Optik

Licht und seine Eigenschaften

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Zur Bedienung

Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. • „Hauptmenü“ führt zurück zum

Hauptmenü.• „zurück“ führt zum jeweils überge-

ordneten Menü.• Über„Info ein“/„Info aus“ können

Zusatzinformationen ein-/ausgeblen-det werden.

• MitdenButtons„>“und„<“ kön-nen Sie zwischen Bildern/Grafiken vor-/zurückblättern.

Um das Arbeitsmaterial zu sichten / aus-zudrucken, legen Sie die DVD in das Lauf-werk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner„material“.DieDatei„Inhalts-verzeichnis“ öffnet die Startseite.

Bezug zu Lehrplänen und BildungsstandardsDie Schülerinnen und Schüler• könnendasAussehenvonGegen-

ständen mit dem Verhalten von Licht an ihren Oberflächen (Reflexion, Absorption) erläutern;

• erklärenSchattenbildung,Mondpha-sen und Finsternisse sowie Spiege-lungen mit der geradlinigen Ausbrei-tung des Lichts;

• beschreibenStrahlengängebeiAb-bildungen mit ebenen und ge-krümmten Spiegeln und unterschei-den zwischen reellen und virtuellen Bildern;

• erläuternanBeispielenqualitativ,wie Licht an Grenzflächen durchsich-tiger Medien gebrochen bzw. total-reflektiert oder in Spektralfarben zerlegt wird;

• können das Strahlenmodell desLichts als vereinfachte Darstellung der Realität deuten;

• formuliereneineRegelfürdieBezie-hungen zwischen Einfallswinkel und Reflexionswinkel von Licht an Ober-flächen.

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Zum Inhalt

Licht und seine Eigenschaften (Film 19 min)Um etwas sehen zu können, brauchen wirLicht.LichtwirdvonLichtquellenabgestrahlt. Doch wie breitet sich Licht vondiesenLichtquellenaus?WasistReflexion, was Absorption und was be-deutetStreuung?WieentstehteinSpie-gelbild,wieeinSchatten?Undwiesoistder Himmel am Tag blau und am Abend rot?AlldiesenFragenundmehrwird in diesem Film nachgegangen. Es wird gezeigt, dass Licht ganz bestimmten

Gesetzmäßigkeiten folgt. Es werden das Strahlenmodell und das Reflexionsgesetz ebenso anschaulich erläutert wie die Entstehung von Finsternissen und Spie-gelbildern und dass weißes Licht aus mehreren Farben zusammengesetzt ist.

Menü „Lichtausbreitung und Schatten“Licht und seine Ausbreitung (Filmsequenz2:50min)Körper, die Licht erzeugen, nennt man Lichtquellen.DiemeistenKörperaller-dings erzeugen selbst kein Licht – sie reflektieren es. Dadurch können wir

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die Körper sehen. Licht breitet sich vereinfacht betrachtet von seiner Licht-quelleineinzelnen,geradlinigenStrah-len aus. Im Vakuum erreicht es dabei eine Geschwindigkeit von rund 300.000.000 m/s.

Licht und Schatten (Filmsequenz1:20min)Licht kann nicht alles durchdringen. Wird eineLichtquellevoneinemundurchsich-tigen Körper verdeckt, entsteht ein Schatten. Die Lichtstrahlen, die gerade noch an einem Hindernis vorbeigehen, bezeichnet man als Randstrahlen. Strahlen zweipunktförmigeLichtquellenaufeinObjekt, entsteht ein Schatten mit unter-schiedlichen Helligkeiten. In den dunk-

leren Bereich gelangt gar kein Licht. Das ist der Kernschatten. Die helleren Bereiche werden nur vom Licht von einer Licht-quelleerreicht.DasistderHalbschatten.

Sonnen- und Mondfinsternisse (Filmsequenz2:20min)Zwei besonders eindrucksvolle Phäno-mene am Nachthimmel kommen durch Schattenzustande:Mond-undSonnen-finsternisse. Mondfinsternisse entstehen nur bei Vollmond und nur, wenn sich die Erde genau zwischen Erde und Sonne schiebt. Der Schatten der Erde bedeckt dann den Mond. Bei Sonnenfinsternis-sen steht der Mond zwischen Sonne und Erde und wirft seinen Schatten auf die Erdoberfläche.

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Kernschatten und Halbschatten (Grafik)Mit dieser Grafik lassen sich Kern- und Halbschatten, wie sie bei zwei punktför-migenLichtquellenentstehen,erarbei-ten.ÜberdenInfo-ButtonerscheintdieBeschriftung der jeweiligen Schatten.

