Optische Phänomene im Sachunterricht

Sehen – Schatten – Spiegel –Brechung

Peter Rieger – Uni Leipzig

Optische Phänomene im Sachunterricht

• Die Kinder kennen die Erscheinung des Schattens, haben erste Erfahrungen mit Spiegeln gesammelt und haben im Alltag auch schon Brechungsphänomene und die Farbzerlegung vom weißen Licht beobachtet (Aquarien, Glaskanten).

• Im Sachunterricht können diese Phänomene Ausgangspunkt für experimentelles Arbeiten sein.

• Begründungen und Erklärungen bleiben auf der phänomenologischen Ebene (Beispiel: Vorarbeit zum Reflexionsgesetz).

Sehen• In absoluter Dunkelheit sieht man nichts.

• Wir brauchen Licht, um zu sehen.

(im Dunkelraum)

Sehen

• Der Körper wird beleuchtet oder leuchtet selbst. Das ausgesendete oder zurückgeworfene (reflektierte) Licht fällt in unser Auge.

Welche Teile der Lampe leuchten selbst? Welche Teile werden beleuchtet?

Wie kommt das Bild in unser Auge

• Licht breitet sich geradlinig aus.• „Unser Auge funktioniert wie eine

Lochkamera“

Experiment im Dunkelraum – Auffangen des Lichtes durch das Schlüssellochauf einem weißen Schirm. Betrachten des Bildes und Vergleich mit der Wirklichkeit.(Unser Gehirn sorgt dafür, dass wir den Gegenstand doch richtig herum sehen.)

Licht vomGegenstand

Warum haben wir zwei Augen?

Experiment „Daumensprung“• Halte den Daumen ca. 20 cm vor die Nase.• Schließe nun abwechselnd das rechte und das

linke Auge und beobachte dabei den Daumen.• Der Daumen springt scheinbar hin und her.

Warum haben wir zwei Augen?Experiment: Loch in der Hand• Rolle jetzt einen Bogen Papier zu einer Röhre.

Schaue mit einem Auge hindurch. Halte direkt neben der Röhre vor das andere Auge eine geöffnete Hand.

• Hilfe, sie hat ein Loch? Das ist eine optische Täuschung. Das eine Auge sieht das Röhreninnere, das andere die Hand. Beide Eindrücke werden im Gehirn zusammengefügt, und Deine Hand hat ein Loch!

Warum haben wir zwei Augen?

• Räumliches Sehen ist nur mit zwei Augen möglich.

• Jedes Auge sieht ein Bild. Also entstehen zwei verschiedene Bilder.

• Unser Gehirn macht daraus ein Bild.

In der Nacht sind alle Katzen grau.

• Beleuchtung von farbigen Körpern mit anders farbigem Licht in einem dunklen Raum.

• Körper reflektieren nur Licht in ihrer Farbe.• Alle anderen Farben werden als grau oder

schwarz wahrgenommen.

Licht besteht aus vielen Farben

• Wasser und Glas können Licht in Farben zerlegen.

• Regenbogen im Klassenzimmer

Licht besteht aus vielen Farben

Farbkreisel • „Zusammenfügen“ der Farben

Schatten

• Du bekommst verschiedene Hindernisse für Licht. Halte sie in das Licht der Taschenlampe. Beschreibe die Erscheinung.

• Durchlässige Körper -Schlieren

• Undurchlässige Körper -Schatten

„Wo Licht ist, da ist auch Schatten.“ (Sprichwort )

Schattenphänomene

Wenn du einen Riesen siehst,dann prüfe zuerst

den Stand derSonne, vielleicht istes nur der Schatten

eines Zwerges.

Altchinesisches Sprichwort

Größe und Länge von Schatten• Baue einen Schattenstab

auf dem Schulhof auf. Beobachte die Schattenlänge zu verschiedenen Tageszeiten.

