Arbeitsblatt: Optik

OPTIK WIE WIR SEHEN WAHRNEHMEN ARBEITSPLAN Aufgabe Seite Sozialform Den Lichtstrahlen auf der Spur 3-5 PA Dem Reflexionsgesetz auf der Spur 6-7 EA Spiegeltricks 8 EA Die Münze im Becken 9 alle Den Fisch erlegen 10 PA Das Auge 11 EA Camera Obscura 12-13 PA Weit- und Kurzsichtigkeit 14 EA Sehschwäche, Blindheit 15 PA Was macht die Lupe 16 EA/PA *Katze und Mensch 17 EA gelöst korrigiert gesehen von LP LERNZIELE 1. Ich kann erklären, wie sich Lichtstrahlen ausbreiten und was passiert, wenn sie auf einen Gegenstand treffen. S.3-4 2. Ich weiss, wann der Schatten grösser und wann er kleiner wird. S.5 *3. Ich kann erklären, wie Licht reflektiert wird und kann dies auf einer Zeichnung einzeichnen. S.6-8 *4. Ich kann das Phänomen der Lichtbrechung erklären. S.9-10 5. Ich kann den Aufbau des Auges beschreiben. S.11 6. Ich weiss was eine Camera Obscura ist. S.12-13 7. Ich weiss was Weit- und Kurzsichtigkeit ist und kann sie auf einem Modell des Auges einzeichnen. S.14 2 DEN LICHTSTRAHLEN AUF DER SPUR Material: • LED-Taschenlampen • Staubiger Lappen • 2 Kartons • Nadel, Ahle oder spitze Schere • Schattenfigur Versuch 1 Zünde mit der LED- Taschenlampe an eine helle Wand (oder an die Decke). Das Zimmer muss finster sein. Schüttle einen staubigen Lappen so, dass Staub zwischen Taschenlampe und Wand (bzw. Decke) kommt. Versuch 2 Stich ein grosses Loch (Durchmesser ca. 7 mm) in den einen Karton und ein kleines Loch (Durchmesser ca. 2 mm) in den anderen Karton. Halte zuerst den Karton mit dem grossen Loch, dann den mit dem kleinen Loch vor die Taschenlampe und führe den Versuch 1 erneut durch. 3 Notiere deine Beobachtungen zum Versuch 1 und 2 und entscheide dann, ob nachstehende Aussagen richtig oder falsch sind. Wenn du eine Frage nicht beantworten kannst, darfst du den Versuch nochmals durchführen. 1. Ein Lichtstrahl aus einer Taschenlampe wird mit zunehmender Entfernung schmaler und der Lichtfleck kleiner. stimmt 2. Taschenlampen strahlen das Licht mehrheitlich in eine bestimmte Richtung. stimmt stimmt nicht, weil . . stimmt nicht, weil . . 3. Trifft das Licht auf einen stimmt Gegenstand, so siehst du dort einen Lichtfleck. stimmt nicht, weil . . 4. Mit zunehmender Entfernung von stimmt stimmt nicht, weil der Lichtquelle verändert sich die Farbe des Lichtes. Es wird immer grüner. . . 5. Bei einem grossen Loch ist der Lichtfleck grösser als bei einem stimmt kleinen Loch. stimmt nicht, weil . . 6. Licht breitet sich geradlinig aus. stimmt stimmt nicht, weil . . 7. Licht macht manchmal Kurven. stimmt stimmt nicht, weil . . 8. Du kannst das Licht erst sehen, wenn es auf einen Gegenstand (wie zum Beispiel auf eine Wand stimmt stimmt nicht, weil . oder ein Staubkorn) trifft. . 4 à Lies die Seite 24 im Natech zur Vertiefung. Versuch 3 1. Zündet die Taschenlampe an und richtet sie auf eine weisse Wand. Haltet die Taschenlampe ganz still. Nehmt eine Schattenfigur (ein Gegenstand ca. 10- 20cm gross) und haltet sie vor das Licht. Bewegt sie nun gegen die Wand. Wann ist die Figur am grössten, wann am kleinsten? Wann ist der Schatten scharf (klar) und wann weniger? 2. Nehmt eure Schattenfigur und halte sie mit ein bisschen Abstand vor die Wand. Nehmt die Taschenlampe und zündet sie auf die Figur. Haltet die Figur still und bewegt die Taschenlampe vor und zurück. Wann ist der Schatten am grössten und wann am kleinsten? Wann ist der Schatten scharf (klar) und wann weniger? 3. Versucht nun die Schattenfigur möglichst klein auf die Wand abzubilden. Wie müsst ihr die Taschenlampe halten? Wie müsst ihr die Schattenfigur halten? 