Optik (1)

Videos:

1) → Licht und optische Wahrnehmung | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Lichtquellen I Lichtausbreitung I Optik I musstewissen Physik

3) → Selbst leuchtende Körper und beleuchtete Körper | Physik - Optik | Lehrerschmidt

Zusätzliche Videos:

1) → Quarks & Co. Optische Täuschungen

2) → Optische Täuschungen die dir den Kopf zerbrechen

Aufgaben:

1. Auf der Folie hast du Beispiele für künstliche und natürliche Lichtquellen gesehen. Nenne jeweils fünf weitere (!) Beispiele für die beiden Gruppen.
2. "Feuer" lässt sich der Gruppe der natürlichen Lichtquellen zuordnen, es kann aber auch den künstlichen Lichtquellen zugeordnet werden. Wie ist es möglich, dass es zu beiden Gruppen gehört? Erläutere!
3. Du kannst Lichtquellen weiterhin in die Gruppen "selbstleuchtend" und "beleuchtet" einteilen. Den Unterschied kannst du gut erkennen, wenn du sie in einen dunklen Raum mitnimmst. Was stellt man dann fest? Beschreibe den Unterschied und nenne zu jeder Gruppe 5 Beispiele (Du hast auf der ersten Folie auch Beispiele gesehen). 
4. Die Abbildung zeigt dir einen Raumfahrer:
   a) Warum können wir ihn sehen? Was ist dafür notwendig?
   b) Du siehst auch die Erde unter dem Raumfahrer. Aber im Hintergrund ist der Weltraum völlig schwarz. Was ist der Grund dafür?
5. Auf Folie (02) ist das Bild eines Buches mit einer Leselampe dargestellt. Was sollen die Pfeile bedeuten? Was will man damit zum Ausdruck bringen? Die Pfeile haben verschiedene Richtungen, erkläre das auch bei deiner Antwort.
6. Auf der Folie steht der Satz "Sehen bedeutet aber auch: Informationsverarbeitung im Gehirn". Schau dir dazu die Bilder und Videos zu den optischen an. Dann weißt du sicher was damit gemeint ist. Beschreibe deine Beobachtungen an drei Beispielen von optischen Täuschungen und erkläre was da im Gehirn passiert und der Grund dafür.

Videos:

1) → Modell Lichtstrahl und Lichtbündel | Optik - Physik | Lehrerschmidt

2) → Lichtausbreitung

3) → Der Schatten: Definition, Entstehung und Form – Physik | Duden Learnattack

4) → Licht = Strahl ?!

Aufgaben:

Schau dir die Abbildungen in der Bildergalerie Optik 1 an.

1. In Abbildung 1 siehst du eine Taschenlampe. 
   a) Beschreibe das Bild und verwende dabei Fachbegriffe.
   ​b) Die Glühbirne in der Taschenlampe sendet Licht ja eigentlich nach allen Seiten aus (vgl. Abb. 2). Wie entsteht die  beleuchtete Struktur an der Wand in Abbildung 1 und warum ist nicht die ganze Wand beleuchtet? Mach dazu eine Skizze in  dein Heft.
2. Schau dir die Lampe in Abbildung 3 an. Beschreibe die Abbildung und erläutere, weshalb wir das dargestellte "Muster" an der Wand sehen.
3. In Abbildung 4 siehst du Scheinwerfer. Eigentlich können wir Lichtstrahlen und Lichtbündel doch gar nicht sehen. Hier kannst du aber den Verlauf der Lichtbündel gut erkennen. Was ist der Grund dafür? (Hinweis: Im Herbst ist auch das Licht der Scheinwerfer von Autos auf ähnliche Weise sichtbar.)
4. Um welche Art von Lichtbündel handelt es sich in Abbildung 5? Erläutere, wie das Lichtbündel entsteht.
5. In Abbildung 6 siehst du unsere Sternwarte, hier finden gerade Himmelsbeobachtungen statt. Um welche Art von Lichtbündel handelt es sich in dieser Abbildung? Erläutere, wie das Lichtbündel entsteht und wofür man es hier verwendet.
6. In Abbildung 7 siehst du wie Sonnenlicht auf eine Lupe trifft. Was kannst du über den Verlauf der Sonnenstrahlen VOR und NACH dem Durchgang durch die Lupe sagen? Beschreibe die jeweiligen Lichtbündel, verwende Fachbegriffe.

