17.01.2007, WS 2006/2007

FB – Physik: Schulorientiertes Experimentieren (Gabriel, Berger, Lange)

Didaktische AufbauversucheDidaktische Aufbauversuche

Gruppe: B (vom 17.01.2007)

(Mitglieder: Bettina Bonnemann, Dr. Holger Hess, Zeljko Malinovic, Ulla Daub, Udo Kleinkoenen (Vortragender) und Helga Zimbelmann)

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Inhaltsverzeichnis

1.0 Thema

2.0 Geschichtliches

3.0 Sinn des Versuches

4.1 Lehrplan (LP) und Vorwissen

4.2 Vorgehensweise zur Stoffvermittlung

4.2.1 Der Versuchsaufbau des Experimentes/Darstellung

4.2.1.1 Beschreibung der Protokollskizze

4.2.1.2 Versuchsanordnung

4.2.2 Die Theorie (Animation)

5.0 Diskussion zum Gesamtvortrag

6.0 Quellennachweis2

1.0 Thema: OPTIK

Darstellung zum Verlauf von Lichtstrahlen durch Sammellinsen (Konvex) und Zerstreuungslinsen (Konkav) einschließlich der „Umkehrbarkeit“ des Lichtweges.

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Neben Untersuchungen zu Planeten beschäftigte sich KEPLER (*1571, + 1630) auch mit astronomischen Instrumenten. So entwickelte er ein verbessertes Fernrohr mit zwei Sammellinsen, das wir heute als keplersches Fernrohr kennen.

2.0 Geschichtliches

parallel parallelkonvergent divergent

Brennpunkt-f

Bild 01/02/03 4

3.0 Sinn des Versuches:

Den Schülern soll gemäß dem Lehrplan anhand der Praxis, durch einen geeigneten Versuch (das Phänomen) und der Theorie (Animation), dargestellt werden wie der Strahlenverlauf des Lichtweges erfolgt.

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4.1 Lehrplan-(Info 02) (LP) und Vorwissen:

-dem gültigen LP nach ist die Vermittlung dieses Unterrichtsstoffes in dem Doppeljahrgang 9/10 vorgesehen. Dies gilt sowohl für Gymnasien, Realschulen, Gesamtschulen und Hauptschulen.

Vorausgesetztes Vorwissen sind

-Lichtquellen und beleuchtete Körper

-Ausbreitung des Lichtes

-Schattenbildung

-Reflexionsgesetze

-Brechung von Licht 6

4.2 Vorgehensweise zur Stoffvermittlung:

4.2.1 Darstellung des Phänomens – der Strahlenverlauf im technischen Experiment

4.2.2 theoretischer Strahlenverlauf durch Sammel- und Zerstreuungslinsen (hier) anhand einer Internetanimation

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4.2.1 Der Versuchsaufbau des Experimentes/Darstellung

Die nachfolgende Protokollskizze des Versuchsaufbaus zeigt die vier Anordnungen der einzelnen Linsen und Strahler auf der Blechtafel.

In unserem Versuchsaufbau haben wir die eigentlich hierfür vorgesehenen Materialien leider nicht zur Verfügung gehabt wie:

-Magnettafel

-den Halogenstrahler mit 3-5 Lichtstrahlen und Strahlenabwinkelung

-Linsen, die auf der Unterfläche ferrometallisch sind, um auf der Magnettafel zu haften

Somit mussten wir improvisieren und basteln.8

4.2.1.1 Beschreibung der Protokollskizze

VA-1 : Das parallel in die Sammellinse-SL eintretende Licht verläuft nach dem Linsenaustritt konvergent zum Brennpunkt-BP auf der optischen Achse (Lichtstrahlenverlauf-LSV von rechts nach links).

VA-2 : Zum Nachweis der Umkehrbarkeit des Lichtes wird der LSV aus dem BP heraus divergent zur SL geführt und tritt wieder parallel heraus.

divergent

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Zu 4.2.1.1) VB-1 : Das parallel in die Zerstreuungslinse-ZL eintretende Licht verläuft nach dem Linsenaustritt divergent (Lichtstrahlenverlauf-LSV von rechts nach links).

