SCHÜLEROPTIK VERSUCHSANLEITUNG

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1 Unterrichtshilfen Lehrwerkstätten und Berufsschule Zeughausstrasse 56 für Mechanik und Elektronik Tel CH-8400 Winterthur Fax SCHÜLEROPTIK VERSUCHSANLEITUNG PA0172 Die Versuchsanleitung ist ganz auf das Material des Schüleroptiksets PA9270 zugeschnitten. In 55 Versuchen werden folgende Hauptthemen behandelt: Lichtausbreitung Spiegel Brechung Linsen Farben Das Auge Optische Instrumente darf kopiert werden! Die Versuchsanleitung wurde speziell für die Durchführung von Experimenten durch Schüler geschaffen und ist kein Optik-Lehrmittel, aber ergänzt ein solches. Der Lehrer wählt die ihm zusagenden Versuche aus, kopiert diese und verteilt sie seinen Schülern bzw. Schülergruppen. Die Versuchsblätter sind gegliedert in Bild, Materialliste und Textteil; der Textteil seinerseits in Vorbereitung und Versuch. Jeder Versuch beginnt auf einem neuen Blatt. Der Schüler kann anhand der Versuchsblätter jeden Versuch selbst aufbauen und Erkenntnis bzw. Ergebnis selbständig erarbeiten. Übersichtliche Materiallisten erleichtern die Versuchsvorbereitungen, helfen bei der Beschaffung von Ergänzungsteilen und enthalten Hinweise, wenn z.b. in einem Versuch Einzelteile aus mehr als einem Schüleroptikset benötigt oder hinzugekauft werden müssen. ZT0206_TEIL1 05/03 MID

2 Materialübersicht Schüleroptik PA9270 : Lieferumfang (links oben nach rechts unten) Stk Nr. Bezeichnung Stk Nr. Bezeichnung 1 PA9231 Schiene zu Schüleroptik 1 PA9286 Optischer Körper, trapezförmig 1 PA0961 Behälter mit Deckel 83 x 83 x 59 mm 1 PA9283 Optischer Körper, Prisma 90 1 PA9272 Halter mit Stange D-10 mm 1 PA9279 Kunststofftrog, transparent 1 PA9241 Diahalter zu Schüleroptik 1 PA5061 Farbfilter, subtraktiv, 50 x 50 mm, Satz 1 PA9234 Linse f = mm, mit Halter 1 PA5037 Farbfilter, additiv, in Diarahmen, Satz 1 PA9235 Linse f = 50 mm, mit Halter 2 PA7307 Verbindungskabel 4mm, 100 cm, schwarz 1 PA9236 Linse f = 100 mm, mit Halter 1 PA9244 Platten u. Spiegel zu Schüleroptik, Satz 1 PA9237 Linse f = 150 mm, mit Halter 1 PA5034 Farbbild, in Diarahmen 1 PA9238 Linse f = 300 mm, mit Halter 1 PA9274 Mattscheibe 50 x 50 mm 1 PA1188 Rollmassband 3 m 1 PA9256 Holzsockel zu Linsenhalter, 2 Stk 1 PA9276 Experimentierleuchte 12V / 20 W, Halog. 1 PA9277 Blende, 1 und 2 Schlitze, 50x50 mm 1 PA9273 Schirm 145 x 145 mm, weiss 1 PA9278 Blende, 3 und 5 Schlitze, 50x50 mm 1 PA9285 Erde / Mond, Modell 1 PA5036 Blende mit F in Diarahmen 1 PA9271 Halter für Stange D=10 mm 1 PA9252 Blende mit 1 Schlitz, in Diarahmen 1 PA9240 Metallspeigel zu Schüleroptik 1 PA5062 Dia-Magazin, 16-fach 1 PA9280 Optischer Körper, halbkreisförmig 1 PA5038 Lochblende D=1.5 mm 1 PA9282 Optischer Körper, plankonkav 1 PA5035 Lochblende D=5 mm 1 PA9281 Optischer Körper, plankonvex 2 PA0998 MSW-Box 360 x 170 x 83 mm, gelb 1 PA9251 Prisma 60, Acrylglas 4 PA0988 Trennwand kurz, grau Technische Daten: Leuchte Halogenlampe 12 V/20 W, mit zwei 4 mm Buchsen zur Speisung, Aluminiumgehäuse, B x H x L = 60 x 60 x 105 mm Optikschiene 600 mm lang, zwei Stangen D=10 mm, rostfreier Stahl / Aluminium Halter für Linsen, Dias, Blenden usw. Linsen Glas, geschliffen Modellkörper Plexiglas, einseitig weiss eingefärbt ZT0206_TEIL1 2 / 10 05/03 MID