Videos:

1) → Die Entdeckung der Lichtgeschwindigkeit - Schnellgedacht

Aufgaben:

1. Wie weit ist die Entfernung von Erde und Sonne?
2. Welche Entfernung hat der Jupiter von der Sonne?
3. Informiere dich über den Planeten Jupiter. Du kannst dir dafür zur fünften Station unseres Planetenwegs in der Schule gehen (Hinweis: Der Planetenweg ist auch online verfügbar: Planetenweg KL [Link]). Beantworte die Fragen: 
   a) Wie lange dauert eine Umrundung von Jupiter um die Sonne?  
   b) Welchen Durchmesser hat der Jupiter? 
   c) Welchen Durchmesser hat die Erde? 
   d) Jupiter hat über 60 Monde! Nenne fünf weitere Monde von Jupiter.
4. Die Entfernung von Jupiter und Erde ich nicht immer gleich. 
   a) Was ist die größte Entfernung zwischen diesen beiden Planteten?
   b) Was ist die kleinste Entfernung zwischen diesen beiden Planteten?
   c) Welche Zeitspanne liegt (ungefähr) zwischen dem größten und dem kleinsten Abstand zu Jupiter?
5. Wie lange benötigt der Mond Io für eine Umrundung um den Jupiter?
6. Warum hatte Roemer seine Beobachtungen über den Zeitraum von mindestens etwa einem ganzen Jahr machen müssen?
7. Jupiter hat über 60 Monde. Ein weiterer Mond heißt "Europa" (Wie unser Kontinent). Hätte man die Lichtgeschwindigkeit auch durch seine Beobachtung bestimmen können? Begründe deine Überlegungen.

Video:

1) → Schatten - Schattenraum - Schattenbild | Physik - Optik | Lehrerschmidt

1. Johann Wolfgang von Goethe war ein berühmter deutscher Dichter. Er war aber auch Naturforscher und hat einmal gesagt: "Wo Licht ist, da ist auch Schatten".

   a) Was hat er damit gemeint? Welche Bedeutung hat das Zitat für uns in der Physik? Erläutere kurz.

   b) Es ist aber auch im "übertragenen Sinne" gemeint. Was will man damit ausdrücken? Erläutere kurz die Bedeutung dieses Zitats. 

2. Um einen Schatten zu sehen sind verschiedene Voraussetzungen nötig. Welche sind das?
3. Wir können unsere Umwelt sehen, auch wenn die Sonne hinter den Wolken nicht sichtbar ist. Es muss also genügend Licht vorhanden sein. Aber wie sieht der Schatten dann aus? Vergleiche ihn mit deinem Schatten an einem sonnigen Tag. Beschreibe und erläutere.
4. Der Begriff "Schatten" ist aus der Sicht der Physik nicht genau genug. Wir unterscheiden zwischen Schattenraum und Schattenbild. Was ist der Unterschied? Erläutere an einem Beispiel.
5. Auf den Abbildungen 9a, 9b, 9c (siehe Bildergalerie Optik 1) ist ein zylindrischer Gegenstand abgebildet. Sein Schatten sieht jeweils sehr unterschiedlich aus. Wie kommt das jeweilige Schattenbild zustande? Erläutere!
6. Auch im Weltall ist der Schatten wichtig. Kannst du den Wechsel von Tag und Nacht erklären? 

Videos:

1) → Licht und Schatten I Optik I musstewissen Physik

2) → Der Schatten: Definition, Entstehung und Form – Physik | Duden Learnattack

Schau dir das Video Physik / Optik: Kern- und Halbschatten [6:00] an. Zeichne dann die Abbildungen in dein Heft. Achte genau auf die Abstände, verwende die Hilfslinien (karierte Linien). Konstruiere dann jeweils den Schattenraum und bestimme die Schattenbereiche auf dem Schirm. Bestimme jeweils die Bereiche des Halbschattens und des Kernschattens. Beachte: Je nach Position der einzelnen Bestandteile des Versuchs kann es sein, dass kein Kernschatten entsteht.