Sonnenfinsternis (Bild /Grafik)Das Bild zeigt eine totale Sonnenfinster-nis mit Korona. So wird ein phänome-nologischer Zugang zum Thema Sonnen-finsternis ermöglicht. Mit der Grafik lässt sichihreEntstehungerarbeiten.Überden Info-Button erscheint ein erklären-der Text.

Mondfinsternis (Bild /Grafik)Das Bild zeigt den Beginn einer totalen Mondfinsternis. So ist ein phänomeno-logischer Einstieg zum Thema Mond-finsternis möglich. Mit der Grafik lässt sichihreEntstehungerarbeiten.Überden Info-Button erscheint ein erklären-der Text.

Menü „Reflexion, Brechung, Farben“Absorption, Streuung und Reflexion (Filmsequenz1:50min)DiemeistenKörpersindkeineLichtquel-len, sondern sie reflektieren nur einen Teil von dem Licht, das auf sie fällt. Der Rest des Lichts wird von dem Körper auf-genommen – absorbiert. Der Körper wird dadurch erwärmt. Unebenheiten auf der Oberfläche des Körpers lenken das Licht in alle Richtungen ab. Das Licht wird gestreut.

Reflexion am ebenen Spiegel (Filmsequenz1:50min)Spiegel sind Körper mit einer glatten Oberfläche, die Licht fast vollständig reflektieren. Sie werden zur Umlenkung des Lichts und zur Erzeugung von Bildern eingesetzt. Dabei gilt das Reflexions-gesetz. In dieser Sequenz wird die Konstruktion des Strahlenverlaufs bei einem ebenen Spiegel und die Entste-hung eines Spiegelbildes gezeigt.

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Reflexion an gekrümmten Spiegeln (Filmsequenz1:30min)An gekrümmten Spiegeln (Hohlspiegeln und Wölbspiegeln) werden Lichtstrahlen in sehr unterschiedliche Richtungen reflektiert.IndieserSequenzwerden Erkenntnisse über einige einfach zu beschreibende Strahlen mithilfe einer Animation entwickelt. In der geome-trischen Konstruktion spricht man von Parallelstrahlen und Brennpunktstrahlen. Anwendungsbeispiele gekrümmter Spie-gelwerdenindieserFilmsequenzinzahl-reichen Alltagssituationen dargestellt.

Die Brechung von Licht (Filmsequenz3:00min)Fällt Licht schräg auf die Grenzfläche zwischen zwei durchsichtige Medien, trittanderÜbergangsstelleeineRich-tungsänderung des Lichtes auf. Der an der Grenzfläche zu beobachtende Knick hatzurBezeichnung„Lichtbrechung“geführt. Verläuft Licht von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medi-um, tritt ab einem bestimmten Einfalls-winkel Totalreflexion auf. Es gilt dann nur noch das Reflexionsgesetz, da ein ÜbergangindasoptischdünnereMedi-um gar nicht mehr stattfindet.

Farben(Filmsequenz4:20min)WiekommteinRegenbogenzustande?Dieser Frage wird hier nachgegangen. Dabei wird aufgezeigt, dass weißes Licht durch ein Prisma in sein ganzes Farb-spektrum aufgeteilt werden kann. Dies geschieht auch in einem Wassertropfen. So kann ein Regenbogen entstehen. Die unterschiedliche Brechung der einzelnen Farben des Lichtes ist auch für das Blau des Himmels am Tag und den roten Sonnenuntergang verantwortlich.

Gegenstandspunkt und Bildpunkt (Grafik)Mit dieser Grafik kann die Konstruktion des Bildpunktes eines Gegenstands-punktes an einem Spiegel erarbeitet werden.ÜberdenInfo-Buttonerscheintein erläuternder Text.

Reflexion (Grafik)Mit dieser Grafik kann das Reflexions-gesetzerarbeitetwerden.ÜberdenInfo-Button erscheint ein erläuternder Text.

Lichtbrechung bei optisch unterschied-lichen Stoffen (2 Grafiken)IndererstenGrafikwirdderÜbergangvon Licht von einem optisch dünneren Medium in ein optisch dichteres Medium thematisiert; in der zweiten Grafik wird

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derumgekehrteFallgezeigt.ÜberdenInfo-Button erscheint jeweils ein erläu-ternder Text.

Lichtbrechung im Regentropfen (Grafik)Die Lichtbrechung und die Aufspaltung weißen Lichtes in seine Spektralfarben durch einen Wassertropfen können mit dieserGrafikerarbeitetwerden.Überden Info-Button erscheint ein erläutern-der Text.

InteraktionenRegenbogenDiemeistenKörpersindkeineLichtquel-len, sondern sie reflektieren nur einen Teil von dem Licht, das auf sie fällt. Der Rest des Lichts wird von dem Körper aufgenommen – absorbiert. Der Körper

wird dadurch erwärmt. Unebenheiten auf der Oberfläche des Körpers lenken das Licht in alle Richtungen ab. Das Licht wird gestreut.

