Experimente zur Optik

Ausbreitung des Lichts

Die folgenden Experimente beziehen sich auf den Abschnitt Ausbreitung des Lichts.


Licht im Nebel

Material:

  • Eine Nebelmaschine oder ein Räucherstäbchen
  • Eine (oder mehrere) Taschenlampen

Durchführung:

  • Erzeuge Nebel oder Rauch mit einer Nebelmaschine oder einem Räucherstäbchen. Dunkle den Raum ab und leuchte mit einer Taschenlampe in die Rauch- bzw. Nebelschwaden.
  • Kannst Du die einzelnen Lichtbündel der Lampen auf diese Weise direkt beobachten?
  • Weshalb nehmen wir die einzelnen Lichtbündel ohne Rauch bzw. Nebel nicht wahr?

Schattenspiel 1

Material:

  • Eine Glühbirne mit Fassung und Anschlusskabel
  • Verschiedene Gegenstände und/oder Formen aus Karton

Durchführung:

  • Stelle in einem abgedunkelten Raum eine Glühbirne in etwa zwei Meter Entfernung von einer weißen Wand auf. Platziere in einem Abstand von etwa einem halben Meter verschiedene Gegenstände vor die Lampe. Beobachte den Schatten der Gegenstände auf der weißen Wand.
  • Lässt sich anhand der Formen der Schatten und dem Verlauf der Schattengrenzen auf eine geradlinige Ausbreitung des Lichts schließen?
  • Wie verändert sich die Größe der Schatten, wenn Du den Abstand der Gegenstände von der Lampe veränderst?

Schattenspiel 2

Material:

  • Zwei Kerzen oder zwei Glühbirne mit Fassung und Anschlusskabel
  • Ein quaderförmiger Karton

Durchführung:

  • Stelle eine Kerze und einen aufrecht stehenden Karton hintereinander vor einer weißen Wand oder einem optischen Schirm auf und achte auf das Schattenbild. Stelle dann eine zweite Kerze neben die erste und schiebe die Kerzen abwechselnd auseinander und wieder zusammen.
  • Wie verändert sich das Schattenbild durch die zweite Kerze?
  • Durch welche Kerze(n) werden der Kernschatten und die beiden Halbschatten verursacht?
  • Wie verändert sich das Schattenbild, wenn Du das Licht je einer der beiden Kerzen mit der Hand abschirmst?

Schattenspiel 3

Material:

  • Ein Tennisball
  • Eine dünne Schnur
  • Eine Taschenlampe oder Experimentierleuchte

Durchführung:

  • Hänge einen Tennisball mit einer dünnen Schnur an der Zimmerdecke oder an einem Stativ auf. Beleuchte den Ball mit einer Experimentierleuchte, dunkle den Raum ab und beobachte den Ball aus verschiedenen Richtungen. Halte dabei ein Auge geschlossen.
  • Von welcher Position aus erscheint der Ball voll beleuchtet, von wo aus erkennt man nur einen sichelförmigen Teil des Balls?
  • Lassen sich die Beobachtungen auf die Lichtformen des Mondes übertragen?

Reflexion von Licht

Die folgenden Experimente beziehen sich auf den Abschnitt Reflexion von Licht.


Spiegelbild einer Kerze 1

Material:

  • Eine Kerze
  • Eine kleine (Plexi-)Glasplatte mit Halterung
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Spiegelung einer Kerze an einer (halb-)transparenten Glasplatte

Durchführung:

  • Stelle vor eine senkrecht stehende (Plexi-)Glasplatte eine brennende Kerze. Stelle eine zweite, nicht brennende Kerze in gleichem Abstand hinter die Glasplatte.
  • Blicke von vorne, d.h. von der brennenden Seite aus durch die Glasplatte. Was kannst Du beobachten?
  • Wie lässt sich die Beobachtung mit Hilfe des Reflexionsgesetzes erklären?

Spiegelbild einer Kerze 2

Material:

  • Eine Kerze
  • Ein Schuhkarton o.ä.
  • Zwei Spiegel
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Spiegelung einer Kerze an zwei gegenüber stehenden Spiegeln

Durchführung:

  • Stelle zwei Spiegel entlang der kurzen Seiten in einen Schuhkarton. Stelle eine brennende Kerze vorsichtig in die Mitte zwischen beide Spiegel.
  • Was kannst Du beobachten? Wie lässt sich die Beobachtung mit Hilfe des Reflexionsgesetzes erklären?