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis...Seite 3..4 Allgemein Allgemeine Hinweise...Seite 5 Optische Scheibe, Kopiervorlage...Seite 6 Materiallisten Materialliste...Seite Inhalt Box 1 und Box 2... siehe Seite 2 Optikversuche OP 1. Lichtausbreitung Licht breitet sich geradlinig aus...op 1.1 Schatten...OP 1.2 Licht und Schatten...OP 1.3 Kernschatten, Halbschatten...OP 1.4 Mondphasen...OP 1.5 Sonnen- und Mondfinsternis...OP 1.6 Lochkamera...OP 1.7 Photometer...OP Spiegel Reflexion, Absorbtion, Durchlässigkeit...OP 2.1 Reflexion am ebenen Spiegel...OP Bilder am ebenen Spiegel...OP 2.2 Reflexion am Hohlspiegel...OP 2.3 Bildkonstruktion für den Hohlspiegel...OP 2.4 Abbildung eines Punktes mit dem Hohlspiegel...OP 2.5 Bilder am Hohlspiegel...OP Reflexion am Wölbspiegel...OP 2.6 Bildkonstruktionen für den Wölbspiegel...OP 2.7 Abbildung eines Punktes mit dem Wölbspiegel...OP 2.8 Bilder am Wölbspiegel...OP Brechung Brechung an einer planparallelen Platte...OP 3.1 Brechungszahl von Glas...OP 3.2 Die Brechung beim Übergang Luft-Wasser...OP 3.3 Einfalls- und Brechungswinkel...OP 3.4 Brechungsindex fester Stoffe...OP Berechnung der Parallelverschiebung bei der planparallelen Platte...OP Der Übergang von Glas in Luft...OP 3.5 Das Umlenk- und Umkehrprisma...OP 3.6 Brechung am Prisma...OP Linsen Brechung an Sammellinsen...OP 4.1 Randstrahlen...OP 4.2 Bestimmung der Brennweite von Sammellinsen...OP Bildkonstruktion an Sammellinsen...OP 4.3 Abbildung eines Punktes mit einer Sammellinse...OP 4.4 Bilder bei der Sammellinse...OP Abbildungsgesetz für Sammellinsen...OP Brechung an Zerstreuungslinsen...OP 4.5 Bestimmung der Brennweite von Zerstreuungslinsen...OP ZT0206_TEIL1 3 / 10 05/03 MID

4 4. Linsen (Fortsetzung) Bildkonstruktion an Zerstreuungslinsen...OP 4.6 Abbildung eines Punktes mit einer Zerstreuungslinse...OP 4.7 Bilder bei der Zerstreuungslinse...OP Farben Farbzerstreuung...OP 5.1 Farbzerlegung des Lichtes durch ein Prisma und Wiedervereinigung...OP 5.2 Additive Farbmischung...OP 5.3 Subtraktive Farbmischung...OP 5.4 Körperfarben...OP Das Auge Das normalsichtige Auge...OP 6.1 Kurzsichtigkeit...OP 6.2 Weitsichtigkeit...OP 6.3 Alterssichtigkeit...OP Optische Instrumente Lupe...OP 7.1 Diaprojektor...OP 7.2 Mikroskop...OP 7.3 Fernrohr...OP 7.4 Fotoapparat...OP 7.5 Tiefenschärfe...OP ZT0206_TEIL1 4 / 10 05/03 MID

