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DidaktischeGrundversuche
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Universität Duisburg-Essen FB Physik Didaktik der Physik Berger, Kersting, Lange
SCHULORIENTIERTES EXPERIMENTIEREN I
WS 2006/2007
Gruppe B
Bettina Bonnemann Holger Hess Zeljko Malinovic
Ulla Daub Udo Kleinkoenen Helga Zimbelmann
Bilder aus: http://www.borromaeum.at/jb03_04/data/css/Borromaeum_Internet_48.htm
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
OPTIK
FARBMISCHUNG
&
FARBZERLEGUNG
Bild aus: http://leifi.physik.uni-muenchen.de
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Lehrplan Gymnasium Sek.I / Jahrgangsstufe 8
Strahlenoptik
• Licht an Grenzflächen
• Optische Linsen
• Der Sehvorgang; opt. Instrumente
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Unterrichtsempfehlung für den Wahlpflichtbereich NW
Hauptschule Jahrgangsstufe 9/10
• Lichtdurchgang durch planparallele Platten,
Prismen und Glasfaserkabel
• Dispersion und Farben
• Einführung in die Spektralanalyse
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Lernziele
Vorwissen
Experimente
Lehrplan Gesamtschule / Sek. I
• Sinne und Wahrnehmung (Jahrgangsstufe 5/6)2
• Die Geschichte der Erde (Jahrgangsstufe 7/8)3
• Gesundheit und Krankheit (Jahrgangsstufe 9/10)4
2 obligatorisch: Einsichten in die Eigenschaften von Strahlung und Licht3 obligatorisch: Erweiterung der Einsichten in die Eigenschaften von
Strahlung und Licht4 obligatorisch: Ausbau der Kenntnisse über Strahlung und Licht
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Thema
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Vorwissen
Experimente
Farbmischung und Farbzerlegung
1. Dispersion von Licht
Zusammenhang Wellenlänge/ Brechung
Zerlegbarkeit der Spektralfarben
kontinuierliches Spektrum
2. Mischung von farbigem Licht
Komplementärfarben
Farbaddition
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Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
• Geradlinige Ausbreitung des Lichtes
• Reflexion, Brechung des Lichtes
• Brechzahlen, opt. dichter und opt. dünner
• Farbe: Wellenlänge, im Auge registriert und im
Gehirn zum entsprechenden Eindruck verarbeitet
(fächerübergreifender Unterricht: Biologie/ Auge)
• Opt. Linsen / Brennpunkt
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Wie entsteht ein Regenbogen?
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
Leifi.physik.uni-muenchen.de
Leifi.physik.uni-muenchen.de
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Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Geräte und Anordnung
1. Newtonscher Versuch
Leifi.physik.uni-muenchen.de
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Erkenntnisse der Schüler:
• Weißes Licht besteht aus Spektralfarben
• Bestandteile des weißen Lichte werden durch
das Prisma unterschiedlich stark gebrochen.
• (Am stärksten wird blau und am schwächsten
wird rot gebrochen.)
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DidaktischeGrundversuche 2
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Lernziele
Vorwissen
Experimente
Ablenkung verschiedenfarbigen Lichtes durch
ein Prisma
Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Die Unzerlegbarkeit der Spektralfarben
2. Newtonscher Versuch
Leifi.physik.uni-muenchen.de
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Experimente
Geräte und Anordnung
2. Newtonscher Versuch
Leifi.physik.uni-muenchen.de
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DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Erkenntnisse der Schüler:
Eine Farbe des Spektrums wird durch ein
zweites Prisma gebrochen, kann aber nicht
weiter zerlegt werden.
DidaktischeGrundversuche 2
Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß
3. Newtonscher Versuch
Leifi.physik.uni-muenchen.de
Leifi.physik.uni-muenchen.de
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Thema
Lernziele
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Experimente
Versuchsanordnung zur Vereinigung der
Spektralfarben zu Weiß
Leifi.physik.uni-muenchen.de
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Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Farbaddition von Spektralfarben
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Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Erkenntnisse der Schüler:
• Bestätigung der Erkenntnis, dass weißes Licht
ein Gemisch von Licht aller Spektralfarben
darstellt.
• Blendet man eine Farbe des Spektrums aus, so
entsteht die Komplementärfarbe zum
ausgeblendeten Teil.
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Thema
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Vorwissen
Experimente
Wie entsteht ein Regenbogen?
