Unterrichts-Einsichten  -  Schuljahr 2007/2008  -  Physik 8f

Optik
2007-08-30

• Die Farben, die wir sehen, sind nicht "wirklich" vorhanden. Der Farbeindruck entsteht erst in unserem Gehirn.
  Etwa 8% der Männer und 0,8% der Frauen haben eine Rot-Grün-Sehschwäche. Siehe dazu den Wikipedia-Artikel unter der Adresse
  http://de.wikipedia.org/wiki/Rot-Grün-Sehschwäche
  Weitere Artikel, z.B. zur "Farbenblindheit" findet man ebenfalls auf Wikipedia an anderer Stelle.
• Das Bild, das unser Auge aufnimmt, steht auf dem Kopf. Unserer Gehirn dreht es wieder "richtig herum".
  Durch eine spezielle Brille kann man oben und unten, aber auch rechts und links vertauschen. Nach einiger Zeit (einigen Tagen) sieht man aber wieder "richtig".
• Frage: Wie geschieht das Sehen? 

2007-09-05

• Beim Sehen gehen keine "Strahlen" vom Auge aus zum Gegenstand, um diesen "abzutasten", sondern Licht fällt auf den Gegenstand, wird reflektiert und fällt dann in unser Auge.
• Licht breitet sich gradlinig aus.
• Eine punktförmige Lichtquelle strahlt einen Schirm an. In den Strahlengang setzt man einen Gegenstand, der einen Schatten wirft.
  Den Bereich des Schattens kann man auf dem Blatt oder mit Geogebra auf dem Bildschirm konstruieren, indem man die "Randstrahlen" zeichnet, die von der Lampe aus gerade eben noch an dem Gegenstand vorbeilaufen.
• Aufgabe: Zeichne eine zweite Lichtquelle und ermittle durch das Zeichnen der Randstrahlen, an welchen Stellen der Schirm beleuchtet wird.

2007-09-12

• Da die Sonne am Tag draußen meistens die einzige Lichtquelle ist, sollten alle Schatten sehr dunkel sein. Es sollte keinen Halbschatten geben und nur Kernschatten.
  Da aber die Gegenstände um uns herum das Sonnenlicht reflektieren (je weißer und je glatter, desto intensiver), ist die ganze uns umgebende Welt meistens so hell, dass wir auch im Schatten liegende Gegenstände gut erkennen können.
• Auch am Himmel gibt es Schatten: Der Mond zeigt sich als Vollmond, Halbmond und Neumond.
  • Der Mond wird durch die Sonne nur von einer Seite angestrahlt. Diese Seite des Mondes ist hell, die andere Seite ist dunkel.
  • Bei Vollmond sehen wir den Mond aus der Richtung, in der auch die Sonne den Mond bestrahlt. Die Erde befindet sich also zwischen Sonne und Mond.
    Den Vollmond können wir also nur sehen, wenn unser Standort nicht von der Sonne beschienen wird, wenn es also Nacht ist.
  • Bei Neumond sehen wir die dunkle Seite des Mondes. Sonne und Erde müssen also auf verschiedenen Seiten des Mondes sein.
    Wir schauen also in Richtung Sonne, wenn wir den Neumond sehen wollen. Bei uns muss deshalb Tag sein.
  • Bei Halbmond sehen wir eine helle Hälfte und eine dunkle Hälfte des Mondes gleichzeitig. Sonne und Mond sehen wir in einem Winkel von etwa 90°.
  • Bei nicht maßstabgetreuen Zeichnungen an der Tafel könnte man den Eindruck haben, durch die überwältigende Größe der Sonne würde fast der ganze Mond beschienen werden.
    Die sehr großen Entfernungen im Sonnensystem bewirken aber, dass nicht viel mehr als die Hälfte des Mondes von der Sonne beleuchtet wird.
    Dazu ein Link: Das Sonnensystem maßstabgetreu dargestellt.

