Blatt für Lehrkräfte · 15–16 Jahre · etwa 45–50 Minuten
Licht: Strahlen, Reflexion, Dispersion und das elektromagnetische Spektrum
Lektionsseite: echoesof.science/school/de/light/ages-15-16/ · Arbeitsblatt für Schülerinnen und Schüler: echoesof.science/school/de/light/ages-15-16/print/
Lernziele
- c = f·λ für elektromagnetische Wellen anwenden und den sichtbaren Bereich kennen.
- Das Reflexionsgesetz formulieren und überprüfen; gerichtete und diffuse Reflexion unterscheiden.
- Dispersion durch die Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl erklären.
- Farbe und Streuung in der Atmosphäre erklären.
Stundenverlauf
| Zeit | Aktivität |
|---|---|
| 5 Min. | Einstieg: Warum kannst du diese Seite von überall sehen, dein Spiegelbild aber nur von einer Stelle aus? |
| 10 Min. | Den Text lesen; ein Beispiel zu c = f·λ durchrechnen. |
| 25 Min. | Schülerversuch zum Reflexionsgesetz zu zweit, fünf Winkel. |
| 5 Min. | r gegen i auftragen und Fehler besprechen. |
| 5 Min. | Quiz oder „Sichtbar oder nicht?“ als Hausaufgabe. |
Material für den Versuch
- Ein ebener Spiegel mit Halter (oder einem Klotz, der ihn aufrecht hält)
- Eine Experimentierleuchte mit Einzelspalt oder eine Taschenlampe, die mit schwarzem Karton bis auf einen schmalen Spalt abgeklebt ist
- Ein Blatt A4-Papier, ein Lineal, ein spitzer Bleistift und ein Winkelmesser
- Ein abgedunkelter Raum
Sicherheit: Experimentierleuchten werden heiß: die Lampe nicht berühren. Wenn ein Laserpointer verwendet wird, dann nur ein schwacher Schullaser unter Aufsicht der Lehrkraft, und ihn nie auf Augen oder auf glänzende Flächen richten, die zu Personen zeigen.
Häufige Fehlvorstellungen
| Schülerinnen und Schüler denken vielleicht… | Tatsächlich… |
|---|---|
| Winkel werden von der Spiegeloberfläche aus gemessen. | Einfalls- und Reflexionswinkel werden vom Lot aus gemessen. |
| Ein Prisma „fügt“ dem Licht Farben hinzu. | Es trennt Farben, die im weißen Licht schon enthalten sind. |
| Rote Gegenstände reflektieren in jedem Licht rotes Licht. | Wenn im auftreffenden Licht kein Rot enthalten ist, sieht ein roter Gegenstand dunkel aus. |
Lösungen zum Arbeitsblatt
- Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel, beide vom Lot aus gemessen; das Diagramm zeigt beide Strahlen, die sich am Spiegel treffen, mit gleichen Winkeln zum Lot.
- f = c/λ = 3,00×10⁸ / 7,00×10⁻⁷ ≈ 4,3×10¹⁴ Hz.
- Die Brechzahl von Glas ist für kürzere Wellenlängen größer, darum wird Violett an jeder Oberfläche stärker gebrochen als Rot und die Farben trennen sich.
- Ergebnisse höchstens wenige Grad von r = i entfernt. Fehler: Strahlbreite (schmalen Spalt verwenden), Spiegeldicke (an der verspiegelten Rückseite zeichnen), Ablesen am Winkelmesser (sorgfältig messen, wiederholen).
Lösungen zum Quiz
- Grünes Licht hat eine Wellenlänge von 500 nm. Seine Frequenz ist… 6,0 × 10¹⁴ Hz. f = c/λ = 3,00×10⁸ / 5,00×10⁻⁷ = 6,0×10¹⁴ Hz.[6]
- Welche Aussage erklärt die Dispersion in einem Prisma? Die Brechzahl hängt von der Wellenlänge ab. Jede Wellenlänge wird unterschiedlich stark gebrochen.[5]
- Ein Strahl trifft unter 25° zur Oberfläche (nicht zum Lot) auf einen Spiegel. Der vom Lot aus gemessene Reflexionswinkel beträgt… 65°. Vom Lot aus ist i = 90° − 25° = 65°, und r = i.[4]
- Nur in rotem Licht sieht ein rein grünes Blatt… dunkel (fast schwarz) aus. Es reflektiert Grün; es gibt aber kein grünes Licht zum Reflektieren.[2]
- Warum sieht die untergehende Sonne rot aus? Kurze Wellenlängen werden auf dem langen Weg durch die Luft herausgestreut. Blau wird weggestreut; lange Wellenlängen bleiben übrig.[1]
- Licht braucht von der Sonne etwa 500 s. Die Entfernung beträgt etwa… 1,5 × 10¹¹ m. d = c·t = 3,00×10⁸ × 500 = 1,5×10¹¹ m.[7][6]
Weiterführend
Stellt den Spiegel im Winkel von 90° zu einem zweiten Spiegel auf (ein Winkelspiegel). Zeigt mit einem Strahlendiagramm, dass das Licht parallel zu seiner Einfallsrichtung zurückgeschickt wird. Wo wird das genutzt?
Quellen dieser Lektion
- [1] Why Is the Sky Blue? (NASA Space Place): Zuverlässigkeit Hoch
- [2] Wave Behaviors (NASA Science (Tour of the Electromagnetic Spectrum)): Zuverlässigkeit Hoch
- [3] College Physics 2e, 25.1 The Ray Aspect of Light (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [4] College Physics 2e AP, 25.2 The Law of Reflection (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [5] College Physics 2e, 25.5 Dispersion: The Rainbow and Prisms (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [6] College Physics 2e, 24.3 The Electromagnetic Spectrum (OpenStax, Rice University): Zuverlässigkeit Hoch
- [7] Origin of Light (NASA Scientific Visualization Studio): Zuverlässigkeit Hoch
Vollständige Liste mit Links und einer Einschätzung der Zuverlässigkeit jeder Quelle: echoesof.science/school/de/light/sources/
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