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Thema
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Vorwissen
Experimente
Farbzerlegung weißen Lichtes am
Wassertropfenmodell
Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen
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Thema
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Vorwissen
Experimente
Diskussion
In der an den Einführungsvortrag anschließenden Diskussion im
Plenum wurde zu folgenden Punkten Stellung genommen:
1. zu fachlichen Aspekten des gewählten Themas und der
gewählten Experimente.
Es wurde angemerkt, dass es sinnvoll sei, die Farbaddition
(s.Folie 18) zuerst zu behandeln, da den Schülern diese bereits
aus dem Kunstunterricht bekannt sein dürfte.
Der Farbkreisel (s.Folie 16) stellt zwar einen der additiven
Farbmischung ähnelnden Effekt dar, allerdings birgt er auch die
Gefahr, dass er mit ihr gleichgesetzt wird.
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Thema
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Vorwissen
Experimente
Diskussion
In der an den Einführungsvortrag anschließenden Diskussion im
Plenum wurde zu folgenden Punkten Stellung genommen:
2. zum Vortrag selbst.
Der Vortrag wurde insgesamt als gut, ausführlich und
anschaulich bewertet. Die Schrift, bei einigen Quellenangaben,
war teilweise zu klein. Weiße Schrift auf hellem Grund sollte auch
bei Quellenangaben vermieden werden.
Die Vortragende sollte außerdem vermehrt Kontakt zum
Publikum aufnehmen.
Es wurde bemerkt, dass das Applet (Folie 18) zu schnell lief.
Besser wäre es gewesen, wenn der ausgeblendete Teil
zusätzlich noch markiert worden wäre.
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DidaktischeGrundversuche 2
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Lernziele
Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Allgemeine Informationen:
Im Vortrag wurden insgesamt sechs Teilversuche vorgestellt die zu
Teil nur einen geringfügig abgeänderten Versuchsaufbau erforderten.
1. Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes (Folien 9/10 und Folien 25-30)
2. Ablenkung verschiedenfarbigen Lichtes durch ein Prisma
(Folie 12 und Folien 37-38)
3. Die Unzerlegbarkeit von Spektralfarben (Folien 13/ 14)
4. Die Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß (Folien 16/17 und
Folien 34-36)
5. Die Farbaddition von Spektralfarben (Folie 18 und Folien 31-33)
6. Die Farbzerlegung weißen Lichtes am Wassertropfenmodell
(Folie 21)
Die Versuche wurden, bis auf
Versuch Nr.3 und 6, in der Gruppe durchgeführt.
Die Versuche sind als Lehrerversuche durchzuführen, da das
Einstellen der optimalen Abstände und das richtige Positionieren der
einzelnen Geräte sehr viel Zeit in Anspruch nimmt.
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Lernziele
Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
Verwendete Geräte:
Optische Bank
Experimentierleuchte
Spaltblende
Linse (50mm/150mm)
Flintglasprisma
Zeitangabe:
Versuchsaufbau: 1 Stunde
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Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
Arbeitsauftrag:
Auf der optischen Bank werden nacheinander die Experimentierleuchte,
die Linsen, die Spaltblenden und das Prisma angeordnet.
Im abgedunkelten Raum wird zunächst auf dem weißen Schirm der
beleuchtete Spalt abgebildet. Danach wird das Prisma in der dafür
vorgesehene Halterung befestigt. Die Lage des Prismas und des
Schirmes sollte solange korrigiert werden, bis minimale Ablenkung
vorliegt.
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Thema
Lernziele
Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
Bewertung:
Der Versuch war sehr zeitaufwändig. Die meiste Zeit wurde benötigt, um ein
möglichst optimales Spektrum zu erzeugen. Der optimale
Abstand der Geräte untereinander musste durch Ausprobieren festgelegt
werden. Wichtig war, dass alle Geräte in einer Achse auf der opt. Bank
Montiert wurden. Ein unerwünschter Nebeneffekt ergab sich
möglicherweise aus der Beschaffenheit der Linse. Dies führte dazu, dass
das Spektrum gebogen war, was auch zu Komplikationen beim
Anschlussversuch (Farbaddition von Spektralfarben/ Folie 30) führte. Auch
der Einsatz einer Zylinderlinse, die vor das Prisma gestellt wurde, sowie die
der Spaltbreite der Spaltblende brachte keine Besserung.
Eine verlustärmere Ausleuchtung des Spaltes, hätte dass Ergebnis
wahrscheinlich noch verbessert und das Spektrum deutlicher abgebildet.