• Untersuche mit einer Taschenlampe und einem mit Knetmasse aufgestellten Streichholz, wovon die Länge eines Schattens abhängt.

Warum ist der Schatten am Morgen und am Abend länger?

Modellversuche

• Schattenlänge – Arbeit mit einem Globus

Lampe als Sonne

Globus alsErde

Nagel als Schattenstab

(optional)

Modellversuche

Beobachte die Schattenlänge im Tagesverlauf am Modell.

(optional)

Modellversuche

Früh und abends: tief stehende Sonne – lange Schatten

(optional)

Spiegel

• Im Spiegel siehst du dein Spiegelbild oder das Spielbild von Gegenständen.

• Probiere ein wenig.• Beschreibe die Erscheinung im Spiegel.

Spiegelschrift

• Probiere mit einem Spiegel:

• OTTO – TO

• EICHE , EICHE

Finde weitere Beispiele!

Spiegelbild - Aspekte

• Aufrecht und seitenverkehrt.• Der Spiegel dreht den Gegenstand um.• Die „Welt im Spiegel“ oder das „Bild hinter

dem Spiegel“.Experiment:

brennendes Teelicht nicht brennendes Teelicht

mit Wasser übergießenZauberei in der Spiegelwelt

Glasscheibe

Reflexion

• Eine Person sitzt seitlich rechts vor dem Spiegel. Eine andere Person steht direkt vor dem Spiegel. Können sich die beiden Personen im Spiegel sehen?

• Die zweite Person darf nun ihren Ort verändern. Wann sehen sich die beiden Personen mit Hilfe des Spiegels?

Das Reflexionsgesetz wird spielerisch vorbereitet.

Reflexion

Der Fotograf sieht die Figur im Spiegel. Der Fotograf sieht die Figur nicht im Spiegel

Er sieht sich in beiden Fällen im Spiegel.

Reflexion

Der Fotograf sieht die Figur im Spiegel. Sich selbst sieht er nicht.

Beleuchten und Sehen mit Spiegeln

• Bringe Licht ins Dunkle. Sammeln von Erfahrungen mit Spiegeln.

• Erklären des Zaubergerätes

Im Lichtkegel einer auf dem Tisch liegenden Taschenlampe steht eine größererGegenstand und wirft einen Schatten. Die Kinder beleuchten den Schattenbereichmit Hilfe von Spiegeln.

Halte die Hand zwischen diebeiden Sehrohre.

Kaleidoskope

Im Kaleidoskop sind Winkelspiegel.

Kaleidoskop

• Winkelspiegel• Lege einen Gegenstand zwischen zwei

senkrecht zueinander stehende Spiegel.• Wie viele Spiegelbilder siehst du?

• Verkleinere den Winkel: (30°, 45°, 60°)!

• Beobachte und beschreibe!

Lehrer zeichnet Winkelstellung vor.

Anzahl der Bilder

• 120° - 2 Bilder, 1 Gegenstand• 60° - 4 Bilder, 1 Gegenstand• 45° - 7 Bilder, 1 Gegenstand

Brechung

Zoobesuch – 2 Krokodile• Im Aqua-Terrarium im Leipziger Zoo kann

man gleichzeitig durch die Glasscheibe direkt ins Wasser und von oben ins Wasser sehen.

• Obwohl sich nur ein Krokodil am Beobachtungsort befindet, sehen wir zwei Krokodile.

Brechung

• Zoobesuch – 2 Krokodile• Wir probieren mit einem Wasserglas und

einer Münze.

Brechung

Münzenstechen:• Die Münze ist durch das Rohr gut sichtbar.• Lasse einen Stab durch das Rohr gleiten!

Brechung

• Der geknickte Stab

Brechung

• Zoobesuch – 2 Krokodile• Münzenstechen• Münze heben• Der geknickte Stab

• Beim Übergang vom Wasser in Luft kann der Lichtweg verändert werden. Der Lichtweg vom Gegenstand zum Auge ist keine Gerade.