5 Allgemeine Hinweise 1. Verdunkelung des Experimentierraumes Mit der Halogenlampe werden bereits in normalbeleuchteten Räumen (ohne direkte Sonneneinstrahlung) gute Versuchsergebnisse erzielt. Für die Versuchsreihen "Farben" und "Wellenoptik empfehlen wir jedoch, den Experimentierraum etwas abzudunkeln. 2. Experimentierleuchte 12 V / 20 W, Halogen PA9276 Die Experimentierleuchte ist mit einer 20 W-Halogenlampe ausgerüstet. Sie kann mit Gleich- oder Wechselspannung von 12 Volt betrieben werden und besitzt zwei Lichtausgänge. Die Stirnseite mit der rechteckigen Öffnung verbreitet paralleles Licht. Für Anwendungen direkt auf der Tischfläche. Die Stirnseite mit rundem Loch verbreitet divergierendes Licht. Für Anwendungen auf der optischen Schiene mit dem Halter mit Stange PA9272. Der jeweils nicht genutzte Lichtaustritt wird mit einer Rechteckscheibe aus Kunststoff abgedeckt. (im Lieferumfang enthalten) Die Lebensdauer der Halogenlampe wird durch eine zu hohe Betriebsspannung stark verkürzt. Es ist empfehlenswert, Spannungsquellen mit festem 12 V-Anschluss, z. B. PA7171, zu verwenden (ausser Versuch OP 1.8). Netzgeräte mit variabler Ausgangsspannung sollten auf 12 V begrenzt werden können. 3. Ersetzen der Halogenlampe (Ersatzteil-Bestell-Nr. PA9275) Die Experimentierleuchte zuerst abkühlen lassen! Kunststoffkappe mit rundem Loch von der Stirnseite der Experimentierlampe entfernen. Die Halogenlampe ist mittels zweier Stifte in einem Sockel gesteckt. Die Lampe senkrecht herausziehen und artgerecht entsorgen. Beim Stecken der neuen Halogenlampe den Glaskörper nicht mit blossen Fingern berühren, benützen Sie hierzu ein sauberes, fusselfreies Tuch. 4. Optische Scheibe (Kopiervorlage auf Blatt AL 2) Die optische Scheibe ist eine kreisförmige Scheibe von 170 mm Durchmesser mit einer Gradeinteilung am Umfang. Sie dient als Unterlage für Versuchsaufbauten mit optischen Körpern und zur Messung der Ablenkwinkel von Strahlengängen. Die Idee ist, pro Schüler oder Schülergruppe eine Kopie auf festeres Papier von ca. 140 g/m² zu erstellen. Für häufigere Anwendungen oder für den Lehrer ist auch eine optische Scheibe aus Kunststoff (Durchmesser 200 mm, Dicke 2 mm) unter PA9287 lieferbar. 5. Einsatz von Hohl- und Wölbspiegel Für die zwei Versuche OP und OP wird ein Hohlspiegel bzw. ein Wölbspiegel benötigt. Unter PA9249 liefern wir das Spiegelpaar (mit f= +150 bzw mm) in einem Linsenhalter montiert. Je nach Versuch wird der Linsenhalter um 180 gedreht. Beide Spiegel sind aber auch als Einzelspiegel erhältlich unter PA5044 bzw. PA5049. Das Spiegelpaar gehört nicht zur Grundausrüstung des Schüleroptiksets PA9270, ist also separat zu bestellen. ZT0206_TEIL1 5 / 10 05/03 MID

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7 Materialliste pro Versuch: Nr. Bezeichnung 1. Lichtausbreitung 2. Spiegel Art. Nr. Box OP 1.1 OP 1.2 OP 1.3 OP 1.4 OP 1.5 OP 1.6 OP 1.7 OP 1.8 OP 2.1 OP OP 2.2 OP 2.3 OP 2.4 OP 2.5 OP Exp.leuchte 12 V/20 W; Halogen PA Halter mit Stange D=10 mm PA Linse f= -150 mm, mit Halter PA Linse f= +50 mm, mit Halter PA Linse f= +150 mm, mit Halter PA Linse f= +100 mm, mit Halter PA Linse f= +300 mm, mit Halter PA Schiene zu Schüleroptik PA9231 X Mattscheibe 50x50 mm PA Blende; 1 und 2 Schlitze; 50x50 mm PA Blende; 3 und 5 Schlitze; 50x50 mm PA F-Blende in Diarahmen PA Optischer Körper; trapezförmig PA Farbbild; in Diarahmen PA Lochblende D = 1,5 mm PA Lochblende D = 5 mm PA Blende mit 1 Schlitz; in Diarahmen PA Farbfilter subtr.; 50x50 mm; Satz PA Farbfilter additiv, in Dia, 1 Satz PA Diahalter zu Schüleroptik PA Metallspiegel zu Schüleroptik PA Platten/Spiegel zu Schüleroptik; S. PA Schirm 145x145 mm, weiss PA Prisma 60, Acrylglas PA Optischer Körper; halbkreisförmig PA Optischer Körper; plankonvex PA Opitscher Körper; plankonkav PA Optischer Körper; Prisma 90 PA Kunststofftrog, transparent PA Erde/Mond Modell PA Halter für Stange D=10 mm PA Holzsockel zu Linsenhalter; 2 Stk. PA Verbindungskabel 4 mm; 100 cm; sch. PA Rollmassband 3 m PA Folgende Artikel sind zusätzlich erforderlich (nicht im Set PA9270 enthalten): 40 Kerze 1 41 Optische Scheibe, ab PA Schüleroptik, Versuchsanleitung (kopierbar) PA Spannungsquelle 12 V PA * Hohlspiegel f= -150 mm, D=50 mm PA Wölbspiegel f= 150 mm, D=50 mm PA5049 * Davon muss eine Spannungsquelle regelbar sein. ZT0206_TEIL1 7 / 10 05/03 MID