Brechung durch LinsenInderInteraktion„BrechungdurchLin-sen“ können Schülerinnen und Schüler den Strahlenverlauf und die Bildent-stehung durch konvexe und konkave Linsen untersuchen. Dabei ist ein stu-fenloserÜbergangvondereinenindieandere Linsenform möglich. Es entsteht ein Verständnis für das Verhalten von Lichtstrahlen bei unterschiedlich gewölb-ten Linsen. Ein Transfer von diesen Linsen formen auf Wölb- und Hohlspiegel ist gleichfalls möglich.

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Verwendung im Unterricht

DasThema„LichtundseineEigenschaf-ten“ ist in den Lehrplänen aller Schul-formen meist für die Klassenstufen 7/8 vorgesehen. Die KMK-Bildungsstandards für das Fach Physik weisen die Thematik imRahmenderBasiskonzepte„Wech-selwirkung“ (Absorption, Reflexion, Bre-chung,Farben),„System“(Lichtquellen,Lichtempfänger, Schattenbildung) und „StrukturderMaterie“(Lichtbrechendeund Licht reflektierende Stoffe) aus. Die Probleme in der Optik lassen sich gut anhand der Alltagsvorstellungen der Schülerinnen und Schüler vom Sehvor-gangbeschreiben:ManmussdieAugenöffnen und es muss hell sein. Denn nur dann kann man den Gegenstand sehen. Später kommen ergänzende Vorstellun-genhinzu:LampenwerdenzuLicht-quellenundLichttrittausLichtquellengeradlinig aus. Die Absorption eines Teils der Strahlung und die Reflexion des Restlichtes ergänzen das Modell. Der Film und die auf der DVD enthaltenen Zusatzmaterialien erklären das Licht und seine Eigenschaften mit Hilfe einer Viel-zahl von anschaulichen Beispielen und verdeutlichen die Relevanz der Physik im Alltag.

Folgende Themenschwerpunkte werden behandelt:• Lichtquellen• AusbreitungvonLicht• LichtundSchatten• Absorption• Reflexion• Streuung• Spektralfarben• HimmelsblauundAbendrot• Regenbogen• Finsternisse• ReelleundvirtuelleBilder• EbeneundgekrümmteSpiegel• StrahlenmodellDie Produktion bietet eine Vielzahl an unterschiedlichenMedien(Film,Sequen-zen, Grafiken), die in verschiedenen Un-terrichtseinheiten eingesetzt werden können. Es ist hilfreich, sich zunächst die Programmstruktur zur Hand zu neh-men,dieeinenÜberblicküberdievor-handenen Medien gibt. Ergänzend wer-den zahlreiche Arbeitsblätter und zwei Interaktionen angeboten, die eine Erar-beitung und Vertiefung der Lerninhalte fördern.DerText„VerwendungimUn-terricht“ gibt Hinweise zum Unterrichts-einsatz sowie detaillierte Beschreibun-gen der vorhandenen Materialien.

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Arbeitsmaterial

Als Arbeitsmaterial stehen Ihnen im ROM-Teil Hinweise zur Verwendung im Unterricht, Grafiken, zwei Interaktionen, Arbeitsblätter (mit Lösungen) und ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDF- alsauchalsWord-Dateienvor:

• Die PDF-Dateien können ausge-druckt werden.

• DiePDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer ausge-füllt, abgespeichert und ausgedruckt werden.

• DieWord-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichts-situation angepasst werden.

Ordner Materialien

Verwendung im Unterricht Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht

Arbeitsblätter(mit Lösungen und als PDFs zum Ausfüllen)

1) LichtundseineAusbreitung2) Licht und Schatten 3) Sonnen- und Mondfinsternis 4) Absorption und Reflexion 5) ReflexionamebenenSpiegel6) Reflexion am gekrümmten Spiegel7) Die Brechung von Licht 8) Die Farben des Regenbogens 9) Kreuzworträtsel„LichtundseineEigenschaften“

Interaktionen • Regenbogen• BrechungdurchLinsen

Grafiken • LichtbrechungimRegentropfen• Mondfinsternis• Sonnenfinsternis

Filmkommentar Filmkommentar als PDF-Dokument

Begleitheft ausführliches Begleitheft

Programmstruktur •DidaktischeFWU-DVD•Web-DVD(Online-FassungderProduktion)

Weitere Medien Info zu ergänzenden Medien

Links kommentierte Linksammlung zum Thema

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Optik Licht und seine Eigenschaften

Hauptmenü

Optik Licht und seine Eigenschaften

Licht und seine Eigenschaften Film 19 min Lichtausbreitung und Schatten Sequenzen / Grafiken / Bilder Reflexion, Brechung, Farben Sequenzen / Grafiken

