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Optik S. 10–75 SB

9 Natur und Technik

Physik, Gesamtband Baden-Württemberg

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Minimalkurs

Licht und Sehen S. 12 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 12 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 12 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 13 Material C S. 13 Material C und D S. 13 Material C und D S. 14 Basistext und

Aufgaben 1 + 2 S. 14 Basistext und

Aufgaben 1 + 2 + 3 + 4 S. 15 Material B S. 15 Material B S. 18 Basistext und Aufgabe 1 S. 18 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 18 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 19 Material A als Demoversuch S. 19 Material A als Demoversuch S. 19 Material A als Demoversuch S. 19 Material D S. 19 Material C + D Licht und Schatten S. 22 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 22 Basistext – Aufgaben 1 + 2 + 3 S. 22 Basistext – Aufgaben 1 + 2 + 3 S. 23 Material A S. 23 Material A + C S. 23 Material A + C S. 24 Basistext und Aufgabe 1 S. 24 Basistext und Aufgabe 1 S. 24 Basistext und Aufgabe 1 S. 25 Material A S. 25 Material A + C S. 25 Material A + C S. 26 Basistext und Aufgabe 1 S. 26 Basistext und Aufgabe 1 S. 26 Basistext und Aufgabe 1 S. 27 Material A S. 27 Material A S. 27 Material A S. 28 Basistext und Aufgabe 1 S. 28 Basistext und Aufgabe 1 S. 28 Basistext und Aufgabe 1 S. 29 Material B als Demoversuch S. 29 Material B als Demoversuch

+ Material C S. 29 Material B als Demoversuch

+ Material C Bilder erzeugen S. 32 Basistext und Aufgabe 1 S. 32 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 32 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 34 Material A S. 34 Material A S. 34 Material A S. 36 Text bearbeiten und vorstellen S. 38 f. Basistext und Aufgabe 1 S. 38 f. Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 38 f. Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 40 Material A S. 40 Material A S. 40 Material A + E S. 46 f. Basistext und Aufgaben 1–3 S. 50 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 51 Material A + B Reflexion und Brechung S. 56 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 56 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 56 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 57 Material A S. 57 Material A S. 57 Material A S. 58 Basistext und Aufgaben 1–5 S. 59 Material B S. 60 Basistext und Aufgabe 1 S. 60 Basistext und Aufgabe 1 S. 60 Basistext und Aufgabe 1 S. 61 Material A als Demoversuch S. 61 Material A als Demoversuch

+ Material C S. 61 Material A als Demoversuch

+ Material C + D S. 62 Basistext und Aufgabe 1 S. 63 Material A + B S. 66 Basistext und Aufgabe 1 S. 66 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 66 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 67 Material A S. 67 Material A S. 67 Material A + C S. 68 Basistext und Aufgaben 1–3 S. 70 Basistext und Aufgaben 1 + 2 S. 71 Material A Niveaustufe G Niveaustufe M Niveaustufe E

Eine einfache Unterstreichung zeigt an, was über die Niveaustufe G hinausgeht. Eine doppelte Unterstreichung zeigt an, was über die Niveaustufe M hinausgeht.

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Platz für eigene Notizen

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Glossar Absorption: Ein Gegenstand absorbiert Licht, wenn er Licht auf-nimmt und nicht wieder abgibt.

Auge: Wir sehen einen Gegenstand, wenn Licht von ihm ins Auge fällt. Das Auge erzeugt ein Bild des Gegenstands auf der Netzhaut. Dort werden Sehsinneszellen gereizt. Sie senden daraufhin Bild-informationen an das Gehirn. Das Licht von einem Gegenstand geht zuerst durch die durchsich-tige, gewölbte Hornhaut. Dann folgt die bunte Iris (eine Blende) mit der schwarzen Pupille (ein Loch). Hinter der Pupille trifft das Licht auf die Augenlinse. Diese → Sammellinse erzeugt zusammen mit der Hornhaut das Bild des Gegenstands auf der Netzhaut. In der Netzhaut sitzen die Sehsinneszellen. Sie werden durch das Licht gereizt und schicken dann elektrische Signale über den Seh-nerv zum Gehirn. Bei fernen Gegenständen ist die → Brennweite der Augenlinse groß, bei nahen Gegenständen ist sie klein. Für die Veränderung der Linse sorgen die Linsenbänder und der Ringmuskel. Die → Bildweite des Auges bleibt immer gleich groß.

Bildentstehung: Lochblenden und → Sammellinsen erzeugen Bilder von Gegenständen. Man kann diese Bilder mit einem Schirm auffangen, sie sind reelle Bilder. Das Bild einer Kerzenflamme entsteht bei einer Lochblende so: Von jedem Punkt der Flamme geht Licht durch das Loch in der Blende. Auf dem Schirm hinter dem Loch entsteht zu jedem Punkt der Flamme ein kleiner → Lichtfleck. Alle Lichtflecken zusammen ergeben das Bild der Kerzenflamme. Das Bild einer (genügend weit entfernten) Kerzenflamme entsteht bei der Sammellinse so: Von jedem Punkt der Flamme geht Licht durch die Sammellinse. Die Sammellinse lenkt das Licht von jedem Punkt der Flamme so um, dass es in einem bestimmten Punkt hinter der Linse wieder zusammenläuft. Zu jedem Gegenstands-punkt entsteht genau ein Bildpunkt. Alle Bildpunkte zusammen ergeben das Bild der Kerzenflamme.

Bildweite: Abstand zwischen → Sammellinse (oder Lochblende) und scharfem Bild eines Gegenstands

Brechung: Wenn Licht durch die Luft geht und schräg in Glas oder Wasser eindringt, ändert sich seine Ausbreitungsrichtung. Diese Umlenkung wird als Brechung des Lichts bezeichnet. Dazu kommt es auch an vielen anderen Grenzflächen zwischen zwei durchsich-tigen Stoffen.

Brennweite: Abstand zwischen einer → Sammellinse und ihrem scharfen Sonnenbild. Die Brennweite ist die kleinste → Bildweite einer Sammellinse. Je größer die Brennweite einer Sammellinse ist, desto größer sind die Bildweite und das Bild.

Brille: Die Brillengläser sind → Sammellinsen oder → Zerstreuungs-linsen. Die Linsen unterstützen die Augen bei → Weitsichtigkeit oder → Kurzsichtigkeit, um scharfe Bilder von Gegenständen auf der Netzhaut zu erzeugen.