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Lernziele
Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
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Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
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Diskussion
Versuchsprotokoll
Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes
1. Newtonscher Versuch
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Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Farbaddition von Spektralfarben
Arbeitsauftrag:
Der Versuchsaufbau bleibt unverändert, wie auf den Folien 25/ 26
dargestellt. Mit einem länglichen Gegenstand wird nun versucht einen
Teil des Spektrums auszublenden, um die Komplementärfarbe, durch
Farbaddition der „Restfarben“, zum ausgeblendeten Teil zu erzeugen.
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Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Farbaddition von Spektralfarben
Bewertung:
Bei diesem Versuch erhielten wir kein exaktes Ergebnis. Aufgrund der
Biegung des Spektrums war es fast unmöglich eine komplette Farbe
auszublenden.
Ein wahrscheinlich deutlich besseres Ergebnis hätte man mit einem
anderen Versuchsaufbau erzielt, und zwar bildet man zunächst wieder
den weißen Spalt mittels einer Linse und einer Spaltblende auf dem
Schirm ab. Danach setzt man ein Geradsichtprisma ein und erzeugt ein
kontinuierliches Spektrum. Mit der Zylinderlinse zwischen Prisma und
Schirm wird das Licht des Spektrums nun wieder zu weißem Licht
vereinigt. Etwa 10cm vor der Linse befindet sich das Spektrum mit der
geringsten Ausdehnung, hier positioniert man einen Diahalter mit einem
und dreht ihn um 45° zur optischen Achse. Ein zweiter Schirm ist vor
dem Spiegel parallel zur opt. Bank aufgestellt. Mit dem Taschenspiegel
kann man nun verschiedene seitliche Spektralbereiche ausblendenPhysikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen
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Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Farbaddition von Spektralfarben
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Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß
3. Newtonscher Versuch
Verwendete Geräte:
Optische Bank
Experimentierleuchte
Spaltblende
Linse (50mm)
Flintglasprisma
Zylinderlinse
Zeitangabe:
Versuchsaufbau: 30 Minuten
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Lernziele
Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß
3. Newtonscher Versuch
Arbeitsauftrag:
Der Versuchsaufbau bleibt fast unverändert zum Versuchsaufbau des
1. Newtonschen Versuchs, allerdings wird vor das Prisma eine
Zylinderlinse angeordnet, die das Licht des Spektrums wieder bündelt.
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Thema
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Vorwissen
Experimente
Diskussion
Versuchsprotokoll
Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß
3. Newtonscher Versuch
Bewertung:
Auf diesen Bildern lässt sich zwar schön das weiße Spaltbild erkennen,
allerdings sieht man, oberhalb der Zylinderlinse, gleichzeitig auch wieder das
Spektrum, das eigentlich nicht Gegenstand des Versuchs ist. Dies sollte im
Schulversuch nicht passieren. Hier ist unbedingt auf eine verlustarme
Ausleuchtung zu achten, da die Entstehung des Spektrums die Schüler nur
vom Wesentlichen ablenkt.
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Diskussion
Versuchsprotokoll
Ablenkung verschiedenfarbigen Lichtes
durch ein Prisma
Arbeitsauftrag:
Der Versuchsaufbau bleibt wie im Versuch „Zerlegbarkeit weißen Lichtes“
bereits vorgestellt. Allerdings wird zwischen Spaltblende und Linse ein
Farbfilter in einem Diahalter angebracht (s. Folie12). Mit einer roten Klammer
markiert man nun den oberen Rand des nun roten Spaltbildes. Man
wiederholt den Vorgang mit blauen und grünen Farbfiltern.
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Diskussion
Versuchsprotokoll
Ablenkung verschiedenfarbigen Lichtes
durch ein Prisma
Bewertung:
Im Versuchsaufbau aus Folie 12, wird das einfarbige Spaltbild nochmals auf
einen anderen Schirm abgelenkt, dies geschieht´, um den Schülern eine
bessere Sicht zu ermöglichen. Bei unserer Versuchsanordnung haben wir auf
die zusätzliche Ablenkung verzichtet. Dieser Versuch zeigt eigentlich nichts,
was man nicht auch beim ersten Newtonschen Versuch erkennen könnte.
Allerdings kann der Versuch unterstützend wirken, wenn man ganz gezielt auf
den „Weg des Lichtes, bzw. der Ablenkung einzelner Lichtfarben“ hinarbeitet.
Infolgedessen würde man diesen Versuch auch vor dem 1. Newtonschen
Versuch durchführen und müsste bei der Durchführung darauf achten, dass
während des Filterwechsels die Leuchte ausgeschaltet wird, damit noch kein
kontinuierliches Spektrum entsteht.