Arbeitsblatt: Skript zur Optik

PHYSIK 3.SEK 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA OPTIK 1 PHYSIK 3.SEK 1 OPTIK 2 INHALTSVERZEICHNIS: 1 INHALTSVERZEICHNIS: 2 2 AUSBREITUNG . 4 2.1 Lichtquellen:. 4 2.2 Lichtbündel und Lichtstrahlen: 4 2.3 Aufgaben:. 5 3 LICHT UND SCHATTEN : 5 3.1 Schatten und Halbschatten: 5 3.2 Sonnenlicht: 6 3.3 Aufgaben:. 7 4 SPIEGELUNGEN . 7 4.1 Spiegel . 7 4.2 Spezielle Spiegel: 9 4.3 Aufgaben:. 11 5 5.1 6 BRECHUNG 11 Aufgaben:. 12 DAS AUGE: . 12 6.1 Bau: 12 6.2 Linsenarten: 13 6.3 Augenkorrekturen: . 14 7 OPTISCHE GERÄTE :. 15 7.1 Lochkamera:. 15 7.2 Fotoapparat:. 16 7.3 Diaprojektor: 16 7.4 Hellraumprojektor:. 17 7.5 Fernrohr:. 17 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK 7.6 8 OPTIK 3 Aufgaben:. 17 FARBEN 18 8.1 Spektralfarben:. 18 8.2 Regenbogen: 18 8.3 Additive Farbmischung:. 19 8.4 Subtraktive Farbmischung: . 19 8.5 Vierfarbendruck: 20 8.6 Aufgaben:. 20 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK 2 OPTIK 4 AUSBREITUNG 2.1 LICHTQUELLEN: Wir unterscheiden natürliche Lichtquellen und künstliche Lichtquellen. Nicht alle leuchtenden Körper sind selbstleuchtend. Die meisten Körper sieht man nur, wenn sie von einer Lichtquelle bestrahlt werden. 2.2 LICHTBÜNDEL UND LICHTSTRAHLEN: Licht breitet sich gradlinig nach allen Seiten aus. Durch verschiedene Arten von Blenden lässt es sich bündeln. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 5 Laufen die Randstrahlen eines Lichtbündels parallel, spricht man von einem Lichtstrahl. Besondere Bedeutung kommt hier den Laserstrahlen zu, die nicht nur für fantastische Lichtshows eingesetzt werden sondern auch in der Technik zum Fräsen und Schneiden oder zum genauen Steuern von Bohrmaschinen im Tunnelbau. 2.3 AUFGABEN: 1. Suche Sätze, in denen der Begriff Optik nicht physikalisch verwendet wird. 2. Nenne a)5 natürliche und 5 künstliche Lichtquellen und b) 5 selbstleuchtende Gegenstände und 5, die nicht selber leuchten. 3. Wie verbreitet sich das Licht a) einer Glühbirne, b) einer Spotlampe, c) einer Taschenlampe? 4. Lies den Text zum Tunnelbau im Buch S. 7. Schreibe dazu 3 Sätze ins Heft. 3 LICHT UND SCHATTEN 3.1 SCHATTEN UND HALBSCHATTEN: Licht breitet sich gradlinig aus. Das bedeutet, dass Hindernisse seine Ausbreitung verhindern. Wir sprechen von Schatten. Mit Hilfe der Randstrahlen lassen sich die Schattenbilder darstellen. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 6 Geht das Licht von mehreren Lichtquellen aus, entstehen neben den Schatten auch noch Teilschatten, so genannte Halbschatten. 3.2 SONNENLICHT: Während die Sonne eine Lichtquelle ist, sind Erde und Mond nur sichtbar, wenn sie von der Sonne bestrahlt werden. Die Bestrahlung der Erde durch die Sonne ist verantwortlich für Tag- und Nachtwechsel aber auch für die Jahreszeiten. Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn sich der Mond genau vor die Sonne schiebt. Bei Mondfinsternis dagegen, schiebt sich die Erde vor den Mond. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 7 3.3 AUFGABEN: 1. Lies den Text zum Thema Schatten im Buch 13. Schreibe dazu 3 Sätze ins Heft. 2. Eine Lichtquelle ist 4 cm von einem 2 cm breiten Gegenstand entfernt. Zeichne den Schatten, der auf die 8 cm entfernte Leinwand fällt. 3. Baue eine einfache Sonnenuhr. 4. Erkläre den Ablauf von Tag und Nacht, von Sommer und Winter 5. Lies im Buch die Zusammenfassung 15. Erkläre die fett gedruckten Wörter im Heft. 6. Unter dem Link www.zum.de/dwu findest du im Internet unzählige Arbeitsblätter zur Physik. Schaue nach, was du zum Thema Schatten findest. 7. Zeichnet mit dem Hellraumprojektor eure Silhouetten 4 SPIEGELUNGEN 4.1 SPIEGEL 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 8 Fallen Lichtstrahlen auf eine glatte Oberfläche, z.B. einen Spiegel, werden sie mit dem gleichen Winkel reflektiert. Es entsteht eine gerichtete Reflexion. Es gilt: Einfallswinkel Reflektionswinkel Fallen Lichtstrahlen auf eine raue Oberfläche, werden die einfallenden Strahlen in ganz verschiedenen Richtungen reflektiert. Es entsteht eine Streuung des Lichts. Spiegelbild und reales Bild sind bezüglich des Spiegels symmetrisch. Das virtuelle Bild hat den gleichen Abstand vom Spiegel wie das reale Bild. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK 4.2 SPEZIELLE SPIEGEL: Hohlspiegel: Mit Hohlspiegeln können Lichtstrahlen genau gerichtet werden. Verwendung bei Autoscheinwerfern, Taschenlampen usw. Periskop: 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA OPTIK 9 PHYSIK 3.SEK OPTIK 10 Mit einem Periskop kann in einem Unterseeboot, das sich nur wenig unter Wasser befindet, die Umgebung beobachtet werden. Glasfaserlampen und Endoskope: Glasfasern spiegeln das Licht immer wieder innerhalb der Faser, so dass es nicht aus dieser austritt. Daher kann mittels Glasfasern der Lichtstrahl fast beliebig abgelenkt werden. Die Medizin macht sich dies mit den Endoskopen zu Nutze, mit denen man Licht in den Körper bringen kann, z.B. in den Magen, um diesen zu untersuchen. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 11 4.3 AUFGABEN: 1. Schreibe das Wort Physik in dein Heft: Spiegle es nun horizontal und vertikal. 2. Schreibe in Spiegelschrift deinen Namen und deine Adresse auf. 3. Erkläre wie das Spiegelbild auf Seite 6 entstehen kann. 4. Stelle zwei Spiegel rechtwinklig zueinander auf. Beobachte dich darin genau. 5. Was passiert bei einem zweitürigen Badezimmerspiegelschrank? 6. Studiere die Form der Fernsehantennen. Was fällt dir auf? 7. Was ist an der Beschriftung der Polizei- und Ambulanzfahrzeuge speziell? Wozu ist das gut? 8. Baue mit Karton ein Periskop. 5 BRECHUNG Das Licht wird, wenn es von einem Stoff in einen andern geht, also z.B. an einer Wasseroberfläche, gebrochen. Beim Übergang Luft-Wasser wird der Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen. Beim Übergang Wasser-Luft wird der Lichtstrahl vom Lot weg gebrochen. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 12 5.1 AUFGABEN: 1. Gib in eine leere Tasse eine Münze Was passiert, wenn du die Tasse mit Wasser füllst? 2. Gib in ein Glas Wasser etwas Milch. Leuchte mit der Taschenlampe ins Wasser. 3. Lies im Buch die Zusammenfassung 21. Schreibe dazu 3 Sätze ins Heft. 6 DAS AUGE: 6.1 BAU: 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 13 Das Licht tritt durch die Pupille in das Auge und trifft zuerst auf die Linse. Diese kann sich mit einem Muskel zusammenziehen, so dass sie je nach dem flacher oder mehr gewölbt ist. Die Linse macht, dass das Abbild des Gegenstandes genau auf der Netzhaut entsteht. So können wir die Lichtimpulse wahrnehmen und ans Gehirn weiter leiten. Dieses setzt die Impulse wieder zu einem Bild zusammen. 6.2 LINSENARTEN: Sammellinsen: Mit Sammellinsen, so genannten konvexen Linsen, werden parallel laufende Lichtstrahlen in einem Punkt, dem Brennpunkt gebündelt. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 14 Zerstreuungslinsen: Mit Zerstreuungslinsen, den so genannten konkaven Linsen, werden parallel verlaufende Lichtstrahlen gestreut. 6.3 AUGENKORREKTUREN: Ist das Auge etwas zu lang oder etwas zu kurz, fallen die Abbilder nicht genau auf die Netzhaut. Mit einer entsprechenden Linse, einer Brille, kann das Bild richtig abgebildet und die Augen unterstützt werden. Mit zunehmendem Alter lässt die Leistung des Linsenmuskels nach. Dies führt dazu, dass er sich weniger zusammenzieht, die Linse sich daher weniger wölbt und man vor allem in der Nähe nicht mehr sehr klar sieht. Deshalb müssen dann viele Leute eine Brille mit einer Sammellinse tragen. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK 7 OPTIK 15 OPTISCHE GERÄTE 7.1 LOCHKAMERA: Mit einer Lochkamera, einer Camera obscura, lassen sich bereits einfache Fotos machen. Mit einem kleinen Loch auf der einen Seite tritt Licht in die Schachtel ein. Auf einem Bildschirm, z.B. Pergamentpapier, lässt sich ein Bild des fotografierten Gegenstandes erkennen. Montiert man statt des Bildschirms einen Fotofilm in der Kamera, entstehen belichtete Fotos. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 16 7.2 FOTOAPPARAT: auf dem Kopf steht. Die Lichtstrahlen treten durch die Blende, die je nach Lichtstärke kürzer oder länger geöffnet wird, in den Fotoapparat. Auf der Linse, die sich im Objektiv befindet, werden die Strahlen gebrochen und dann auf den Film gerichtet. Hier entsteht ein kleines Bild, das 7.3 DIAPROJEKTOR: Damit das Dia auf der Leinwand richtig erscheint, muss es auf dem Kopf in den Projektor geschoben werden. Das Licht der Lampe wird, durch Hohlspiegel und Kondensor verstärkt, auf das Dia geleitet. Da der Abstand vom Dia zum Objektiv kurz und derjenige zur Leinwand gross ist, wird das Bild stark vergrössert. Damit das Dia nicht schmilzt, muss der Apparat mit einem Ventilator ständig gekühlt werden. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 17 7.4 HELLRAUMPROJEKTOR: Der Hohlspiegel reflektiert auch beim Hellraumprojektor die Lichtstrahlen und wirft sie auf den Kondensor. Diese Linse wäre eigentlich wegen ihrer Grösse sehr dick und schwer. Die spezielle Fresnel-Linse erlaubt eine leichte Bauweise. Die Folie wird über den Umlenkspiegel auf die Projektionsfläche reflektiert. 7.5 FERNROHR: Mit einer Sammellinse, dem Objektiv, wird der weit entfernte Gegenstand abgebildet. Dieses Bild, das ja scheinbar nahe ist, wird mit einer zweiten Sammellinse, dem Okular, dann auf der Netzhaut unseres Auges wieder abgebildet. Weil wir mit unserem Auge die Abbildung abbilden, haben wir den Eindruck, der Gegenstand sei näher herangerückt. 7.6 AUFGABEN: 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 18 1. Baue eine Lochkamera. Du findest im Buch 22 eine Anleitung. 2. Lies den Text zum Diaprojektor und zum Hellraumprojektor im Buch S. 26. Schreibe drei Sätze dazu. 3. Schau dir den Hellraumprojektor im Schulzimmer genau an und erkläre ihn deinem Banknachbarn. 4. Untersuche speziell die Fresnel-Linse. Zeichne sie ins Heft und erkläre sie. 5. Baue mit zwei Linsen ein einfaches Fernrohr. 6. Warum wohl kann man mit einer Lupe ein Feuer entzünden? Was muss man dabei beachten. 8 FARBEN 8.1 SPEKTRALFARBEN: Weisses Licht lässt sich mit einem Prisma zerlegen. Das Licht wird damit in die Spektralfarben aufgefächert. Es sind dies die Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Vereinigt man das Licht mithilfe einer Sammellinse wieder, entsteht erneut weisses Licht. Neben dem Spektrum für sichtbares Licht gibt es auch das für den Menschen unsichtbare infrarote und ultraviolette Licht. 8.2 REGENBOGEN: 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK OPTIK 19 Trifft weisses Sonnenlicht auf Regentropfen, so wird dieses an der Grenzfläche Luft-Wasser gebrochen und die Farben damit getrennt. Im Innern des Tropfens werden die Farbstrahlen reflektiert und beim Austritt aus dem Wassertropfen schliesslich noch einmal gebrochen. 8.3 ADDITIVE FARBMISCHUNG: Bei der additiven Farbmischung wird verschiedenfarbiges Licht auf dieselbe Stelle gelenkt und überlagert. Dadurch entstehen Mischfarben. Mit Rot, Grün und Blau lassen sich alle andern Farben mischen. Rot, Grün und Blau sind daher die Grundfarben der additiven Farbmischung. Die additive Farbmischung spielt beim Fernsehen, bei Bildschirmen und bei Bühnenbeleuchtungen eine wichtige Rolle. Farben, die zusammen weiss geben nennt man Komplementärfarben. 8.4 SUBTRAKTIVE FARBMISCHUNG: 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA Magenta PHYSIK 3.SEK OPTIK 20 Fällt Licht auf einen Körper, wird dieses von diesem zum Teil reflektiert und zum Teil absorbiert ( aufgenommen). Reflektiert der Körper das gelbe Licht, erscheint er uns gelb. Reflektiert der Körper alles Licht, erscheint er uns weiss. Nimmt er dagegen Gelbauf, sehen wir ihn schwarz. Cyan alles Licht 8.5 VIERFARBENDRUCK: Grundfarben der subtraktiven Farbmischung Soll ein Bild farbig gedruckt werden, wird es zuerst in feine Farbpunkte gerastert. In vier Schichten wird das Bild mit den Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz zusammengesetzt. 8.6 AUFGABEN: 1. Fange mit einem Spiegel Sonnenlicht auf und reflektiere es auf eine weisse Fläche. Was siehst du? 2. Lies im Buch 39 den Text zum Regenbogen. Schreibe dazu drei Sätze ins Heft. 3. Lies den Text 40 zum farbigen Kleid und mache mit einem Pulli einen entsprechenden Versuch. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA PHYSIK 3.SEK 4. Studiere S. 41 die Zusammenfassung. 20070306-215250OPTIK_2006.DOC EA OPTIK 21