Farbaddition: Wenn Licht verschiedener Farben zusammenkommt, entstehen für uns neue Farbeindrücke. Man spricht von Farbaddi-tion. Durch Farbaddition von rotem, grünem und blauem Licht lassen sich alle Farbeindrücke erzeugen. Regeln der Farbaddition: • Rot + Grün = Gelb • Rot + Blau = Magenta • Grün + Blau = Cyan • Rot + Grün + Blau = Weiß

Gegenstandsweite: Abstand zwischen Gegenstand und → Sammel-linse (oder Lochblende)

geradlinige Lichtausbreitung: Das Licht bereitet sich von einer → Lichtquelle geradlinig in alle möglichen Richtungen aus.

Halbmond: → Mondphase, bei der wir die beleuchtete Halbkugel des Monds genau von der Seite sehen

Halbschatten: Wenn ein lichtundurchlässiger Gegenstand von zwei Lampen beleuchtet wird, gibt es hinter ihm → Schattenräume, in die nur das Licht von einer Lampe gelangt. Diese Schattenräume heißen Halbschatten. Sie sind heller als der → Kernschatten.

infrarote Strahlung: Jeder Körper sendet unsichtbare infrarote Strahlung aus – je wärmer er ist, desto mehr. Die infrarote Strah-lung liegt im Spektrum der Sonnenstrahlung vor dem roten Licht. Infrarote Strahlung erwärmt unsere Haut.

Kernschatten: Wenn ein lichtundurchlässiger Gegenstand von zwei Lampen beleuchtet wird, kann es hinter ihm einen → Schatten-raum geben, in den von keiner Lampe Licht gelangt. Deshalb ist es dort dunkel. Dieser Schattenraum heißt Kernschatten.

Kurzsichtigkeit: Kurzsichtige sehen nahe Gegenstände scharf, aber ferne unscharf. Ihr Augapfel ist länger als normal. Dadurch entste-hen scharfe Bilder ferner Gegenstände schon vor der Netzhaut. Kurzsichtige brauchen eine → Brille mit → Zerstreuungslinsen. Diese Linsen lassen das Licht stärker auseinanderlaufen. Dadurch kann die Augenlinse das Licht erst etwas weiter hinten zusammen-führen – auf der Netzhaut.

Lichtempfänger: Gegenstand, der Licht aufnimmt und nutzt

Lichtfleck: Von einer punktförmigen → Lichtquelle breitet sich Licht geradlinig in alle möglichen Richtungen aus. Eine Blende mit kleinem Loch lässt davon nur ein schmales Lichtbündel durch. Wenn es auf einen Schirm trifft, sieht man einen kleinen Lichtfleck.

Lichtquelle: Gegenstand, der Licht erzeugt und aussendet

Mondfinsternis: Die von der Sonne beleuchtete Halbkugel des Monds wird verdunkelt, wenn der Mond durch den → Kernschat-ten der Erde läuft. Eine totale Mondfinsternis tritt auf, wenn Son-ne, Erde und Mond auf einer Geraden liegen. Das kann nur bei → Vollmond geschehen.

Mondphasen: Jede Nacht sehen wir den Mond etwas anders. Seine wechselnde Gestalt nennt man Mondphasen. Sie kommen so zustande: Der Mond wird ständig von der Sonne beleuchtet. Eine

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Halbkugel des Monds ist daher immer hell, die andere dunkel. Wir sehen von der beleuchteten Hälfte mal mehr, mal weniger – je nachdem, wie Sonne, Mond und Erde zueinander stehen. Manche Mondphasen haben einen besonderen Namen: → Vollmond, → Halbmond und → Neumond.

Neumond: → Mondphase, bei der wir auf die unbeleuchtete Halb-kugel des Monds schauen

Objektiv: Bei Kameras werden die Bilder mit einer → Sammellinse und weiteren Linsen erzeugt. Das Linsensystem wird Objektiv genannt. Objektive unterscheiden sich in ihrer → Brennweite: • Weitwinkelobjektive haben eine kleine Brennweite. • Teleobjektive haben eine große Brennweite. • Zoomobjektive haben eine veränderliche Brennweite.

optische Hebung: Gegenstände unter Wasser sehen wir scheinbar angehoben. Ihr Licht wird an der Wasseroberfläche durch → Bre-chung umgelenkt, und zwar vom Lot weg. Wir sehen ein „Trugbild“ in der Richtung, aus der das gebrochene Licht ins Auge fällt.

Reflexion: Licht wird von Spiegeln und vielen anderen glatten, glänzenden Oberflächen in eine bestimmte Richtung umgelenkt. Sie reflektieren das Licht.

Reflexionsgesetz: Am Spiegel und anderen reflektierenden Ober-flächen gilt für das Licht: • Der Einfallswinkel ist genauso groß wie der Reflexionswinkel. • Einfallender und reflektierter Lichtstrahl liegen in einer Ebene

mit dem Einfallslot.

Sammellinse: Sie ist ähnlich geformt wie eine Linse (in der Mitte dicker als am Rand) und besteht meistens aus Glas oder Kunststoff. Sammellinsen lenken das Licht von einem Gegenstandspunkt so um, dass es hinter der Linse wieder in einem Punkt zusammen-läuft. Das Umlenken des Lichts geschieht durch → Brechung.

Schatten: Hinter einem beleuchteten Gegenstand, der das Licht nicht durchlässt, fehlt Licht. Dort ist es dunkel. Man sagt, der Gegenstand erzeugt (oder „wirft“) einen Schatten.

Schattenbild: Auf einer Wand oder dem Fußboden im → Schatten eines beleuchteten Gegenstands sieht man eine dunkle Fläche mit dem Umriss des Gegenstands.

Schattenraum: dunkler Raum hinter einem lichtundurchlässigen Gegenstand

Seheindruck: Die beiden Augen eines Menschen erzeugen zwei unterschiedliche, umgedrehte Bilder der Umgebung. Die Informa-tionen aus diesen Bildern werden vom Gehirn zu einem einzigen aufrechten und räumlichen Seheindruck der Umgebung verarbei-tet. Dabei spielt die Erfahrung des Menschen eine große Rolle.

Sehen: Wir sehen einen Gegenstand, wenn Licht von ihm in unsere Augen fällt. Der Seheindruck wird im Gehirn erzeugt.

Sonnenfinsternis: Die von der Sonne beleuchtete Halbkugel der Erde wird teilweise verdunkelt, wenn sich der Mond zwischen Sonne und Erde schiebt. Die Erde befindet sich dann zum Teil im → Schattenraum des Monds. Eine totale Sonnenfinsternis tritt auf,

wenn Sonne, Mond und Erde auf einer Geraden liegen. Das kann nur bei → Neumond geschehen.

