor. Trage ein, um welche Fehlsichtigkeit es sich jeweils handelt, und mit welcher Linse sie korrigiert wird. Fehlsichtigkeit: Korrektur: Mache mit deinem Partner einen Sehtest! 9. Welche für unser menschliches Auge unsichtbaren Anteile gibt es im weißen Licht einer Glühlampe oder auch z.b. im Sonnenlicht. ( Für welchen Anteil des weißen Lichts ( ( ist Glas undurchlässig bzw. ist Silizium durchlässig... Die nebenstehende Skizze stellt das kontinuierliche Spektrum des weißen Lichtes dar. Ergänze nun die blau gelb Reihenfolge der sichtbaren Farben und auch die Lage... der unsichtbaren Anteile des Lichts 10. Ein roter und ein grüner Lichtstrahl werden jeweils durch ein Prisma verschieden stark abgelenkt. Welcher physikalische Begriff beschreibt dieses Phänomen? 11. Erkläre den Zusammenhang zwischen Dispersion und Linsenfehler anhand des letzten in diesem Raum gezeigten Versuches?
- 4 - Raum III: Die optischen Instrumente Die Mikroskope existieren seit Anfang des 17. Jh. Der Stich zeigt zwei 1. In diesem Raum sind in den Schau- Modelle aus dem 17. kästen eine Vielzahl von historischen Mikroskopen aufgebaut. Aus wievielen Linsen besteht ein einfaches Mikroskop? Am Ende der Ausstellung befinden sich drei Mikroskope, durch die man selbst hindurchschauen kann. Notiere dir zwei verschiedene Objekte, die mit den Mikroskopen betrachtetet werden können! 2. Bei den meisten Mikroskopen befindet sich am Fuß ein Spiegel. Welche Funktion hat er? 3. Um 1600 entwickelten holländische Brillenmacher die ersten Fernrohre. Wie waren sie aufgebaut? Zeichne die Art der verwendeten Linsen in die Skizze ein! Objektivlinse Okularlinse 4. Mit Hilfe eines solchen Fernrohres wurden. die Jupitermonde entdeckt. Wann wurden sie entdeckt, und wer entdeckte sie? 5. Im nächsten Schaukasten steht eine andere Art von Fernrohr. Welchen Unterschied gibt es im Aufbau und welchen Unterschied in dem Bild, das der Betrachter sieht? 6. Überlege, welche Folgen durch die Entwicklung des Mikroskopes und des Fernrohres sich für die Menschen ergaben? Beachte die Lichtleiter aus Glasfaserkabeln und die Hologramme in den weiteren Räumen!
Optik Lösungen Raum I: Was ist Licht, Experimente und Schritte zum Verständnis 1. Wie nennt man ein Spielzeug, das aus drei drehbaren Spiegeln aufgebaut ist? Kaleidoskop 2. Welchen physikalischen Namen hat ein Katzenauge? Tripelspiegel Stelle dich an verschiedene Stellen im Raum und blicke das Katzenauge an. Dabei wirst du bei genauer Beobachtung feststellen, dass du dich immer sehen kannst. Warum findet das Katzenauge in Rückstrahlern seine Verwendung? Das einfallende Licht wird in seine ursprüngliche Richtung zurückgeworfen und ist daher optimal geeignet als Rückstrahler 3. An der Spiegelwand befinden sich Spiegel, die im rechten Winkel angeordnet sind. Stelle dich vor die Stufe, die sich bei diesen Spiegeln befindet, und stelle einen Fuß auf die Stufe. Beuge deinen Kopf vor und zähle die Anzahl der Spiegelbilder deines Fußes, die du links oder rechts sehen kannst. sieben Insgesamt gibt es drei dieser Rechteckspiegel. Vergleiche! Untersuche mit deinem Partner mit Hilfe dieser großen Spiegel, ob das theoretische Ergebnis, dass man von seinem Körper nicht mehr sieht, wenn man zurückgeht, sich auch praktisch bewährt. Stelle dich dazu vor einen der großen Spiegel. Dirigiere die Hand deines Partners an einem bestimmten Punkt deines Spiegelbildes (z.b. das Knie, Ohr). Jetzt gehst du ein paar Schritte rückwärts oder nach rechts bzw. links und überprüfst, ob sich die Hand deines Partners immer noch in der Höhe dieses Punktes befindet. 4. Mir welchem physikalischen Begriff lässt sich das Phänomen erklären, wieso man bei Föhn die Berge sieht? Lichtbrechung Zeichne die scheinbare Höhe des anvisierten Gipfels ein. 5. Mit einem Laser wird sehr anschaulich die Totalreflexion im Innern eines Glasstabes gezeigt. Wo wird z.b. in der Medizin die Totalreflexion verwendet? Glasfaseroptik zur Untersuchung schwer zugänglicher Körperhöhlen 6. In einem Schaukasten befindet sich ein Zerrbild, das mit einem Wölbspiegel entzerrt wird. Wie nennt man solche verzerrten Bilder? Anamorphosen 7. Ein weißes Lichtbündel trifft auf ein Prisma. Welche sichtbare Farbe wird dabei am meisten abgelenkt? blau Anschließend wird das farbige Lichtbündel mit Hilfe von drei weiteren Prismen wieder vereinigt. Welche Farbe ergibt sich dabei? weiß Wann und von wem ist dieser Versuch durchgeführt worden? 1665 Newton