Spiegelbild einer Kerze 3 (“Schottischer Adventskranz”)

Material:

  • Eine Kerze
  • Zwei kleine (Metall-)Spiegel mit Halterung
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Spiegelung einer Kerze an zwei zueinander senkrecht stehenden Spiegeln (Anordnung von oben betrachtet).

Durchführung:

  • Stelle die beiden (Metall-)Spiegel im rechten Winkel zueinander auf, so dass ihre Kanten sich berühren. Stelle mittig zu beiden Spiegeln eine brennende Kerze.
  • Was kannst Du beobachten, wenn Du auf beide Spiegel gleichzeitig blickst?

Richtung eines gespiegelten Lichtbündels

Material:

  • Eine Experimentierleuchte mit Blende (oder ein kleiner Laser)
  • Ein kleiner Spiegel mit Halterung
  • Ein gewölbter Spiegel (optional)
  • Ein Gradmesser (Kopiervorlage: PDF (A4), SVG)
fig-reflexionsgesetz-gradmesser

Beobachtung des Reflexionsgesetzes mit Hilfe eines Gradmessers.

Durchführung:

  • Lege einen Gradmesser auf einen Tisch oder eine erhöhte Experimentierunterlage und stelle einen kleinen Spiegel mit Hilfe einer Halterung in die Mitte des Gradmessers. Positioniere eine Experimentierleuchte so, dass ein dünnes Lichtbündel den Spiegel trifft und sowohl der einfallenden wie auch die reflektierten Lichtstrahlen am Gradmesser erkennbar sind.
  • Messe bei unterschiedlichen Positionen der Experimentierleuchte jeweils den Winkel \alpha des einfallenden und den Winkel \alpha ' des reflektierten Lichtstrahls. Was stellst Du fest?
  • Funktioniert der Versuch auch mit einem breiteren Lichtbündel?
  • Wiederhole den Versuch mit einem gewölbten Spiegel. Gilt das Reflexionsgesetz auch in diesem Fall?[1]

Lichtbrechung

Die folgenden Experimente beziehen sich auf den Abschnitt Lichtbrechung.


Tief im Wald, die hohe Eiche..

Material:

  • Ein Reagenzglas mit Stopfen
  • Ein ausgedrucktes Din-A4-Blatt “Tief im Wald – Die hohe Eiche”
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Tief im Wald – Die hohe Eiche (Kopiervorlage).

Durchführung:

  • Fülle ein Reagenzglas mit Wasser und verschließe es mit einem Stopfen. Wenn Du das Reagenzglas kippst, sollten möglichst keine Luftbläßchen mehr zu sehen sein. Lege ein farbig ausgedrucktes Blatt mit den zwei Zeilen “TIEF IM WALD” und “DIE HOHE EICHE” auf einen Tisch und positioniere das Reagenzglas der Länge nach auf der Schrift.
  • Rolle das Reagenzglas auf und ab, so dass Du entweder die obere oder die untere Zeile durch das mit Wasser gefüllte Reagenzglas beobachten kannst. Was stellst Du fest?
  • Welchen Einfluss haben die Farben und die Form des Reagenzglases auf die Lichtbrechung?
  • Funktioniert der Versuch auch mit einem leeren Reagenzglas?

Der verschwundene Bleistift

  • Eine kleine, quaderförmige (Plexi-)Glasschale
  • Ein Bleistift
  • Wasser

Durchführung:

  • Fülle Wasser in die Glasschale und lasse sie etwas über die Kante eines Tischs hinausragen. Achte dabei gut darauf, dass die Schale nicht herunterfallen kann!
  • Lege einen Bleistift quer über die Glasschale.
  • Versuche den Bleistift von der Unterseite der Glasschale aus zu betrachten. Bis zu welchem Blickwinkel kannst Du den Bleistift erkennen? Wie kannst Du die Beobachtung anhand der Totalreflexion an der Wasseroberfläche erklären?

Anmerkung:

[1]Ist kein gewölbter Spiegel vorhanden, so kann ein provisorischer Spiegel mit Hilfe eines runden Gegenstandes, Karton, Alufolie und Klebeband selbst hergestellt werden.

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