Spektrum: Wenn weißes Licht durch ein Prisma geht, entsteht auf einem Schirm in einiger Entfernung hinter dem Prisma ein buntes Lichtband: das Spektrum. Das weiße Licht besteht aus Licht mit ganz vielen verschiedenen Farben. Die → Brechung an der Oberfläche des Prismas ist je nach Farbe verschieden stark: Rotes Licht wird am schwächsten gebro-chen, violettes Licht am stärksten. Dadurch laufen die farbigen Bestandteile des weißen Lichts ab dem Prisma auseinander. Sie lassen sich durch ein zweites Prisma nicht weiter zerlegen. Das Spektrum der Sonnenstrahlung enthält auch zwei unsichtbare Anteile: → infrarote Strahlung und → ultraviolette Strahlung.

Spiegelbild: Wenn der Spiegel das Licht eines Gegenstands ins → Auge reflektiert, sehen wir ein Spiegelbild des Gegenstands. Es liegt in der Richtung, aus der das reflektierte Licht ins Auge einfällt. Vom Ort des Spiegelbilds geht kein Licht aus, wir sehen ein „Trug-bild“. Bei einem ebenen Spiegel ist das Spiegelbild genauso weit vom Spiegel entfernt wie der Gegenstand selbst. Spiegel „vertauschen“ vorn und hinten.

Strahlenmodell: Die → geradlinige Lichtausbreitung stellen wir in Zeichnungen durch gerade Linien dar. Pfeilspitzen an den Linien zeigen die Ausbreitungsrichtung an. Diese Pfeillinien bezeichnen wir als Strahlen. Sie stellen etwas dar, sie sind ein Modell.

Streuung: Ein Gegenstand streut auftreffendes Licht, wenn er es in alle Richtungen verteilt.

ultraviolette Strahlung: Das → Spektrum der Sonnenstrahlung geht über das violette Licht hinaus, es folgt die unsichtbare ultra-violette Strahlung. Sie bräunt unsere Haut und bewirkt Sonnen-brand. UV-Strahlung wird nicht nur von der Sonne erzeugt, son-dern auch von speziellen Lampen.

Vollmond: → Mondphase, bei der wir die ganze beleuchtete Halb-kugel des Monds sehen

Weitsichtigkeit: Weitsichtige sehen ferne Gegenstände scharf, aber nahe unscharf. Dafür gibt es zwei Ursachen: • Der Augapfel ist kürzer als normal. Das scharfe Bild würde erst

hinter der Netzhaut entstehen. • Die Augenlinse wölbt sich beim Sehen naher Gegenstände nicht

genug. Die → Brennweite der Linse ist so groß, dass das scharfe Bild erst hinter der Netzhaut entstehen würde.

Weitsichtige brauchen eine → Brille mit → Sammellinsen. Diese Linsen führen das Licht von einem Gegenstandspunkt zusätzlich zur Augenlinse zusammen. Dadurch entsteht das scharfe Bild schon auf der Netzhaut.

Zerstreuungslinse: Sie ist in der Mitte dünner als am Rand (also anders als eine → Sammellinse) und besteht meistens aus Glas oder Kunststoff. Zerstreuungslinsen lenken das Licht von einem Gegenstandspunkt so um, dass es hinter der Linse stärker aus-einanderläuft als vorher. Das Umlenken des Lichts geschieht durch → Brechung.

Lichtquellen und Lichtempfänger S. 12/13 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler können • Lichtquellen und Lichtempfänger nennen und den

Unterschied erklären. • erläutern, dass Augen Lichtempfänger sind. • die Bedingung angeben, unter der wir Lichtquellen

sehen.

Vorschläge für den Unterricht

Alternative Einstiegsmöglichkeiten • Für einen handlungsorientierten Einstieg eignet sich

Material B. Der Versuch kann im Klassenraum vorge-führt werden. Im Unterrichtsgespräch wird geklärt, dass wir Licht nicht sehen, wenn es „am Auge vorbei-geht“. Unsere Augen sind Lichtempfänger. Sie reagie-ren nur auf Licht, das durch die Pupille ins Auge fällt.

• Einen weiteren handlungsorientierten Einstieg ermög-licht Material A. Im Unterrichtsgespräch wird erarbei-tet, dass wir Licht zum Sehen brauchen. Im absolut dunklen Raum sehen wir nur Gegenstände, die selbst Licht aussenden, also Lichtquellen.

Differenzierung Material C und D können zur Differenzierung eingesetzt werden. Ein Austausch erfolgt im Partnercheck.

Ergebnissicherung Möglicher Tafelanschrieb:

Lichtquellen und Lichtempfänger Lichtquellen senden Licht aus. Beispiele: Kerze, Bild-schirm, Sonne Lichtempfänger fangen Licht auf und nutzen es. Bei-spiele: Kamera, Solarzelle Augen sind Lichtempfänger. Wir sehen Lichtquellen nur, wenn ihr Licht in unsere Augen gelangt. KV 01: Lichtquellen und Lichtempfänger

Materialseite

Material A Für diesen Vorführversuch muss der Raum vollständig verdunkelt werden, Vorhänge reichen nicht! Auch die Kontrollleuchten von Schalttafeln müssen verdeckt wer-den. Die Verdunklung setzt Disziplin der Klasse voraus. Auch wenn der Raum zunächst ganz dunkel erscheint, erkennt das adaptierte Auge meist einen Lichtschein, z. B. vom Türspalt oder von einer verdeckten Kontroll-leuchte. Textmarker, Warnwesten oder Rückstrahler sind dann noch nicht zu sehen. Nach Anzünden des Teelichts leuchten Rückstrahler und andere reflektierende Gegen-stände auf, wenn sie geeignet gehalten werden.

Material B Der Versuch eignet sich zur Vorführung in einem verdun-kelten Raum mit anschließendem Unterrichtsgespräch. Dabei muss die Verdunklung nicht so vollständig sein wie bei Material A. Es darauf zu achten, dass das Licht der Taschenlampe nicht auf den Rand der Dose fällt. Das Lichtbündel muss also durch die Einstellung der Taschen-lampe oder die Papphülse hinreichend schmal sein. Unser Auge reagiert nur auf Licht, das durch die Pupille auf die Netzhaut gelangt. Die schwarze Dose absorbiert das Licht der Taschenlampe. Auf dem Weg in die Dose ist es von der Seite nicht zu sehen. Um das Licht zu bemer-ken, muss man einen Gegenstand (z. B. die Hand) in den Lichtweg halten. Die beleuchtete Hand streut Licht in viele Richtungen, u. a. auch in unsere Augen. Deshalb sehen wir die Hand.

