Physik – Optik – Wo entsteht das Bild?

Wo entsteht das Bild?

Versuchsvideo (ohne Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Abbildungen, Abhängigkeit von Bildweite, Brennweite und Gegenstandsweite
Klassenstufen	7 bis 8
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: Brenn- und Gegenstandsweiten messen. die Abhängigkeiten eines scharfen Bilds an einer Linse von der Bildweite, der Brennweite und der Gegenstandsweite untersuchen.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler wissen bereits, dass Sammellinsen das Licht bündeln. Es ist hilfreich, wenn auch der Fachbegriff Brennweite bekannt ist. Das Experiment „Bilder erzeugen mit einer Lupe“ sollte vorab durchgeführt worden sein.

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• Sammellinse (f = +50 mm)
• Sammellinse (f = +100 mm)
• Sammellinse (f = +200 mm)
• Smartphone
• Halterung für Smartphone
• 2 optische Schienen
• 2 Reiter für die optische Schiene
• Schirmhalterung
• weiße Pappe als Schirm

Als weiße Pappe für den Schirm eignet sich Passepartout-Karton sehr gut.

Eine Bilddatei für das „F“ auf dem Smartphone finden Sie hier oder unter dem folgenden QR-Code. Sie können die Bilddatei als Foto auf dem Smartphone abspeichern und dann anzeigen lassen. Für die Dauer des Versuchs empfiehlt es sich, in den Geräteeinstellungen das automatische Abschalten des Handybildschirms  zu deaktivieren. Der Bildschirm des Smartphones sollte zudem auf die maximale Helligkeit eingestellt werden.

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cornelsen-experimenta.de/NuT-hybrid

Hinweise zur Vorbereitung

Der Versuch kann sowohl von Lernenden als auch als Demonstrationsexperiment durchgeführt werden. Aufgrund des explorativen Charakters ist es jedoch vorzuziehen, wenn die Lernenden selbst experimentieren. Dabei gilt es zu bedenken, dass dieses Experiment vergleichsweise komplex ist, insbesondere da die Begriffe Bild-, Brenn- und Gegenstandsweite nicht selten vertauscht werden. Für leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler mag daher die Erarbeitung anhand des Videos eine geeignete Unterstützung bieten.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Im Experiment „Bilder erzeugen mit einer Lupe“ haben die Schülerinnen und Schüler gelernt, dass das Bild nur in einem bestimmten Abstand scharf ist. Diese Erkenntnis kann anhand eines Fotos des Aufbaus wiederholt werden. Wenn anschließend eine Abbildung des menschlichen Auges gezeigt wird, erkennen die Schülerinnen und Schüler jedoch, dass der Abstand von der Linse zur Netzhaut (= Bildweite) immer konstant ist. Es muss somit noch weitere Einflussfaktoren geben. Diese Einflussfaktoren können in einer Hypothesennennung erarbeitet werden, wobei sich vorab eine kurze Murmelphase anbietet. Dabei sollten insbesondere der Abstand zwischen Gegenstand und Augenlinse und Eigenschaften der Linse (zum Beispiel die Wölbung) genannt werden.

Verdunkeln Sie den Raum so weit wie notwendig. Ein vollständig verdunkelter Raum ist für das Experiment jedoch nicht notwendig.

Zur weiteren Sicherung und Vertiefung nach der Erarbeitung bietet sich die Kopiervorlage an, bei der die Anforderungen an die Lernenden schrittweise ansteigen. Auch die interaktiven Übungen bieten die Möglichkeit der Sicherung und weiteren Vertiefung.

Hinweise zur Auswertung

Zur Auswertung des Experiments kann die Protokollvorlage genutzt werden. Dabei protokollieren die Lernenden ihre Werte in Form von Tabellen. Bei Schwierigkeiten beim Ablesen der Werte im Schülerexperiment kann das Experimentalvideo geeignete Unterstützung bieten, da hier das Ablesen erläutert wird. Die Messwerte finden Sie in einer Tabelle zum Download.

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

Die hinter dem Experiment stehende Linsengleichung $$\frac{1}{b}\ +\frac{1}{g} = \frac{1}{f}$$ (b für Bildweite, f für Brennweite, g für Gegenstandsweite) und ihre Umformung $$b = \frac{1}{\frac{1}{f}–\frac{1}{g}}$$ erscheinen für die Schülerinnen und Schüler als zu komplex und sollte, wenn überhaupt, nur im Sinne einer Binnendifferenzierung für leistungsstärkere Lernende thematisiert werden.

 

Autor: Miriam Küpper & Dr. Alexander Küpper