2007-09-13

• Der Mond benötigt einen Monat, um einmal um die Erde herumzulaufen.
• Der Mond wendet dabei der Erde immer die gleiche Seite zu. Daraus folgt:
  • Der Mond dreht sich einmal im Monat um sich selbst.
  • Würde man auf dem Mond wohnen, so "hinge" die Erde immer an derselben Stelle am Himmel.
    Durch die Erddrehung hätte man eine natürliche Uhr: Die Schattengrenze zwischen Tag und Nacht wandert um die Erde herum wie ein Uhrzeiger über das Zifferblatt.
• Der Mars hat 2 Monde: Phobos und Deimos. Da Phobos weniger als 1 Marstag und Deimos mehr als 1 Marstag für einen Umlauf um den Mars benötigen, ergibt es sich, dass trotz gleicher Umlaufrichtung um den Mars sich vom Mars aus gesehen die Monde in entgegengesetzte Richtung zu bewegen scheinen.
• Ausführliche Informationen zum Mars und seinen Monden gibt es im Internet z.B. auf Wikipedia.

2007-09-19

• Wir haben gelernt, dass sich Licht geradlinig ausbreitet (Strahlenmodell des Lichts).
• Hält man nicht belichtetes Fotopapier gegenüber von einem Baum mit braunem Stamm, grüner Krone und einem roten Apfel an der Krone, so gelangt das Licht auf das Papier und belichtet es.
  Da aber alle Teile des Baumes ihr Licht auf das ganze Papier schicken, gibt es ein Gemisch und man kann nichts erkennen.
  Für ein Foto des Baumes muss das Licht eines einzelnen Baumteils ganz allein auf einen bestimmten Platz des Fotopapieres fallen.
  Das kann man z. B. dadurch erreichen, dass man das Licht durch ein kleines Loch in einer ansonsten undurchsichtigen Fläche fallen lässt. Dann trifft das Licht hinter der Fläche auf ein genau bestimmtes Stück des Fotopapiers.
• Einen entsprechenden Geräteaufbau (Lochkamera genannt) haben wir mit Hilfe von DynaGeo und Geogebra konstruiert. Man kann durch Variation der Lochbreite sehr schön sehen, wie das auf dem Fotopapier entstehende Bild scharf oder verwischt erscheinen wird.
• Eine fertige Lochkamera-Simulation findet Ihr hier.
• Hausaufgabe: Bau einer Lochkamera aus einer Konservendose und Pappe/Papier. Informationen dazu gibt es im Buch auf Seite 13.

2007-09-20

• Mit Hilfe der DynaGeo/Geogebra-Konstruktionen werden für verschiedene Anordnungen bei der Lochkamera folgende Größen gemessen:
  Gegenstandsgröße, Gegenstandsweite, Bildgröße, Bildweite
• Hausaufgabe: Welche Abhängigkeiten bestehen zwischen diesen Größen? Kann man Vorhersagen machen, wie sich eine Größe ändert, wenn man eine andere Größe verändert?

2007-09-26

• Im ersten Teil der Stunde kamen wir auf die Frage, ob der Geist des Menschen durch Hypnose von seinem Körper zeitweise getrennt werden könne (so dass der Geist im Nachbarraum etwas sehen könne, dieses Wissen wieder mit in den Körper des Menschen nehmen könne und der Mensch dann etwas wisse, von dem er eigentlich keine Ahnung haben könne).
  Wichtig in diesem Zusammenhang ist für einen Naturwissenschaftler folgendes Vorgehen, um verlässliche Informationen über den Vorgang zu gewinnen:
  • Der Hypnotiseur und sein Medium (=der hypnotisierte Mensch) müssen in dem Raum ohne jeglichen Kontakt nach außen sein.
  • Der Versuch muss doppelt verblindet sein: Der Hypnotiseur und das Medium dürfen nicht wissen, was es im Nachbarraum zu sehen gibt.
  • Kein anderer Mensch in dem Raum darf wissen, was es im Nachbarraum zu sehen gibt. Es darf einfach keinen Kontakt von diesem Raum zum anderen Raum geben.
• Falls wirklich ein Mensch auf diese Art (Hypnose) Informationen aus einem verschlossenen Bereich erhalten könnte, könnte er sich sehr viel Geld bei einem Herrn Randi in Amerika abholen (beim Link unter dem Stichwort "Deutschland" nachsehen).
• Bei der Auswertung der "Versuchsergebnisse" mit der GeoGebra-Simulation zur Lochkamera fanden wir folgende Gesetzmäßigkeit heraus: .
  Dabei bedeuten G: Größe des Gegenstandes ; B: Größe des Bildes ; g: Entfernung des Gegenstandes vom Loch der Lochkamera ; b: Entfernung des Bildes vom Loch der Lochkamera.
• Hausaufgabe: Abschätzung, wie weit man mit der Lochklamera von einem bestimmten Gegenstand entfernt sein muss, damit das Bild eine vorher bestimmte Größe hat.