Material C Hier kann ein Problem mit den Begriffen Lichtquelle und Lichtempfänger entstehen: Jeder sichtbare Gegenstand empfängt Licht (wenn er z. B. im Sonnenlicht steht) und verteilt es anschließend in viele Richtungen. Man könnte also sagen, jeder Gegenstand sei ein Lichtempfänger und eine Lichtquelle. So sind die Begriffe nicht gemeint: • Unter Lichtquelle verstehen wir Gegenstände, die

selbst Licht erzeugen, also eine andere Energieform in Licht umwandeln. So wandelt eine LED elektrische Energie zum Teil in Licht um.

• Lichtempfänger sind Gegenstände, die Licht nutzen, indem sie es in eine andere Energieform umwandeln.

Da die Schülerinnen und Schüler den Energiebegriff seit der Klassenstufe 5/6 kennen, können die Begriffe bei Bedarf so erläutert werden. So gesehen zählt der Mond nicht zu den Lichtquellen oder Lichtempfängern, weil er das Sonnenlicht nicht umwandelt, sondern streut. (Auf den Begriff Streuung wird auf der nächsten Doppelseite im Buch eingegan-gen.) Das Auge ist ein Lichtempfänger. Aber man kann die Augen anderer Menschen auch sehen, weil sie Licht streuen.

Material D Die Fragestellung greift das Problem der Höhlenforsche-rin auf Seite 12 SB auf und überträgt es auf den Grotten-olm. Ohne Licht könnte er auch mit den besten Augen nichts sehen.

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Optik Lichtquellen und Lichtempfänger S. 12/13 SB



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Musterlösungen

Aufgaben S. 12 1 Lichtquelle: Sonne, Bildschirm Lichtempfänger: Kamera (ohne Blitz), Solarzelle, Auge

2 Lichtquellen erzeugen Licht und senden es aus. Licht-empfänger nehmen Licht auf und nutzen es.

Material A S. 13 1 a Im vollständig verdunkelten Raum sieht man auch

nach Gewöhnung an die Dunkelheit nichts. b Im völlig verdunkelten Raum kann man auch Text-

marker oder Rückstrahler nicht sehen. c Das angezündete Teelicht erhellt große Teile des

Raums und macht viele Gegenstände sichtbar.

Material B S. 13 1 a Von der Seite her ist das Licht zwischen Pappröhre

und Blechdose nicht zu sehen. b Wenn man zum Beispiel die Hand zwischen Lampe

und Dose hält, wird sie beleuchtet. Daran erkennt man, dass Licht da ist.

Material C S. 13 1 a Die Gegenstände in der linken Spalte sind Lichtquel-

len. Die Gegenstände in der rechten Spalte sind Lichtempfänger.

b Linke Spalte (Lichtquellen): Display, Blitz, Glühwürm-chen

Rechte Spalte (Lichtempfänger): Handykamera c Das Auge ist ein Lichtempfänger. Bei Vollmond kann man in klaren Nächten draußen

gut sehen. Der Mond erzeugt kein Licht, er bekommt sein Licht

von der Sonne. Er ist so gesehen keine Lichtquelle. Der Mond leitet das Sonnenlicht nur weiter und nutzt

es nicht. So gesehen ist er auch kein Lichtempfänger.

Material D S. 13 1 Zum Sehen braucht der Grottenolm Licht. Da es in

Höhlen sehr dunkel ist, könnte er auch mit den bes-ten Augen nichts sehen.

2 Nachts ist nur wenig Licht vorhanden. In die großen Augen des Koboldmakis fällt aber noch so viel Licht, dass er auch nachts etwas sehen kann.

Wenn Licht auf Gegenstände trifft S. 14–17 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler können • die Begriffe Streuung, Absorption und Reflexion an

Beispielen erläutern. • die Bedingung nennen, unter der wir beleuchtete

Gegenstände sehen.


Alternative Einstiegsmöglichkeiten • Für eine eindrucksvolle und motivierende Vorführung

eignet sich Material D. • Auch Material A kann als Anlass für ein Unterrichts-

gespräch dienen, in dem die Bedingung der Sichtbar-keit erarbeitet wird.

Differenzierung Material B kann als Schülerexperiment in kleinen Grup-pen durchgeführt werden. Eine Differenzierung kann durch verschiedene Aufgaben erfolgen: Aufbau, Ver-suchsdurchführung und Beschreibung (Protokoll), Erklä-rung (Skizze des Lichtwegs). Zur Differenzierung kann auch eine Auswahl der Aufgaben dienen. Die Texte und Aufgaben auf den Seiten 16/17 SB können ebenfalls zur Differenzierung eingesetzt werden.


Beleuchtete Gegenstände sehen Wenn Licht auf einen Gegenstand trifft, wird es gestreut, absorbiert, reflektiert oder durchgelassen. • Streuung: Das Licht wird in alle Richtungen verteilt.

Dabei nimmt es die Farbe des Gegenstands an. • Absorption: Schwarze Gegenstände nehmen das Licht

auf und geben es nicht wieder ab. • Reflexion: Glatte Gegenstände lenken das Licht wie

Spiegel in eine bestimmte Richtung. Wir sehen beleuchtete Gegenstände, wenn das gestreute oder reflektierte Licht in unsere Augen fällt. KV 02: Wenn Licht auf Gegenstände trifft

Materialseite

Material A Für diesen Versuch muss es sehr dunkel im Raum sein. Der Versuch eignet sich als Vorführversuch: Eine Schüle-rin oder ein Schüler hält die Taschenlampe, die übrigen beschreiben die Beobachtungen.

Material B Dies ist der zentrale Versuch zur Streuung von Licht. Er sollte unbedingt als Schülerversuch in kleinen Gruppen durchgeführt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Taschenlampen nur die davorgehaltenen Gegenstän-de beleuchten und nicht die Gegenstände anderer Grup-pen. Es empfiehlt sich, die Ergebnisse in einer Liste no-tieren zu lassen.

Material C Das Bild 9 in Material C kann einen Impuls für ein Unter-richtsgespräch mit der ganzen Klasse geben. Die Aufgabe kann aber auch (neben den Aufgaben von S. 14 SB) zur Differenzierung eingesetzt oder in Gruppen bearbeitet werden.

Material D Der Versuch kann mit einem Diaprojektor (Beamer sind nicht geeignet) im Unterricht vorgeführt werden. Er ist besonders eindrucksvoll, wenn folgende Hinweise be-achtet werden: • Der Zeigestock sollte möglichst weiß sein. • Das Dia wird in kurzem Abstand (je nach Objektiv etwa

2–3 m) ungefähr im Format DIN A3 abgebildet. • Der Lichtkegel des Diaprojektors wird auf eine sehr

weit entfernte dunkle Wand gerichtet (evtl. mit dunk-lem Tuch verhängen), damit das Dia dort sehr un-scharf, lichtschwach und damit kaum sichtbar abgebil-det wird. Zusätzlich kann man den Diaprojektor über einen Trenntrafo mit einer geringeren Spannung als 230 V betreiben.