Videos:

1) → Wie entsteht eine Sonnenfinsternis?

2) → Mondfinsternis - Wie kommt es dazu? - Faszination Wissen

3) → Naturschauspiel: Die längste Mondfinsternis des Jahrhunderts | SWR

4) → Blutmond über Deutschland - So schön war die Mondfinsternis am 28.09.2015

5) → Totale Mondfinsternis: Video-Animation erklärt den Blutmond

6) → Mondfinsternis und Blutmond | tolle Aufnahmen vom 27.07.2018 | Lehrerschmidt

7) → Sonnenfinsternis 2015 | Harald Lesch & Josef M. Gaßner

Aufgaben:

1. Wie oft kommt es auf der Erde zu einer Sonnenfinsternis („Sofi“)?
2. Warum sehen wir nur so selten eine Sonnenfinsternis in Kaiserslautern, dafür aber öfters eine Mondfinsternis? 
3. Was ist der Unterschied zwischen einer "totalen Sonnenfinsternis" und einer "partiellen Sonnenfinsternis"? (Hinweis: (Verwende in deiner Antwort die gelernten Begriffe Kern- und Halbschatten)
4. Wann war die letzte totale Sofi in KL sichtbar? 
5. Wann wird die nächste Sonnenfinsternis / Mondfinsternis („Mofi“) stattfinden und ist sie in Kaiserslautern sichtbar? (Hinweis: Du hast auf der Themenseite dazu ein eingebundenes Skript das dir dabei helfen kann das herauszufinden.)
6. Was ist bei einer Sofi zu beachten?
7. Sind bei einer Mofi auch Schutzmaßnahmen erforderlich?
8. Wie oft kommt es im Jahr zu einer Mondfinsternis?
9. Was versteht man unter einem "Blutmond"?
10. Erkläre die Begriffe "Penumbra" und "Umbra". Fertige dazu eine Skizze an.

Videos:

1) → Die Mondphasen erklärt | Lightsaviors

2) → Wieso gibt es Mondphasen?

3) → Der Mond - Mythen & Fakten | Harald Lesch

Aufgaben:

1. Skizziere die Stellung der Himmelskörper Sonne, Mond und Erde bei Vollmond, Halbmond und Neumond.
2. Wie lange benötigt der Mond für eine Umkreisung der Erde?
3. Der Mond wird von der Sonne beleuchtet. Wie viel Prozent seiner Oberfläche ist beleuchtet?
4. Der Mensch war bereits auf dem Mond gelandet. Wann war der erste Mensch auf dem Mond und wie war sein Name?
5. Welchen Satz sprach der erste Astronaut beim Betreten der Mondoberfläche?
6. Wir sehen immer die gleiche Seite des Mondes. Die Rückseite können wir von der Erde aus nie sehen. Wieso eigentlich? Erläutere.
7. Der Mond entfernt sich langsam von der Erde. Welche Entfernung hat er von der Erde heute und um welchen Betrag ändert sich dieser Abstand pro Jahr?

Zusätzliche Videos:

1) → Reflexion am ebenen Spiegel | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Das Reflexionsgesetz I musstewissen Physik

3) → Diffuse Reflexion | alpha Lernen erklärt Physik

Videos:

1) → Wie funktionieren Spiegel? | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Reflexionsgesetz | Optik - Physik | Lehrerschmidt

3) → Totalreflexion

Zusätzliche Videos:

1) → Brechung der Lichtstrahlen | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Lichtbrechung und Trugbilder I musstewissen Physik