2007-09-27

• Strukturen von Formeln bei Proportionalitäten erkennen am Beispiel der Abbildungsgleichung für die Lochkamera: oder .
  gleiche Buchstaben nebeneinander, große und kleine Buchstaben jeweils übereinander
  oder
  gleiche Buchstaben übereinander, große und kleine Buchstaben jeweils nebeneinander
• Frage: Breitet sich Licht wirklich immer geradlinig aus? Hinweis auf begrenzte Gültigkeit der physikalischen Modelle: Ablenkung des Lichts in der Nähe der Sonne.
• Beginn: Reflexion von Licht an einem Spiegel.
  Aufnahme einer Messung zur Reflexion
  Hausaufgabe: Auswertung der Messung: Tabelle in Calc anlegen.

2007-10-04

• Versuchsauswertung mit Calc-Diagramm.
• Ergebnis: Einfallswinkel = Ausfallswinkel
  Der Winkel zwischen dem ankommenden Lichtstrahl und einer zum Spiegel senkrecht stehenden Linie ist genau so groß wie der Winkel zwischen dieser Linie und dem refelktierten Lichtstarhl.
• Versuch: Brennende Kerze vor einer Glasscheibe. Hinter der Glasscheibe eine nicht brennende Kerze in einem mit Wasser gefüllten Glas.
  Es sieht so aus, als wenn die Kerze im Wasserglas auch brennen würde.
  Merkwürdig ist, dass es aus allen Richtungen des Klassenraums so aussieht, als wenn die Kerze im Wasserglas brennen würde.
  Mit einem Geogebra-Arbeitsblatt soll untersucht werden, wo die Kerzen stehen müssen, damit dieser Eindruck erzeugt wird:
  2 Beobachter sehen die nicht brennende Kerze. Das Spiegelbild der brennenden Kerze muss aus derselben Richtung zum Beobachter kommen. Untersuche, wo die brennende Kerze stehen muss.

2007-10-10

• In einem gekrümmten Spiegel sieht man sich kleiner, größer, auf dem Kopf stehend, richtig stehen.
  1. Hausaufgabe: Mit einem glänzenden Silberlöffel diese Fälle ausprobieren.
• Wie ist der Strahlverlauf bei einem Hohlspiegel?
  2. Hausaufgabe: Konstruktion des Strahlverlaufs mit GeoGebra.
  Anleitung:
  1. Kreis mit Punkt und Mittelpunkt
  2. Gerade durch die beiden Punkte (ergibt die "optische Achse")
  3. 3 Punkte irgendwo auf dem Kreis
  4. Durch jeden der 3 Punkte eine Parallele zur optischen Achse
  5. Die Radien zu den 3 Punkten zeichnen lassen
  6. Die Parallelen jeweils am zugehörigen Radius spiegeln.
  3. Hausaufgabe: Wenn sich die 3 Punkte in der Nähe der optischen Achse befinden: Was fällt beim Verlauf der gespiegelten Strahlen auf?

2007-10-11

• Besprechung der Reflexion an Hohlspiegeln und Wölbspiegeln
• Hausaufgabe: GeoGebra-Arbeitsblätter zu Hohlspiegel und Wölbspiegel (die besten Exemplare werden hier veröffentlicht).

