Der Grenzwinkel der Totalreflexion

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Diese Seite ist Teil einer Materialiensammlung zum Bildungsplan 2004: Grundlagen der Kompetenzorientierung. Bitte beachten Sie, dass der Bildungsplan fortgeschrieben wurde.

Hinweis

Es wird darauf hingewiesen, dass für jedes Experiment entsprechend der eigenen Durchführung vor der erstmaligen Aufnahme der Tätigkeit eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt und dokumentiert werden muss. Jede fachkundige Nutzerin/jeder fachkundige Nutzer muss die aufgeführten Inhalte eigenverantwortlich prüfen und an die tatsächlichen Gegebenheiten anpassen.

Weder die Redaktion des Lehrerfortbildungsservers noch die Autorinnen und Autoren der veröffentlichten Experimente übernehmen jegliche Haftung für direkte oder indirekte Schäden, die durch exakten, veränderten oder fehlerhaften Nachbau und/oder Durchführung der Experimente entstehen. Weiterführende Informationen erhalten Sie unter www.gefahrstoffe-schule-bw.de

Klassenstufe:	7/8
Versuchstyp :	(B)
Methodische Variante:	[3], Erarbeitung mit „Ich-Du-Wir“

Unterrichtssituation
Die SuS kennen das Brechungsgesetz und sind in der Lage, in einem a-b-Diagramm Brechungswinkel für verschiedene Einfallswinkel abzulesen. Bei der weiteren Interpretation des Diagramms erkennen sie, dass es beim Übergang des Lichts von einem optisch dichten ins optisch dünne Medium ab einem bestimmten Grenzwinkel keinen gebrochenen Strahl mehr gibt. Die SuS stellen eine Hypothese auf, was beim Übergang des Lichts vom optisch dichten ins optisch dünne Medium geschieht und überprüfen diese Hypothese im Experiment selbstständig.

Lehrgangsskizze

Ziel (offene Fragestellung):
Nachdem das Brechungsgesetz behandelt wurde, werden Anwendungsaufgaben zur Brechung behandelt. Dabei werden die SuS in die Lage versetzt, mit dem a-b-Diagramm für verschiedene Übergänge des Lichts vom optisch dünnen ins optisch dichtere Medium und umgekehrt umzugehen und Einfalls- bzw. Brechungswinkel bei unterschiedlichen Medien abzulesen. Die Kompetenz „Die SuS können Diagramme interpretieren.“ wird dadurch gestärkt. Eine dieser Aufgaben ist für die SuS unlösbar, da es sich hier um eine Aufgabe zur Totalreflexion handelt.

Aufgabenstellung:

Was geschieht mit dem Licht beim Übergang vom optisch dichten ins optisch dünne Medium, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Grenzwinkel überschreitet?

Vom Lehrer bereitzustellen: Optikkasten

Arbeitsauftrag - Teil I

1. Schritt : „Ich“: In Stillarbeit – jeder für sich allein – beantwortet folgende Fragen auf Konzeptpapier:
Vorüberlegungen

Stelle eine Hypothese auf, was mit dem Licht passiert, wenn beim Übergang des Lichts von Glas in Luft der Einfallswinkel sich dem Wert 42° nähert und diesen dann übersteigt!
Welche Experimentiergeräte sind zur Überprüfung Deiner Hypothese notwendig? Wähle diese Geräte aus dem Optikkasten aus!

Versuchsaufbau

Skizziere den Versuchsaufbau.
Beschreibe die Durchführung des Versuches in eigenen Worten!

2. Schritt : „Du“: Mit dem Partner, in der Bank, im Team

Einigt Euch im Team auf eine gemeinsame Lösung.

3. Schritt : „Wir“: Im Plenum entfällt, evtl. individuelle Hilfe durch den Lehrer

Durchführung des Experiments
Führe das Experiment selbstständig durch! Beobachte dazu auch die Helligkeit des gebrochenen und des reflektierten Teilstrahls, während Du den Einfallswinkel immer weiter vergrößerst!

Auswertung des Experiments
Beantworte die Aufgabenstellung in einem Satz! Informiere Dich über das Phänomen der Totalreflexion in Deinem Physikbuch und fertige selbstständig einen kurzen Heftaufschrieb an. Gib dabei auch die Grenzwinkel der Totalreflexion für verschiedene Stoffe an!

Beispiele zum Schülerversuchskasten Optik: Herunterladen [pdf] [138 KB]