8 Nr. Bezeichnung 2. Spiegel 3. Brechung Art. Nr. Box OP 2.6 OP 2.7 OP 2.8 OP OP 3.1 OP 3.2 OP 3.3 OP 3.4 OP OP OP 3.5 OP 3.6 OP Experimentierleuchte 20 W, Halogen PA Exp.leuchte 12 V/20 W; Halogen PA Halter mit Stange D=10 mm PA Linse f= -150 mm, mit Halter PA Linse f= +50 mm, mit Halter PA Linse f= +150 mm, mit Halter PA Linse f= +100 mm, mit Halter PA Linse f= +300 mm, mit Halter PA9231 X 1 9 Schiene zu Schüleroptik PA Mattscheibe 50x50 mm PA Blende; 1 und 2 Schlitze; 50x50 mm PA Blende; 3 und 5 Schlitze; 50x50 mm PA F-Blende in Diarahmen PA Optischer Körper; trapezförmig PA Farbbild; in Diarahmen PA Lochblende D = 1,5 mm PA Lochblende D = 5 mm PA Blende mit 1 Schlitz; in Diarahmen PA Farbfilter subtr.; 50x50 mm; Satz PA Farbfilter additiv, in Dia, 1 Satz PA Diahalter zu Schüleroptik PA Metallspiegel zu Schüleroptik PA Platten/Spiegel zu Schüleroptik; S. PA Schirm 145x145 mm, weiss PA Prisma 60, Acrylglas PA Optischer Körper; halbkreisförmig PA Optischer Körper; plankonvex PA Opitscher Körper; plankonkav PA Optischer Körper; Prisma 90 PA Kunststofftrog, transparent PA Erde/Mond Modell PA Halter für Stange D=10 mm PA Holzsockel zu Linsenhalter; 2 Stk. PA Verbindungskabel 4 mm; 100 cm; sch. PA Folgende Artikel sind zusätzlich für den Versuch erforderlich (nicht im Set PA9270 enthalten): 40 Kerze 41 Optische Scheibe, ab PA Schüleroptik, Versuchsanleitung PA Spannungsquelle 12 V Hohlspiegel f= -150 mm, D=50 mm PA Wölbspiegel f= 150 mm, D=50 mm PA Anzahl benötigter Schüleroptiksets pro Versuchsaufbau: Versuch benötigt Einzelteile aus 1 Schüleroptikset Versuch benötigt Einzelteile aus 2 Schüleroptiksets Versuch benötigt Einzelteile aus 3 Schüleroptiksets ZT0206_TEIL1 8 / 10 05/03 MID