Überraschend an diesem Versuch ist der Eindruck, dass es scheinbar der bewegte Zeigestock ist, der das Bild erzeugt. Bei der Erklärung sollte betont werden, dass das Licht vom Diaprojektor nur in unser Auge gelangt, wenn sich das Auge im Lichtweg befindet. Aus allen anderen Richtungen als der direkten nehmen wir das Licht nur wahr, wenn es von Körpern gestreut wird. Im Experi-ment ist der Zeigestock der lichtstreuende Körper. Die Präsentation des Experiments wirft oft Fragen auf, die nicht unmittelbar mit der beabsichtigten Zielsetzung zusammenhängen. So wird man das Zustandekommen des ruhig im Raum stehenden Bilds nur erklären können, wenn man auf die „Trägheit“ des menschlichen Auges hinweist. Der Eindruck eines Bilds bleibt für Bruchteile einer Sekunde (etwa eine sechzehntel Sekunde) über die Dauer des Lichtempfangs hinaus erhalten. Daher sehen wir alle Teile des Bilds gleichzeitig, wenn der Stock nicht länger als jeweils eine sechzehntel Sekunde braucht, um durch die Bildfläche zu schwingen. Diese Information muss eventuell von der Lehrerin oder dem Lehrer gegeben werden.

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Optik Wenn Licht auf Gegenstände trifft S. 14–17 SB



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Musterlösungen

Aufgaben S. 14 1 Wir sehen beleuchtete Gegenstände nur, wenn Licht

von ihnen in unsere Augen fällt. Die meisten Gegen-stände können wir sehen, weil sie Licht streuen. Oh-ne Streuung könnten wir fast nur Lichtquellen sehen.

2 Der Mond streut das Licht der Sonne. Ein Teil des gestreuten Lichts kommt zur Erde und beleuchtet sie.

3 Der Spiegel erzeugt kein Licht. Aber er reflektiert Licht, das auf ihn fällt. Wenn es ins Auge gelenkt wird, erscheint der Spiegel hell.

4 Streuung: Ein weißes Blatt Papier streut auftreffen-des Licht in alle Richtungen.

Absorption: Ein schwarzes Blatt Papier nimmt auf-treffendes Licht auf und gibt es nicht wieder ab.

Reflexion: Ein Spiegel lenkt auftreffendes Licht in eine bestimmte Richtung um.

Material A S. 15 1 a Wenn die Lampe ausgeschaltet ist und es dunkel im

Raum ist, sieht man zunächst nichts. Nach einer Minute haben sich die Augen an die Dunkelheit ge-wöhnt und sind lichtempfindlicher geworden. Man kann zum Beispiel etwas in dem schwachen Licht sehen, das durch die Türritze hereinkommt.

b Man sieht jetzt auch Gegenstände, die vom Lichtfleck beleuchtet werden. Die beleuchtete Stelle in der Zimmerecke streut das Licht der Lampe in alle Rich-tungen und beleuchtet dadurch die Umgebung.

Material B S. 15 1 a Der weiße Karton erscheint neben der Lampe rötlich.

Er wird vom roten Streulicht des roten Kartons be-leuchtet.

b Weißer Karton: Der weiße Karton an der Lampe wird hell, aber nicht gefärbt.

Schwarzer Karton: Der weiße Karton an der Lampe wird (fast) nicht beleuchtet.

Transparentpapier: Der weiße Karton an der Lampe erscheint nicht so hell wie vorher beim weißen Kar-ton gegenüber. Ein Teil des Lichts von der Lampe scheint durch das Transparentpapier hindurch.

Zerknitterte Alufolie: Der weiße Karton an der Lampe bekommt einzelne helle Flecken. Sie bewegen sich, wenn die Alufolie etwas verdreht wird.

Spiegel: Der weiße Karton an der Lampe wird hell beleuchtet, wenn das Licht der Lampe vom Spiegel zum Karton reflektiert wird. Dreht man den Spiegel, dann bleibt der Karton an der Lampe dunkel.

2 Die Skizzen können ähnlich aussehen wie in den Bildern 2–6 auf Seite 14 im Schülerbuch. Links muss jeweils noch der weiße Karton ergänzt werden.

Material C S. 15 1 Der Mensch ist schwarz angezogen und steht vor

einem schwarzen Hintergrund. Nur die weißen Hän-de und das weiße Gesicht streuen Licht zum Betrach-ter hin. Alle schwarzen Flächen absorbieren Licht und sind nicht zu sehen.

Material D S. 15 1 Der helle Stock streut das Licht wie eine Leinwand –

aber immer nur an der Stelle, an der er gerade ist. In jedem Moment sehen wir nur den Teil des Bilds, des-sen Licht gerade vom Stock gestreut wird. Unsere Augen bekommen die schnelle Bewegung des Stocks nicht mit und sehen das ganze Bild gleichzeitig.

Aufgaben S. 16 1 Unterschiedliche Beispiele: Das Blinklicht einer

Alarmanlage ruft Nachbarn und Passanten herbei. Das Blinken von Glühwürmchen lockt andere Glüh-würmchen an. Blinkende Lichter beim Handyspiel zeigen, wo man schnell drücken muss. …

2 Die Kleidung sollte möglichst hell oder reflektierend sein, damit die beleuchtete Person im Dunkeln gut sichtbar ist.

3 Das Rücklicht ist im Dunkeln gut zu sehen und zeigt nachfolgenden Auto- und Radfahrern an, dass ein Radfahrer vor ihnen ist und sie vorsichtig fahren müssen.

4 Unterschiedliche Möglichkeiten. Benötigt wird ein dunkler Raum, eine Warnweste und zum Beispiel ei-ne schwache Lampe (Taschenlampe), deren Licht mit Butterbrotpapier oder Ähnlichem gedämpft ist.

Aufgabe S. 17 1 Manche Tiere wollen mit dem Licht Partner anlocken,

andere Tiere wollen Beutetiere anlocken oder Feinde abschrecken.

Licht unterwegs S. 18/19 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler • kennen das Strahlenmodell des Lichts. • nutzen das Strahlenmodell des Lichts, um Lichtwege zu

zeichnen.


Alternative Einstiegsmöglichkeiten • An die Betrachtung von Bild 1 (S. 18 SB) kann sich die

Frage anschließen, unter welchen Umständen Sonnen-strahlen am Himmel sichtbar sind. Mit dem Modellver-such von Material A kann diese Frage beantwortet werden.

• Mit einfachen Disco-Nebelmaschinen (Onlinehandel, ca. 50 €) lässt sich der ganze Klassenraum vernebeln. Die Lichtwege bei Taschenlampen oder Projektoren lassen sich sehr gut im Nebel verfolgen.

