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1 Didaktische Grundversuche Thema Lernziele Vorwissen Experimente Universität Duisburg-Essen FB Physik Didaktik der Physik Berger, Kersting, Lange SCHULORIENTIERTES.

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1 1 Didaktische Grundversuche Thema Lernziele Vorwissen Experimente Universität Duisburg-Essen FB Physik Didaktik der Physik Berger, Kersting, Lange SCHULORIENTIERTES EXPERIMENTIEREN I WS 2006/2007 Gruppe B Bettina BonnemannHolger Hess Zeljko Malinovic Ulla Daub Udo Kleinkoenen Helga Zimbelmann Bilder aus:

2 2 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente OPTIK FARBMISCHUNG & FARBZERLEGUNG Bild aus:

3 3 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Lehrplan Gymnasium Sek.I / Jahrgangsstufe 8 Strahlenoptik Licht an Grenzflächen Optische Linsen Der Sehvorgang; opt. Instrumente

4 4 Didaktische Grundversuche 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

5 5 Didaktische Grundversuche 2 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 Licht 3 obligatorisch: Erweiterung der Einsichten in die Eigenschaften von Strahlung und Licht 4 obligatorisch: Ausbau der Kenntnisse über Strahlung und Licht

6 6 Didaktische Grundversuche 2 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 7 Didaktische Grundversuche 2 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 8 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Wie entsteht ein Regenbogen?

9 9 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes 1. Newtonscher Versuch Leifi.physik.uni-muenchen.de

10 10 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Geräte und Anordnung 1. Newtonscher Versuch Leifi.physik.uni-muenchen.de

11 11 Didaktische Grundversuche 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.)

12 12 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Ablenkung verschiedenfarbigen Lichtes durch ein Prisma Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen

13 13 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Die Unzerlegbarkeit der Spektralfarben 2. Newtonscher Versuch Leifi.physik.uni-muenchen.de

14 14 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Geräte und Anordnung 2. Newtonscher Versuch Leifi.physik.uni-muenchen.de

15 15 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Erkenntnisse der Schüler: Eine Farbe des Spektrums wird durch ein zweites Prisma gebrochen, kann aber nicht weiter zerlegt werden.

16 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß 3. Newtonscher Versuch Leifi.physik.uni-muenchen.de

17 17 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Versuchsanordnung zur Vereinigung der Spektralfarben zu Weiß Leifi.physik.uni-muenchen.de

18 18 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Farbaddition von Spektralfarben

19 19 Didaktische Grundversuche 2 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.

20 20 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Wie entsteht ein Regenbogen?

21 21 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Farbzerlegung weißen Lichtes am Wassertropfenmodell Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen

22 22 Didaktische Grundversuche 2 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 23 Didaktische Grundversuche 2 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 24 Didaktische Grundversuche 2 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 25 Didaktische Grundversuche 2 Thema 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

26 26 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele 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.

27 27 Didaktische Grundversuche 2 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.

28 28 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Diskussion Versuchsprotokoll Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes 1. Newtonscher Versuch

29 29 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Diskussion Versuchsprotokoll Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes 1. Newtonscher Versuch

30 30 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Diskussion Versuchsprotokoll Die Zerlegbarkeit weißen Lichtes 1. Newtonscher Versuch

31 31 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele 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.

32 32 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen 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 ausblenden Physikalische Schulexperimente, Band 2, Verlag Volk und Wissen

33 33 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen Experimente Diskussion Versuchsprotokoll Farbaddition von Spektralfarben

34 34 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele Vorwissen 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

35 35 Didaktische Grundversuche 2 Thema 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.

36 36 Didaktische Grundversuche 2 Thema Lernziele 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.

37 37 Didaktische Grundversuche 2 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 38 Didaktische Grundversuche 2 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.


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