4. Haltet deine Schattenfigur mit etwas Abstand vor die Wand. Zündet nun mit zwei Taschenlampen auf die Figur. Was beobachtet ihr? 5 DEM REFLEXIONSGESETZ AUF DER SPUR Material: Vorbereitung 1. Stecke den Spiegel in den Schlitz des Styroporblocks 2. Rolle das schwarze Papier zu einer Röhre, in die die Taschenlampe gerade hineinpasst. • Styroporblock mit Schlitz, damit der Spiegel senkrecht steht • Spiegel • LED-Taschenlampe • Schwarzes Papier (ca. 1010 cm) • Karton (ca. 55 cm) • Japanmesser 3. Schneide mit dem Japanmesser einen schmalen Schlitz in den Karton. Durchführung 1. Baue alles so auf, wie es auf dem Bild zu sehen ist. Zeichne einen Strich senkrecht zum Spiegel. Der Lichtstrahl soll an dieser Stelle auf den Spiegel treffen. Tipp: Um ein gutes Resultat zu erzielen, solltest du den Spiegel leicht nach vorne kippen. Lege dazu ein kleines Stück Karton unter den hinteren Teil des Styroporblocks. 2. Beschreibe die Richtung der Lichtstrahlen. 6 3. Verschiebe die Lampe so, dass sie unter einem anderen Winkel auf den Spiegel trifft. Stimmt deine Beschreibung von vorhin noch? 4. *Knifflig: Erkläre, warum ein Spiegel, in welchem du dich ganz siehst, nicht bis an den Boden reichen muss. Kannst du mit einer Zeichnung herausfinden, wie gross der Spiegel mindestens sein muss, damit du dich ganz sehen kannst? 7 SPIEGELTRICKS 1. Die Sonne scheint durchs Fenster. Maja möchte mit einem Spiegel Pitt am Pult hinter ihr blenden. Wie muss sie den Spiegel halten, damit das klappt? Zeichne den Spiegel und den Lichtstrahl in der Skizze ein. Lichtstrahl Fenster Maja Pitt 2. Das Zimmer ist so eingerichtet wie auf der Zeichnung unten. Wo müsstest du einen Spiegel aufhängen, damit du sehen könntest, wer zur Türe hineinkommt? Wo müsste ein Spiegel aufgestellt werden, damit man von der Türe zum Fenster hinausschauen könnte? Tür Fenster Schreibtisch Hohes Gestell Stuhl 8 DIE MÜNZE IM BECKEN Material: • Münze • Kleines Becken mit undurchsichtigem Rand • Gefäss mit Wasser • Wenig Plastilin Vielleicht hast du auch schon beobachtet, dass beim Stehen in niedrigem Wasser die Beine verkürzt wirken. Durch die Brechung, die auf dieser Seite erarbeitet wird, kann diese Beobachtung erklärt werden. Vorbereitung 1. Die Münze wird in der Mitte des Beckens mit etwas Plastilin befestigt. Die Schülerinnen und Schüler stellen sich so auf, dass sie die Münze gerade nicht mehr sehen. Durchführung 1. Eine Schülerin oder ein Schüler füllt nun vorsichtig Wasser in das Becken. 2. Beschreibe, was du beobachtest Versuch: Die Münze im Becken Material: • Münze • Kleines Becken mit undurchsichtigem Rand • Gefäss mit Wasser • Wenig Plastilin 9 DEN FISCH ERLEGEN Material • Trinkhalm • Stricknadel • kleine Kugel aus Knete (Durchmesser ca. 5 mm) • Behälter mit Wasser Ihr könnt selbst erkunden, welche Fähigkeiten Speerfischer haben • Klebstreifen müssen. Durchführung 1. Befestigt die kleine Knetkugel am Boden des Beckens. (Die Knete stellt den Fisch dar). Füllt das Becken mit Wasser. Stellt euch aufrecht vor das Becken und klebt den Trinkhalm so auf den Rand des Beckens, dass ihr die Knete durch den Trinkhalm hindurchsehen könnt. 