Differenzierung Wenn die Inhalte der Basisseite (S. 18 SB) erarbeitet sind, können die Aufgaben von Seite 21 SB (neben den Aufgaben von Seite 18 SB und Material D, S. 19 SB) zur Differenzierung verwendet werden. Hierfür bietet sich ein kleiner Arbeitsplan mit Pflicht- und Zusatzaufgaben an.


Lichtausbreitung und Strahlenmodell des Lichts Das Licht breitet sich von einer Lichtquelle geradlinig in alle möglichen Richtungen aus. Strahlenmodell: Wir stellen den Weg des Lichts durch Linien mit Pfeilspitzen dar. Diese Pfeillinien nennen wir Lichtstrahlen. KV 03: Licht unterwegs

Materialseite

Material A Der Versuch gelingt gut mit einer hellen Glühlampe, die in alle Richtungen strahlt. Die Löcher im Karton sollten nicht zu klein sein. Er eignet sich als Demoversuch vor der ganzen Klasse mit anschließendem Unterrichtsge-spräch.

Material B Der Schlauch sollte 1–2 cm Durchmesser haben (z. B. 2

1 Zoll).

Material C Achtung: Gefahren beim Umgang mit Lasern beachten. Der Versuch eignet sich als Vorführversuch. Auch hier kann die Nebelmaschine eingesetzt werden.

Material D Die Lichtstrahlen sollten von der Mitte der Lampe aus-gehen.

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Optik Licht unterwegs S. 18/19 SB



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Musterlösungen

Aufgaben S. 18 1 Der Nebel streut das Licht der Lampe und macht es

dadurch sichtbar.

2 Mit den Linealen verlängerst du zwei „Linien“ im Sonnenlicht nach oben in die Wolken hinein. Die Sonne „befindet“ sich im Schnittpunkt.

Material A S. 19 1 Man sieht nur die hellen Löcher im Karton und an der

Decke helle Lichtflecken. Sie werden vom Licht er-zeugt, das durch die Löcher scheint.

2 a Man sieht das Licht, das durch die Löcher scheint, bis zur Decke.

b Das Licht breitet sich geradlinig von der Lichtquelle in alle Richtungen aus. Undurchsichtige Gegenstände (wie der Karton) behindern die Ausbreitung.

3 Es entsprechen sich: Sonne – Lampe, Karton – Wol-ken, Löcher im Karton – Wolkenlücken, Kreidestaub – Dunst oder Nebel in der Luft.

Material B S. 19 1 Man sieht die Kerzenflamme nur, wenn man den

Schlauch ganz gerade zwischen Auge und Kerzen-flamme hält.

Material C S. 19 1 Man sieht, dass der Laserstrahl gerade verläuft,

parallel zur gespannten Schnur.

Material D S. 19 1 Zeichnung:

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Der Schatten S. 22/23 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler können • beschreiben, dass im Schatten Licht fehlt. • Schattenbild und Schattenraum unterscheiden. • Schatten mithilfe von Randstrahlen zeichnen.


Alternative Einstiegsmöglichkeiten • Material A erlaubt erste motivierende Erfahrungen mit

Schatten (Größe und Abstand, Schärfe und Lichtquel-len).

• Eine helle Glühlampe beleuchtet im Abstand von rund 3 m eine Leinwand vor der Klasse. Zwischen Lampe und Leinwand steht eine Person, deren Schatten sich auf der Leinwand abzeichnet. Eindrucksvoll ist insbe-sondere der riesige Schatten, der entsteht, wenn die Person auf die Lampe zugeht. Im Unterrichtsgespräch können dann die Zusammenhänge zwischen Schatten-größe und Abständen geklärt werden.

Differenzierung Material A eignet sich für Kleingruppenarbeit. Die Auf-gaben 1–3 (S. 22 SB), Material C (S. 23 SB) und die Auf-gaben 1–3 auf Seite 31 SB bieten Stoff für differenzie-rende Gruppenarbeit.


Der Schatten

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Wenn ein beleuchteter Gegenstand Licht nicht durch-lässt, fehlt hinter ihm Licht: • Auf einer Wand (oder dem Boden) hinter dem Gegen-

stand entsteht ein dunkles Schattenbild. • Zwischen dem Gegenstand und der Wand ist ein dunk-

ler Schattenraum. KV 04: Der Schatten

Materialseite

Material A Das leere Blatt (mindestens DIN A2, z. B. vom Zeichen-block) kann an einer glatten Wand oder an der Tafel befestigt werden. Die Schülerinnen und Schüler müssen zum ruhigen Sitzen angehalten werden. Die Lichtquelle sollte möglichst klein sein, um scharfe Schatten zu erzeugen. Gut eignen sich Glühlampen oder LEDs. Spannend ist es, die Schattenumrisse auf schwarzes Tonpapier zu übertragen, in der Klasse aufzuhängen und raten zu lassen, welches Schattenbild zu wem gehört. Einige Schülerinnen und Schüler sind im Schattenbild sofort zu erkennen, andere nicht.

Material B Die Schnur wird an der Glühlampe festgeklebt. Sie wird dann an der Wandtafel gespannt und am Brett vorbei-bewegt. Dabei zeichnet man am Schnurende die Umrisse des Schattenbilds mit der Kreide auf die Tafel.

Material C Die Aufgabe kann durch eine beschriftete Skizze ergänzt werden.

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Optik Der Schatten S. 22/23 SB



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Musterlösungen

Aufgaben S. 22 1 Erforderlich sind: Licht, ein lichtundurchlässiger

Gegenstand und eine Wand (ein Schirm, Boden …).

2 Der Schattenraum ist der lichtarme Raum zwischen dem lichtundurchlässigen Gegenstand und der Wand (dem Boden). Beispiel: Schattenraum unter einem Sonnenschirm bei Sonnenschein (Bild 6, S. 23 SB)

Der abgedunkelte Bereich auf der Wand (dem Boden) ist das Schattenbild. Beispiel: Schattenbild des Son-nenschirms auf dem Strand

3 a Im Schattenraum befindet sich weniger Licht, weil es vom Gegenstand nicht durchgelassen wird.

b Im Schatten fehlt die Strahlungsenergie des nicht durchgelassenen Lichts. Sie würde sonst zum Teil in thermische Energie umgewandelt werden.

Material A S. 23 2 Damit das Schattenbild kleiner wird, muss die Licht-

quelle weiter weggestellt werden oder die Person muss sich näher zum Papier setzen.