2007-10-17

• Berechnung eines Wasservolumens, Fischestechen mit Zeigestock und Massestück, Messung zur Lichtbrechung
• weitere Informationen fehlen hier, weil Ihr alle ein Stundenprotokoll anfertigen müsst.

2007-10-18

• Wir haben gesehen: Ein in Wasser gehaltener gerade Stab schein an der Wasseroberfläche abgeknickt zu sein.
  Ihr könnt das am Computer nachvollziehen mit dieser Simulation.
  Weitere Informationen zur Lichtbrechung findet Ihr bei Wikipedia.
• In einem Versuch haben wir Licht aus Luft in einen Plexiglaskörper gelenkt.
  In der Auswertung mit den gemessenen Einfalls- und Ausfallswinkeln konnten wir erkennen, dass für kleine Winkel Einfalls- und Ausfallswinkel fast (aber wirklich nur näherungsweise!)  proportional (siehe blaue Gerade im Diagramm) sind. Für Einfallswinkel ab etwa 45° wachsen jedoch die Ausfallswinkel langsamer an als die Einfallswinkel:
  

2007-11-06

• Beim Übergang von einem optisch dünneren zu einem optisch dichteren Stoff wird das Licht zum Einfallslot hingebrochen. Es ergeben sich Messergebnisse wie oben dargestellt.
• Beim Übergang von einem optisch dichteren Stoff zu einem optisch  dünneren Stoff wird das Licht vom Einfallslot weggebrochen. Nun existiert nicht mehr für jeden Einfallswinkel ein Ausfallswinkel. Für die "verbotenen" Winkel wird das gesamte Licht reflektiert. Man spricht von "Totalreflexion".
• Mit dieser Simulation könnt Ihr Euch die Totalreflexion veranschaulichen. Wählt z. B. den Übergang von Wasser zu Luft.
• Eine weitere Simulation, bei der ausprobieren kann, wie ein Fisch oder ein Taucher die Welt über Wasser sieht.
• Findet mit der ersten der beiden Simulationen heraus, welches Material das Licht am stärksten bricht, wenn das Licht von der Luft in dieses Material eintritt.

2007-11-07

• In der Simulation ist Diamant der Stoff, der Licht am stärksten ablenkt. Das habt Ihr gut herausgefunden.
• In der Stunde haben wir weitere Beispiele für Brechung des Lichts und Totalreflexion besprochen.
  Interessante Internetlinks zum Thema:
  • Simulation zur Totalreflexion: Taschenlampe leuchtet aus dem Wasser heraus.
  • Schöner Film zur Totalreflexion in einem Lichtleiter: Laserstrahl in ausfließendem Wasser
  • Wikipedia-Artikel zur Fata Morgana
  • Bilder zu Luftspiegelungen
  • Weitere Beispiele und Erklärungen zur Fata Morgana