VB-2 : Zum Nachweis der Umkehrbarkeit des Lichtes in einer ZL werden konvergent austretende Lichtstrahlen aus einer Sammellinse in eine ZL symmetrisch geführt, wo diese dann wieder parallel austreten (siehe unten aufgeführte Skizze).

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4.2.1.2) Versuchsanordnung:

-Metalltafel senkrecht stehend

-Linsen mit doppelseitigem „Teppichbodenklebeband“ auf Magnetstreifen aufgeklebt

-drei untereinander parallel strahlende Halogenlampen, an einem Gestänge befestigt

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Zu 4.2.1.2)

Foto mittels Digitalkamera von VA-1 & 2

Sammellinse Sammellinse

LSV-parallel divergent konvergent

Brennpunkt-f-

Umkehrbarkeit

LSV-parallel

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Fotos mittels Digitalkamera von VB-2

Zu 4.2.1.2)

Fotos mittels Digitalkamera von VB-1

Sammellinse

divergent

parallel

parallel

parallel

Zerstreuungsline

Zerstreuungsline

konvergent

Umkehrbarkeit13

Zu 4.2.1.2) (Darstellung bei optimalen Vesuchs-bedingungen bzw. mit den „Originalen Geräten“)

Die digitalen Fotos der Folien 12 und 13 geben leider nicht exakt wieder, was ein Versuchsaufbau mit entsprechender Gerätschaft wiedergegeben hätte (siehe Beispiel: Bilder 04 / 05)

Bild 04 Bild 05

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4.2.2 Strahlenverlauf in der Animation:

Die Verlinkung erfolgt auf der nächsten Seite, durch Anklicken wird man direkt zur Animation geführt. Die Animation bietet den großen Vorteil, den Verlauf des „Rand“-, Achsen- und des Mittelstrahles übersichtlich, schrittweise und zeitlich unbegrenzt darzustellen !

Die Schüler sollen hier außer dem eigentlichen Strahlenverlauf zum besseren Verständnis auch vermittelt bekommen, dass eine Linse aus vielen kleinen Prismen besteht, deren Größe, Material (Stoff) und Körperwinkel Einfluss auf die „Brechzahl“ haben.

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bitte den aufgeführten Link-“Animation“ mit der rechten Maustaste anklicken, dann Hyperlink öffnen :

Animation

Zu 4.2.2 Animation – Strahlenverlauf des Lichts

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5.0 Diskussion zum Gesamtvortrag

Fachlich:

-Besser wären wie auch in der Internetanimation, 5 statt 3 Strahlen dargestellt (konnte aber mit dieser selbst gebauten Apparatur nicht realisiert werden).

-Streng genommen ist zu erwähnen, dass theoretisch kein exakt gleicher Brennpunkt aller Strahlen erfolgen kann. Achsenferne Strahlen liegen weiter vorn im Brennpunkt.

-Eine weitere Möglichkeit wäre, die Schüler selbst einen Strahlenverlauf mittels Stecknadeln kennzeichnen zu lassen.

Didaktisch:

-Zur Themeneinführung eine detailliertere Einleitung.

-Sofern im Unterrichtsraum kein Internetanschluss vorhanden ist, muss die Animation vorher herunter geladen werden.

-Magnetband in Linsenform ausschneiden.

-Versuchsaufbau/Lichtstrahlenverlauf wie auch in der Animation von links nach rechts darstellen, Chronologie zur Theorie beachten.

-Lob über den improvisierten Versuchsaufbau der Gruppe „B“.17

6.0 Quellennachweis:

-Folie 4 Bild 01/02/03

http://www.Klassenarbeiten.de/referate/physik/fernrohr/fernrohr_5.htm

-Folie 6 – Info 02

-Folie 8 – Animation = http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09/grundwissen/12linsenform/linsenform.htm

-Folie 09/10 Protokollskizze vom 10.01.2007 – Udo Kleinkoenen

-Folie 14 – Bilder 04/05 Strahlenverlauf – Konvex/Konkav– (unbekannt aus Internet)

Doppelklick !

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