Material B S. 23 1 b Der vorher gezeichnete Umriss stimmt recht gut mit

dem Schattenbild überein. Gründe für die Unterschiede:

• Die Schnur geht von einer festen Stelle aus – wie das Licht von einer punktförmigen Lichtquelle. Die Glühlampe ist jedoch ausgedehnt. Man müsste die Schnur nacheinander an verschiedenen Stellen auf der Glühlampe fixieren, um ein genaueres Schat-tenbild zu erhalten.

• Man kann beim freihändigen Zeichnen keine gera-den Linien ziehen.

• Die Schnur ist nicht immer gleichmäßig gespannt oder wird am Brett etwas geknickt.

Material C S. 23 1 a Das Schattenbild befindet sich auf dem Sand unter

und neben dem Sonnenschirm. b Der Schattenraum liegt zwischen dem Sonnenschirm

und dem Schattenbild auf dem Sand.

Kern- und Halbschatten S. 24/25 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler können • erklären, wie Schatten zustande kommen. • Schatten mithilfe der Randstrahlen konstruieren. • Kern- und Halbschatten bei zwei Lichtquellen unter-

scheiden.


Alternative Einstiegsmöglichkeit • Farbige Schatten von Schülerinnen und Schülern wie

im Bild 6 (S. 25 SB) können vor der Klasse sehr ein-drucksvoll inszeniert werden. Besonders geeignet dazu sind farbige Halogen-Spotlampen oder Diaprojektoren mit Farbfiltern oder farbigen Folien in leuchtenden Farben. Im anschließenden Unterrichtsgespräch sollte sorgfältig geklärt werden, dass z. B. der blaue Schatten im Bild 6 nicht durch die blaue Lampe erzeugt wird. Schatten sind da, wo Licht fehlt! Im blauen Schatten fehlt das Licht der gelben Lampe. Das wird deutlich, wenn man die gelbe Lampe ausschaltet.

Differenzierung Die Versuche in Material A und B (S. 25 SB) können in Kleingruppen durchgeführt werden. Die Aufgabe 4 auf Seite 31 SB eignet sich zusammen mit Aufgabe 1 (S. 24 SB) und Material D (S. 25 SB) zur Diffe-renzierung.


Kern- und Halbschatten

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Schatten sind da, wo kein Licht ist. Bei zwei Lichtquellen kann es hinter einem Gegenstand Kern- und Halbschatten geben: • Der Kernschatten ist der dunkle Bereich, in den gar kein

Licht fällt. • Halbschatten sind die etwas helleren Bereiche, in die

nur Licht von einer Lampe fällt. KV 05: Kern- und Halbschatten

Materialseite

Material A Wer Schülerinnen und Schüler nicht mit Kerzen hantie-ren lassen möchte, kann farbige Glühlämpchen oder LEDs (Bezugsquelle z. B. www.traudl-riess.de) einsetzen. Es ist darauf zu achten, dass die Lichtquellen ca. 10 cm über der Tischebene positioniert sind. Der Versuch eignet sich für Kleingruppenarbeit. Der Abstand zwischen den Gruppen sollte so groß sein, dass Störeffekte durch die Lichtquellen der Nachbartische vermieden werden.

Material B Mit farbigen Glühlämpchen oder LEDs (s. Material A) und Schirmen aus der Sammlung kann dieser Versuch z. B. als Kleingruppenversuch durchgeführt werden.

Material C Wie die Schatten in den Bildern 2 und 5 (S. 24/25 SB) entstehen, kann vor der Klasse gezeigt und zum Anlass eines Unterrichtsgesprächs werden.

Material D Die farbigen Schatten können eindrucksvoll vor der Klas-se demonstriert werden (s. Alternative Einstiegsmöglich-keit).

http://www.traudl-riess.de/

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Optik Kern- und Halbschatten S. 24/25 SB



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Musterlösungen

Aufgabe S. 24 1 Das Mädchen wird von zwei Lampen angestrahlt:

• Im Kernschatten fehlt das Licht beider Lampen. Deshalb erscheint er besonders dunkel.

• Der rechte Halbschatten ist das Schattenbild durch die linke Lampe. Er wird von der rechten Lampe beleuchtet. Deshalb erscheint er heller als der Kernschatten.

• Der linke Halbschatten ist das Schattenbild durch die rechte Lampe. Er wird von der linken Lampe beleuchtet. Deshalb erscheint er heller als der Kernschatten.

Material A S. 25 1 a Auf dem Tisch sieht man einen Schatten des Gegen-

stands. Er besteht aus einem dunklen Schatten in der Mitte und jeweils einem helleren Schatten rechts und links vom dunklen Schatten.

b Skizze (Lampen statt Kerzen):

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c Skizze:

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d Skizze:

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Material B S. 25 1 Beispiel für eine Vermutung: Die Hand ist als schwar-

zes Schattenbild auf der Wand zu sehen. Beobachtung: Die Hand ist als schwarzes Schattenbild

auf der Wand zu sehen. Der Bereich darum herum erscheint rot.

2 Vermutung und Beobachtung: Die Hand ist als schwarzes Schattenbild auf der Wand zu sehen. Der Bereich darum herum erscheint grün.

3 Beobachtung: Siehe Bild 1 auf Seite 24 im Schüler-buch. Wenn die Lampen mit 60 cm Abstand weit auseinanderstehen, gibt es auf der Wand vielleicht nur Halbschatten und keinen Kernschatten.

Material C S. 25 1 Im Vergleich zu Bild 2 (S. 24 SB) sind die Lampen im

Bild 5 (S. 25 SB) weiter auseinandergerückt worden. Beim Auseinanderrücken wird der Kernschatten auf der Wand immer kleiner und verschwindet schließ-lich ganz.

Material D S. 25 1 Vor dem Mädchen sind zwei eng benachbarte farbige

Lampen eingeschaltet. Die linke Lampe leuchtet gelb, die rechte blau. Auf der Wand sieht man Halb- und Kernschatten: • Der ganz dunkle Bereich ist der Kernschatten. • In den rechten, blauen Halbschatten gelangt nur

Licht von der blauen Lampe, kein Licht von der gelben Lampe.

• In den linken, gelben Halbschatten gelangt nur Licht von der gelben Lampe, kein Licht von der blauen Lampe.

Auf der restlichen Wand mischen sich gelbes und blaues Licht zu (fast) weißem Licht.

Der Mond – Licht und Schatten S. 26/27 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler können • die Mondphasen benennen. • die Mondphasen erklären.