9 Nr. Bezeichnung 4. Linsen Art. Nr. Box OP 4.1 OP 4.2 OP OP 4.3 OP 4.4 OP OP OP 4.5 OP OP 4.6 OP 4.7 OP Exp.leuchte 12 V/20 W; Halogen PA Halter mit Stange D=10 mm PA Linse f= -150 mm, mit Halter PA Linse f= +50 mm, mit Halter PA Linse f= +150 mm, mit Halter PA Linse f= +100 mm, mit Halter PA Linse f= +300 mm, mit Halter PA Schiene zu Schüleroptik PA9231 X Mattscheibe 50x50 mm PA Blende; 1 und 2 Schlitze; 50x50 mm PA Blende; 3 und 5 Schlitze; 50x50 mm PA F-Blende in Diarahmen PA Optischer Körper; trapezförmig PA Farbbild; in Diarahmen PA Lochblende D = 1,5 mm PA Lochblende D = 5 mm PA Blende mit 1 Schlitz; in Diarahmen PA Farbfilter subtr.; 50x50 mm; Satz PA Farbfilter additiv, in Dia, 1 Satz PA Diahalter zu Schüleroptik PA Metallspiegel zu Schüleroptik PA Platten/Spiegel zu Schüleroptik; S. PA Schirm 145x145 mm, weiss PA Prisma 60, Acrylglas PA Optischer Körper; halbkreisförmig PA Optischer Körper; plankonvex PA Opitscher Körper; plankonkav PA Optischer Körper; Prisma 90 PA Kunststofftrog, transparent PA Erde/Mond Modell PA Halter für Stange D=10 mm PA Holzsockel zu Linsenhalter; 2 Stk. PA Verbindungskabel 4 mm; 100 cm; sch. PA Rollmassband 3 m PA Folgende Artikel sind zusätzlich für den Versuch erforderlich (nicht im Set PA9270 enthalten): 40 Kerze 41 Optische Scheibe, ab PA Schüleroptik, Versuchsanleitung PA Spannungsquelle 12 V Hohlspiegel f= -150 mm, D=50 mm PA Wölbspiegel f= 150 mm, D=50 mm PA5049 Anzahl benötigter Schüleroptiksets pro Versuchsaufbau: Versuch benötigt Einzelteile aus 1 Schüleroptikset Versuch benötigt Einzelteile aus 2 Schüleroptiksets 2 Versuch benötigt Einzelteile aus 3 Schüleroptiksets ZT0206_TEIL1 9 / 10 05/03 MID

10 Nr. Bezeichnung 5. Farben 6. Das Auge 7. Opt. Instrumente Art. Nr. Box OP 5.1 OP 5.2 OP 5.3 OP 5.4 OP 5.5 OP 6.1 OP 6.2 OP 6.3 OP 6.4 OP 7.1 OP 7.2 OP 7.3 OP 7.4 OP 7.5 OP Exp.leuchte 12 V/20 W; Halogen PA Halter mit Stange D=10 mm PA Linse f= -150 mm, mit Halter PA Linse f= +50 mm, mit Halter PA Linse f= +150 mm, mit Halter PA Linse f= +100 mm, mit Halter PA Linse f= +300 mm, mit Halter PA Schiene zu Schüleroptik PA9231 X Mattscheibe 50x50 mm PA Blende; 1 und 2 Schlitze; 50x50 mm PA Blende; 3 und 5 Schlitze; 50x50 mm PA F-Blende in Diarahmen PA Optischer Körper; trapezförmig PA Farbbild; in Diarahmen PA Lochblende D = 1,5 mm PA Lochblende D = 5 mm PA Blende mit 1 Schlitz; in Diarahmen PA Farbfilter subtr.; 50x50 mm; Satz PA Farbfilter additiv, in Dia, 1 Satz PA Diahalter zu Schüleroptik PA Metallspiegel zu Schüleroptik PA Platten/Spiegel zu Schüleroptik; S. PA Schirm 145x145 mm, weiss PA Prisma 60, Acrylglas PA Optischer Körper; halbkreisförmig PA Optischer Körper; plankonvex PA Opitscher Körper; plankonkav PA Optischer Körper; Prisma 90 PA Kunststofftrog, transparent PA Erde/Mond Modell PA Halter für Stange D=10 mm PA Holzsockel zu Linsenhalter; 2 Stk. PA Verbindungskabel 4 mm; 100 cm; sch. PA Rollmassband 3 m PA Folgende Artikel sind zusätzlich erforderlich (nicht im Set PA9270 enthalten): 40 Kerze 2 41 Optische Scheibe, ab PA Schüleroptik, Versuchsanleitung (kopierbar) PA Spannungsquelle 12 V Hohlspiegel f= -150 mm, D=50 mm PA Wölbspiegel f= 150 mm, D=50 mm PA5049 Anzahl benötigter Schüleroptiksets pro Versuchsaufbau: Versuch benötigt Einzelteile aus 1 Schüleroptikset Versuch benötigt Einzelteile aus 2 Schüleroptiksets 2 Versuch benötigt Einzelteile aus 3 Schüleroptiksets 3 ZT0206_TEIL1 10 / 10 05/03 MID