- 2 - Raum II: Das Auge und der Blick; das Glas und die optischen Elemente (Untergeschoss) 1. Vervollständige die Skizze des Aufbaus des menschlichen Auges! 2. Was beschreibt der Begriff Akkomodation? Scharfstellung durch Änderung der Krümmung der Augenlinse 3. Wie reagiert die Iris auf Verdunkelung? Sie öffnet sich schließt sich bleibt unverändert bitte ankreuzen! 4. Was nimmt das Auge mit den Stäbchen, was mit den Zäpfchen wahr? Grautöne Farben 5. Mische mit den drei Grundfarben rot, blau und grün andere Farben und notiere dein Ergebnis: Wieviele Farben kann man aus den drei Grundfarben mischen, wenn man auch die Helligkeitsregulierung beachtet? vier Wie nennt man diese Art von Farbmischung? additiv 6. In der Ecke befindet sich eine Tafel zur Geschichte der Farben. Darin wird auch ein berühmter deutscher Schriftsteller erwähnt. Um welchen Schriftsteller handelt es sich und in welchem Zusammenhang wird er erwähnt? Johann Wolfgang von Goethe Farbenlehre 1810
- 3-7. In dem Schaukasten neben dem Eingang befinden sich drehende Scheiben. Welche Farben siehst du, wenn sich die rot-grün-blaue Scheibe schnell dreht? weiß Beachte auch die drehbaren schwarz-weiß gemusterten Scheiben! Was beobachtest du da? Farbillusionen In den nächsten Schaukästen befinden sich einige Beispiele zur optischen Täuschung 8. In den folgenden Skizzen liegt jeweils eine Fehlsichtigkeit vor. Trage ein, um welche Fehlsichtigkeit es sich jeweils handelt, und mit welcher Linse sie korrigiert wird. Fehlsichtigkeit: Kurzsichtigkeit Weitsichtigkeit Korrektur: Zerstreuungslinse Sammellinse Mache mit deinem Partner einen Sehtest! 9. Welche für unser menschliches Auge unsichtbaren Anteile gibt es im weißen Licht einer Glühlampe oder auch z.b. im Sonnenlicht. ultraviolett, infrarot ( ist Glas undurchlässig ultraviolett, infrarot Für welchen Anteil des weißen Lichts ( ( bzw. ist Silizium durchlässig infrarot... Die nebenstehende Skizze stellt das kontinuierliche Spektrum des weißen Lichtes dar. Ergänze nun die uv blau grün gelb orange rot infrarot Reihenfolge der sichtbaren Farben und auch die Lage... der unsichtbaren Anteile des Lichts 10. Ein roter und ein grüner Lichtstrahl werden jeweils durch ein Prisma verschieden stark abgelenkt. Welcher physikalische Begriff beschreibt dieses Phänomen? Dispersion 11. Erkläre den Zusammenhang zwischen Dispersion und Linsenfehler anhand des letzten in diesem Raum gezeigten Versuches? Farbfehler sind eine der Ursachen für Linsenfehler infolge der Dispersion
- 4 - Raum III: Die optischen Instrumente Die Mikroskope existieren seit Anfang des 17. Jh. Der Stich zeigt zwei 1. In diesem Raum sind in den Schaukästen eine Vielzahl von historischen Modelle aus dem 17. Mikroskopen aufgebaut. Aus wievielen Linsen besteht ein einfaches Mikroskop? aus einer Am Ende der Ausstellung befinden sich drei Mikroskope, durch die man selbst hindurchschauen kann. Notiere dir zwei verschiedene Objekte, die mit den Mikroskopen betrachtetet werden können! Insekten Mikrofilm 2. Bei den meisten Mikroskopen befindet sich am Fuß ein Spiegel. Welche Funktion hat er? Er dient der Beleuchtung des Objektes 3. Um 1600 entwickelten holländische Brillenmacher die ersten Fernrohre. Wie waren sie aufgebaut? Zeichne die Art der verwendeten Linsen in die Skizze ein! Objektivlinse Okularlinse Sammellinse Zerstreuungslinse 4. Mit Hilfe eines solchen Fernrohres wurden. die Jupitermonde entdeckt. Wann wurden sie entdeckt, und wer entdeckte sie? 1640, durch Galilei 5. Im nächsten Schaukasten steht eine andere Art von Fernrohr. Welchen Unterschied gibt es im Aufbau und welchen Unterschied in dem Bild, das der Betrachter sieht? Das Kepler sche Fernrohr hatte zwei Sammellinsen, Bild ist verkehrt 6. Überlege, welche Folgen durch die Entwicklung des Mikroskopes und des Fernrohres sich für die Menschen ergaben? Die Entwicklung des Mikroskops ermöglichte gewaltige Fortschritte in den modernen Naturwissenschaften wie Medizin, Biologie, Chemie, Elektronik und Maschinenbau. Das Fernrohr war die Voraussetzung für die moderne Vermessungstechnik, Navigation und Astronomie Beachte die Lichtleiter aus Glasfaserkabeln und die Hologramme in den weiteren Räumen!