3) → Optische Hebung und Lichtbrechung

1. Was versteht man unter Lichtbrechung?
2. Was heißt „optisch dicht“ und „optisch dünnes Medium“? Wie kann man sich das vorstellen?
3. Nenne drei Beispiele für Stoff-Paar von denen eines optisch dicht und eines optisch dünn ist.
4. Lichtbrechung tritt nicht immer auf. Unter welchen Umständen ist die Lichtbrechung nicht zu beobachten?
5. Wovon hängt die Brechung von Licht an der Grenzfläche zweier optischer Medien ab? 
6. Übertrage die folgenden Sätze in dein Heft und bewerte die Aussagen:
   a) Beim Übergang von dichteren ins optisch dünnere Medium wird das Licht zum Lot hin gebrochen.   
    richtig  falsch
   b) Beim Übergang vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium ist der Einfallswinkel größer als der Ausfallswinkel (Brechungswinkel).
    richtig  falsch
7. Schau dir die Abbildungen 15 und 16 in der Bildergalerie 3 an.  Übertrage die Abbildungen zunächst in dein Heft und skizziere dann den weiteren Verlauf des Lichtstrahls. Zeichne dabei auch jeweils das Lot und den Einfalls- und Brechungswinkel ein. Der Brechungswinkel beträgt in diesem Beispiel beim Übergang von Luft in Fensterglas 32° (Abbildung 15) und beim Übergang von Fensterglas nach Luft 78°.
8. Ein Lichtstrahl trifft unter einem Einfallswinkel von 70° aus der Luft auf eine Wasseroberfläche. Bestimme den Brechungswinkel mit dem Skript auf der Themenseite und zeichne den Verlauf des Lichtstrahls in der Seitenansicht in deinem Heft (Abbildung wie bei Aufgabe7).
9. Bestimme den Brechungswinkel für die folgenden Übergänge. Verwende dafür das Skript auf der Themenseite:
   a) Luft → Wasser, Einfallswinkel = 30° ; Brechungswinkel = _____ 
   b) Luft → Wasser, Einfallswinkel = 60° ; Brechungswinkel = _____ 
   c) Luft → Fensterglas, Einfallswinkel = 30° ; Brechungswinkel = _____ 
   d) Luft → Fensterglas, Einfallswinkel = 60° ; Brechungswinkel = _____ 
   e) Luft → Diamant, Einfallswinkel = 50° ; Brechungswinkel = _____ 
   f) Wasser → Luft, Einfallswinkel = 30° ; Brechungswinkel = _____ 
   g) Fensterglas → Luft, Einfallswinkel = 30° ; Brechungswinkel = _____ 

Videos:

1) → Totalreflexion | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Totalreflexion (Versuch)

1. Was versteht man unter der Totalreflexion?
2. Totalreflexion kann nur unter bestimmten Bedingungen vorkommen. Bewerte die folgenden Aussagen:
   a) Totalreflexion kann nur beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium vorkommen. 
    richtig  falsch
   b) Totalreflexion kann nur beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium vorkommen. 
    richtig  falsch
   c) Totalreflexion kann beim Übergang Luft→Wasser vorkommen. 
    richtig  falsch
   d) Totalreflexion kann beim Übergang Fensterglas→Wasser vorkommen. 
    richtig  falsch
   e) Totalreflexion kann beim Übergang Wasser→Luft vorkommen. 
    richtig  falsch
3. Erstelle eine Tabelle und bestimme die Brechungswinkel für den Übergang von Wasser nach Luft für die Einfallswinkel von 35° bis 55° in 1°-Schritten. Was fällt dir hierbei auf?
4. Bestimme den Grenzwinkel der Totalreflexion für den Übergang Fensterglas nach Luft. 
5. Was passiert, wenn Licht unter einem Einfallswinkel von 55° von unten auf eine Wasseroberfläche (Grenzfläche zur Luft) trifft? 
   A) Skizziere den Verlauf des Lichtstrahls in der Seitenansicht in deinem Heft.
   B) Welche Abbildung in der Bildergalerie 3 (Themenseite Optik – www.mathe-physik-technik.de) entspricht diesem Vorgang?   
6. Was passiert, wenn Licht unter einem Einfallswinkel von 0° von unten auf eine Wasseroberfläche (Grenzfläche zur Luft) trifft? Skizziere den Verlauf des Lichtstrahls in der Seitenansicht in deinem Heft.
7. Was passiert, wenn Licht unter einem Einfallswinkel von 0° von oben (aus der Luft) auf eine Wasseroberfläche trifft? 
   A) Skizziere den Verlauf des Lichtstrahls in der Seitenansicht in deinem Heft.
   B) Welche Abbildung in der Bildergalerie 3 entspricht diesem Vorgang?