Untermenüs

Reflexion, Brechung, Farben Absorption, Streuung und Reflexion 1:50 min Reflexion am ebenen Spiegel 1:50 min Reflexion an gekrümmten Spiegeln 1:30 min Die Brechung von Licht 3:00 min Farben 4:20 min Gegenstandspunkt und Bildpunkt Grafik Reflexion Grafik Lichtbrechung bei optisch unterschiedlichen Stoffen 2 Grafiken Lichtbrechung im Regentropfen Grafik

Lichtausbreitung und Schatten Licht und seine Ausbreitung 2:50 min Licht und Schatten 1:20 min Sonnen- und Mondfinsternisse 2:20 min Kernschatten und Halbschatten Grafik Sonnenfinsternis Bild/Grafik Mondfinsternis Bild/Grafik

Arbeitsmaterial

Verwendung im Unterricht

Arbeitsblätter (mit Lösungen)

Interaktionen

Grafiken

Filmkommentar

Begleitheft

Programmstruktur

Weitere Medien

Links

Programmstruktur

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Produktionsangaben Optik – Licht und seine Eigenschaften

ProduktionFWUInstitutfürFilmundBild,2012

KonzeptDr. Maike Schuchmann

DVD-Authoring und Designmsm-Studios GmbHim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2012

BildnachweisCover:fotolia©JeffDanielsWikimediaCommons©KES47Grafiken aus der Wikimedia können nach der jeweils angegebenen Lizenz genutzt werden.

ArbeitsmaterialRoland BergmannDr. Maike Schuchmann

BegleitheftDr. Maike Schuchmann

Pädagogische Referentin im FWUDr. Maike Schuchmann

Produktionsangaben zum Film

„Licht und seine Eigenschaften“

ProduktionSchwabenfilmim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2012

mitSven Falge

Drehbuch und KameraMarkus Matschke

Regie und ausführende ProduktionSven FalgeMarkus Matschke

Schnitt und AnimationAndreas Isking

Sounddesign und MischungTobias von Brockdorff / Tonschieber

SprecherFabian Gröver

FachberatungRoland Bergmann

RedaktionDr. Maike Schuchmann

Vielen Dank anUrsula FalgeRoland FalgeSpace Telescope Science InstituteNASA

NurBildstellen/Medienzentren:öV zulässig

©2012 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031Grünwald Telefon (089)6497-1 Telefax (089)6497-240 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de

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46 02818Optik – Licht und seine Eigenschaften Licht ist überall. Erst durch Licht können wir Dinge sehen, und erst mit Licht können wirunsineinemSpiegelerkennen.AberwasisteigentlichLicht?Wiebreitetessichaus?WassindseineEigenschaften,welchenGesetzenfolgtes?UndwieentstehteinRegenbogen?DieFWU-ProduktiongibteineEinführungindasThemaLichtundzeigtdarüber hinaus unterhaltsame Anwendungs- und Alltagsbeispiele. Zusätzlich stehen im ROM-Teil Arbeitsblätter, zwei Interaktionen, didaktische Hinweise und weitere er gänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung.

FWU Institut für Film und Bild

in Wissenschaft und Unterricht

gemeinnützige GmbH

Geiselgasteig

Bavariafilmplatz 3

82031Grünwald

Telefon +49(0)89-6497-1

Telefax +49(0)89-6497-240

info@fwu.de

www.fwu.de

www.fwu-shop.deBestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444vertrieb@fwu.de

Lehrprogrammgemäß

§ 14 JuSchG

Erscheinungsjahr: 2012Laufzeit: 19 minSequenzen: 8Interaktionen: 2Grafiken: 8Bilder: 2

Sprache: DeutschDVD-ROM-Teil: UnterrichtsmaterialienArbeitsblätter: 9 (mit Lösungen, als PDFs zum

Ausfüllen)Adressaten: Allgemeinbildende Schule

(Klasse 7 -10)

Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC:

DVD-Laufwerk und DVD-Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/

Vista/Windows 7

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GEMAFREI

Schlagwörter: Abendrot, Absorption, Ausbreitung, Ausfallswinkel, Bildpunkt, Brechung, Einfallswinkel, Gegenstandspunkt, Halbschatten, Himmelsblau, Hohlspiegel, Kernschatten,Licht,Lichtquelle,Mondfinsternis,Prisma,Regenbogen,Reflexion, Reflexionsgesetz, Schatten, Spektralfarben, Spiegel, Sonne, Sonnenfinsternis, Strahlen, Strahlenmodell, Streuung, virtuelles Bild, Wölbspiegel

Systematik: PhysikOptik Geometrische Optik Farbenlehre