2007-11-13

• Eine Wiederholung zum Thema Lichtreflexion, Lichtbrechung und Totalreflexion führte uns zu einem Exkurs über die Ausbreitung von Licht und anderen Wellen:
  • Licht breitet sich mit einer Geschwindigkeit von 300 000 km/s aus. (Mehr zur Lichtgeschwindigkeit, mit fast Lichtgeschwindigkeit durch die Tübinger Altstadt)
  • Da der Mond etwa 380 000 km von der Erde entfernt ist, braucht das Licht etwas mehr als 1 s , bis es von der Erde auf dem Mond angekommen ist.
  • Rundfunkwellen breiten sich auch mit Lichtgeschwindigkeit aus.
  • Beim Sprechfunk mit den Astronauten auf dem Mond trat nach jeder Frage von der Erdstation eine 2 bis 3 Sekunden lange Pause ein, bis die Mondbesatzung sich meldete. Das lag daran, dass die Signale zum Mond und wieder vom Mond zur Erde etwas mehr als 2 Sekunden gebrauchen.
  • Funksignale zum Mars sind mehrere Minuten unterwegs. Die dort fahrenden Fahrzeuge kann man also nicht direkt steuern, sondern man muss deren Bewegung vorprogrammieren und dann die Fahrzeuge sich selbst überlassen. (Ausführliche Informationen über den Mars, Über Marsmissionen)
  • Das Licht der Sonne braucht etwa 8,5 Minuten, bis es bei uns ist. Würde jemand die Sonne "ausknipsen", würden wir das also erst nach mehr als 8 Minuten merken.
  • Auch Schall braucht einige Zeit, um größere Entfernungen zurückzulegen.
  • Bei einem Echo hört man den reflektierten Ruf machmal erst mehrere Sekunden später.
  • Beim Starten eines 100-m-Laufes schlägt man zwei Klappen mit lautem Knall zusammen. Die Läufer sehen die Platten nicht, hören sie aber. Die Zeitnehmer am Ziel hören den Start-Schall erst mit Verzögerung, können aber die Uhren trotzdem richtig starten, weil sie das Startsiganl sehen.

2007-11-20

• Bei der Brechung von weißem Licht wird das Licht aufgespalten in verschiedenfarbiges Licht.
  Das blaue Licht wird am meisten abgelenkt, das rote Licht am wenigsten.
• Überlagern sich nach der Brechung die verschiedenfarbigen Lichtanteile, so entsteht daraus wieder weißes Licht.
  Diese Überlagerung von Licht nennt man additive Farbmischung.
  Aus den 3 Grundfarben rot, grün und blau kann man alle Farben des sichtbaren Lichts zusammensetzen. Anwendungen: Fernseher, Computer
• Wird von weißem Licht ein Teil (d. h. das Licht von bestimmten Farben) herausgefiltert, so entsteht eine neue Farbe.
  Hier spricht man von subtraktiver Farbmischung.
  Mit Filtern aus den 3 Grundfarben magenta (rötlich), gelb und cyan (bläulich) kann man ausgehend von weißem Licht alle Farben des sichtbaren Lichts herstellen. Anwendung: Druckerfarben eines Tintenstrahldruckers.

2007-11-21

• Wir haben gelernt, dass Atome verschiedenfarbiges Licht jeweils ganz bestimmter Farben aussenden,
  dass man durch Mischen verschiedenfarbigen Lichts weißes Licht erhalten kann (additive Farbmischung) und 
  dass am Fehlen bestimmter Farben im Licht der Sterne oder anderer Himmelskörper auf deren Zusammensetzung geschlossen werden kann.
• Teilweise überdeckende Farbfilter (magenta, gelb, cyan) zeigten uns, dass durch subtraktive Farbmischung neue Farben und schwarz (=kein Licht) entstehen können. Siehe Link zur subtraktiven Farbmischung.
• Nebeneinanderliegende Farbfilter (rot, grün, blau) auf dem Tageslichtprojektor zeigten uns, dass bei Überdeckung der Lichtkegel neue Farben und weiß(=alle Farben zusammen) entstehen können. Siehe Link zur additiven Farbmischung.

2007-11-27

• Wiederholung zur Arbeit
  Im Buch findet Ihr den Stoff zur Arbeit auf den Seiten 7 bis 40.
  Achtet bitte auch auf die Seiten mit den Aufgaben: 14, 28 - 30, 39 - 40

2007-11-28

• Wiederholung zur Arbeit
• Mit Linsen haben wir ein Bild von Lampen und der "Außenwelt" erzeugt.
  Man konnte auf den Bildern, die sich auf einem Blatt Papier zeigten, selbst Personen erkennen, die an der Schule vorbeigingen und auch Einzelheiten derder Lampen, die man sonst nicht erkennen kann, weil die Lampen zum direkt Hineinblicken zu hell sind.
  Wie diese Bilder entstehen und welche Funktion die Linse dabei hat, werden wir nach der Arbeit besprechen.

2007-12-04

• Klassenarbeit 1

---

weiter mit Elektrizitätslehre