1 didaktische grundversuche thema lernziele vorwissen experimente universität duisburg-essen fb...

1

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

2

DidaktischeGrundversuche 2

Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

OPTIK

FARBMISCHUNG

&

FARBZERLEGUNG

Bild aus: http://leifi.physik.uni-muenchen.de

3


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Lehrplan Gymnasium Sek.I / Jahrgangsstufe 8

Strahlenoptik

• Licht an Grenzflächen

• Optische Linsen

• Der Sehvorgang; opt. Instrumente

4


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

5


Thema

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

6


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Farbmischung und Farbzerlegung

1. Dispersion von Licht

Zusammenhang Wellenlänge/ Brechung

Zerlegbarkeit der Spektralfarben

kontinuierliches Spektrum

2. Mischung von farbigem Licht

Komplementärfarben

Farbaddition

7


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

8


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Wie entsteht ein Regenbogen?

9


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes

1. Newtonscher Versuch

Leifi.physik.uni-muenchen.de


10


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Geräte und Anordnung



11


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.)

12


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Ablenkung verschiedenfarbigen Lichtes durch

ein Prisma

Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen

13


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Die Unzerlegbarkeit der Spektralfarben



14


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Geräte und Anordnung



15


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente


Eine Farbe des Spektrums wird durch ein

zweites Prisma gebrochen, kann aber nicht

weiter zerlegt werden.


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß




17


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Versuchsanordnung zur Vereinigung der

Spektralfarben zu Weiß


18


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Farbaddition von Spektralfarben

19


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente


• 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.

20


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Wie entsteht ein Regenbogen?

21


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Farbzerlegung weißen Lichtes am

Wassertropfenmodell

Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen

22


Thema

Lernziele

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.

23


Thema

Lernziele

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.

24


Thema

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.

25


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



Verwendete Geräte:

Optische Bank

Experimentierleuchte

Spaltblende

Linse (50mm/150mm)

Flintglasprisma

Zeitangabe:

Versuchsaufbau: 1 Stunde

26


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



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.

27


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



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.

28


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



29


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



30


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



31


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll


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.

32


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll


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

33


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll


34


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



Verwendete Geräte:

Optische Bank

Experimentierleuchte

Spaltblende

Linse (50mm)

Flintglasprisma

Zylinderlinse

Zeitangabe:

Versuchsaufbau: 30 Minuten

35


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



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.

36


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

Diskussion

Versuchsprotokoll



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.

37


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

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.

38


Thema

Lernziele

Vorwissen

Experimente

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.

1 didaktische grundversuche thema lernziele vorwissen experimente universität duisburg-essen fb...

Documents