2. Lasst nun die Stricknadel durch den Trinkhalm gleiten, ohne dass ihr die Stellung des Trinkhalms verändert (Vielleicht müsst ihr ihn noch mit der Hand festhalten!). Trefft ihr den Fisch? Beschreibt genau, was geschehen ist. Macht auch eine Skizze in der Seitenansicht. Zeichnet, wo die Nadel gelandet ist. à Lest zur Vertiefung S.25 im Natech 10 DAS AUGE Beschrifte das Auge mit Hilfe des Natechs S. 26 und dem Internet. Wie man am Verlauf der Lichtstrahlen im Auge erkennen kann, erzeugt die Augenlinse auf der Netzhaut ein umgekehrtes und seitenvertauschtes Bild. Erst im Gehirn findet (unbewusst) ein „Umdenken statt, das aus den empfangenen Bildsignalen wiederum ein aufrechtes Bild konstruiert 11 CAMERA OBSCURA – DIE LOCHKAMERA Lateinisch für [Zimmer] und [obscura] Das Prinzip Die Geschichte Das Prinzip entdeckte bereits Aristoteles ca. 350 v.Chr. Die Araber stellten um 980 bereits erste Versuche mit einer Lochkamera an. Ende des des 13. Jahrhunderts beobachteten Astronomen mit Hilfe der Sonnenflecken und Sonnenfinsternisse, um nicht mit blossem Auge in die Sonne blicken zu müssen. 12 WIR BAUEN EINE CAMERA OBSCURA 13 WEIT- UND KURZSICHTIGKEIT Zu den häufigsten Sehfehlern zählen die so genannte Weit- beziehungsweise Kurzsichtigkeit. • Bei der Weitsichtigkeit ist der Augapfel „zu klein, das von der Augenlinse erzeugte Bild liegt also hinter der Netzhaut. In diesem Fall kann eine geeignete Sammellinse Abhilfe schaffen, welche die Brechkraft des sich ergebenden Linsensystems erhöht beziehungsweise seine Brennweite reduziert. • Bei der Kurzsichtigkeit ist der Augapfel „zu groß, das von der Augenlinse erzeugte Bild liegt also vor der Netzhaut. In diesem Fall kann eine geeignete Zerstreuungslinse Abhilfe schaffen, welche die Brechkraft des sich ergebenden Linsensystems herabsetzt beziehungsweise seine Brennweite erhöht. 14 SEHSCHWÄCHE, BLINDHEIT 1. Was bedeutet es blind zu sein? Diskutiert miteinander und schreibt eure Ergebnisse auf. 2. Geht nach draussen und versucht mit den verschiedenen Brillen (Röhrenblick, Verdunklungsbrille, Sehschwäche) herumzulaufen. Wie fühlt es sich an? 3. Versucht einander einen Ball zuzuwerfen mit den Brillen an. Danach macht ihr dasselbe noch mit einem Pamir. Was ist besonders schwierig? 4. Lest zusammen S. 29 im Natech. *Für Schnelle: Lest den Text über eine Taubstumme. Videotipp: Mein Papa ist blind: Porträt einer außergewöhnlichen Familie (ca.10min.) 15 WAS MACHT DIE LUPE? Material: • Lupe • Weisses Papier • Kerze In deinem Auge hast du eine Linse. In diesem Auftrag kannst du erforschen, welche Funktion die Linse in deinem Auge hat. 1. Schau dir die Lupe genau an. Beschreibe und zeichne. 2. Betrachte einen Gegenstand mit der Lupe. Wo musst du die Lupe hinhalten, damit der Gegenstand vergrössert wird? 3. Zünde eine Kerze an und versuche, die Flamme auf ein weisses Papier abzubilden. Was stellst du fest? Wähle etwa 30 cm Abstand zwischen Kerze und weissem Papier. 16 *KATZE UND MENSCH: SEHEN VERGLEICHEN 1. Betrachte das abgebildete Auge genau? Was fällt dir auf? 2. Vergleiche das Sehen von Mensch und Katze. Katzenaugen Katzen haben keine runden Pupillen, sie haben Schlitz-Pupillen. Diese verengen sich bei starkem Licht bis zu einer ganz schmalen Spalte. Deshalb können Katzen auch direkt in die Sonne schauen. Katzen können ihre Augen nur wenig nach links oder rechts bewegen, umso beweglicher ist ihr Kopf. Damit gleichen sie diese geringe Beweglichkeit wieder aus und ihr Sichtwinkel umfasst 200. Dass die Augen durch die geringere Beweglichkeit stärker nach vorne gerichtet sind, führt zu einem besseren räumlichen Sehvermögen. Auch auf Distanz und in der Nacht sehen Katzen besser als wir Menschen. In der Dunkelheit werden die Pupillen ganz rund und lassen die grösstmögliche Lichtmenge ein. Da im Katzenauge sehr viele Sehstäbchen sind, ist die Netzhaut viel lichtempfindlicher. Das spärliche Licht in der Dunkelheit wird also viel besser aufgefangen und somit sehen Katzen nachts besser. Was ist gleich, was ist anders? 17