Alternative Einstiegsmöglichkeiten • Als Einstieg eignet sich eine Beamerpräsentation von

Fotos des Monds in verschiedenen Phasen. Solche Fo-tos findet man in den gängigen Bildersuchmaschinen. Eventuell bittet man Schülerinnen und Schüler recht-zeitig vorher, Mondfotos mit ihren Handys aufzuneh-men. Zielführend hinsichtlich der Erklärung der Mond-phasen ist die Frage: „Wo steht die Sonne?“

• Der Versuch in Material B kann zunächst ohne Bezug auf die Mondphasen durchgeführt werden. Den Bezug stellen die Schülerinnen und Schüler dann im Allge-meinen selbst her („sieht ja aus wie der Mond“).

Differenzierung Für differenzierende Arbeitsphasen eignen sich die Auf-gaben 1 (S. 26 SB), Material A (S. 27 SB) und die Aufga-ben 6–8 auf Seite 31 SB.


Die Mondphasen

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Der Mond ist eine Kugel im Sonnenlicht. Nur eine Hälfte ist hell beleuchtet. Von dieser Hälfte sehen wir unter-schiedlich viel, je nachdem wie Mond, Sonne und Erde zueinander stehen. KV 06: Der Mond – Licht und Schatten

Materialseite

Material A Ein Hinweis auf Bild 2 (S. 26 SB) erleichtert die Aufgabe. Die Aufgabe kann in Partner- oder Kleingruppen bearbei-tet werden.

Material B Wenn ein großer leerer und verdunkelbarer Raum zur Verfügung steht, wie z. B. Aula, kann dieser Versuch mit der ganzen Klasse durchgeführt werden. Aber auch wenn nur der Klassenraum genutzt werden kann, sollte jede Schülerin und jeder Schüler die „Mondphasen“ gesehen haben. Man teilt die Klasse dann in Gruppen von je 6 bis 8 Personen auf. Der Ball sollte einfarbig weiß sein, damit die Beleuchtung gut sichtbar ist. Die Schülerinnen und Schüler in der Mitte sollten ein weißes Blatt Papier mit Unterlage und Bleistift zur Hand haben und die sichtba-ren Mondphasen skizzieren. Die Skizzen können dann den Phasen in der Tafelzeichnung der Ergebnissicherung zugeordnet werden (bevor in der Zeichnung die Mond-phasen eingezeichnet sind).

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Optik Der Mond – Licht und Schatten S. 26/27 SB



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Musterlösungen

Aufgabe S. 26 1 a Der Mond bewegt sich mit der Erde um die Sonne.

Seine sonnenzugewandte Seite wird (wie die Erde) immer von der Sonne angestrahlt und dadurch be-leuchtet.

b Der Mond kreist auch noch um die Erde. Deshalb sehen wir im Lauf einer Umkreisung, die etwa einen Monat dauert, unterschiedlich viel von der beleuch-teten Hälfte des Monds.

Material A S. 27 1 Neumond: F; Vollmond: M; zunehmend: L, U;

abnehmend: O, N

2 Lösung: FULL MOON

Material B S. 27 1 a Der beleuchtete Ball sieht an den vier Stellen aus wie

der Mond in unterschiedlichen Phasen: A/Neumond, B/zunehmender Halbmond,

C/Vollmond, D/abnehmender Halbmond. b Siehe Teil a. c Die zunehmende Sichel sieht man, wenn der Ball

zwischen A und B gehalten wird.

2 (Mittlere) Abstände der Himmelskörper: • Sonne – Erde: 150 000 000 km • Erde – Mond: 384 000 km

Durchmesser der Himmelskörper: • Sonne: 1 392 500 km • Erde: 12 756 km • Mond: 3476 km

Wenn der Ball (Mond) einen Durchmesser von 20 cm hat, • müsste die Person (Erde) einen Durchmesser von

73 cm haben und der Tageslichtprojektor (Sonne) einen Durchmesser von 80 m.

• müsste der Abstand Ball – Person (Mond – Erde) 22 m betragen und der Abstand Person – Tages-lichtprojektor (Erde – Sonne) 8,6 km.

Finsternisse am Himmel S. 28/29 SB



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Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler können • den Ablauf von Mond- und Sonnenfinsternissen be-

schreiben. • das Zustandekommen der Finsternisse anhand von

selbst gefertigten Skizzen erklären.


Alternative Einstiegsmöglichkeiten • Als Einstieg eignet sich eine Beamerpräsentation von

Fotos der Finsternisse in verschiedenen Stufen. Solche Fotos findet man in den gängigen Bildersuchmaschi-nen. Viele Schülerinnen haben schon Mond- und Son-nenfinsternisse im Fernsehen gesehen und können den Ablauf beschreiben.

• Die unter „Differenzierung“ vorgeschlagenen Recher-cheaufträge können schon rechtzeitig vorher als Haus-aufgabe gegeben werden und zu kleinen Einstiegsprä-sentationen bzw. Referaten führen.

Differenzierung Vorschlag einer differenzierten Gruppenarbeit: • Gruppe 1 wählt aus dem Internet einen Film zum Ab-

lauf einer Mondfinsternis. • Gruppe 2 wählt aus dem Internet einen Film zum Ab-

lauf einer Sonnenfinsternis.

• Gruppe 3 recherchiert frühere Erklärungen der Mond-finsternis („Mythen Mondfinsternis“).

• Gruppe 4 recherchiert frühere Erklärungen der Son-nenfinsternis („Mythen Sonnenfinsternis“).

• Gruppe 5 liest den Basistext (S. 28 SB) zur Erklärung der Mondfinsternis, führt den Versuch 1b im Material B vor und erklärt der Klasse die Mondfinsternis.

• Gruppe 6 liest den Basistext (S. 28 SB) zur Erklärung der Sonnenfinsternis, führt den Versuch 1a im Material B vor und erklärt der Klasse die Sonnenfinsternis.

Ergebnissicherung Mögliches Tafelbild s. u. KV 07: Finsternisse am Himmel

Materialseite

Material A Diesen Versuch sollten alle Schülerinnen und Schüler selbst durchführen. Dazu reicht eine runde Lampe vorne auf dem Lehrertisch und ein Tennis- oder Tischtennisball für jede Kleingruppe.

Material B Die beiden Versuche können von Schülerinnen und Schü-lern vorbereitet und vorgeführt werden.

Die Mondfinsternis Bei einer Mondfinsternis durchquert der Mond den Schattenraum der Erde und wird dabei von der Erde verdunkelt.

Die Sonnenfinsternis Bei einer Sonnenfinsternis schiebt sich der Mond genau zwischen Erde und Sonne. Das „Dunkle“ vor der Sonne ist also der Mond. Sein Schatten fällt auf die Erde.

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Optik Finsternisse am Himmel S. 28/29 SB



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Musterlösungen

Aufgabe S. 28 1 Mondfinsternis: Die Erde verdunkelt den Mond. Sonnenfinsternis: Der Mond verdunkelt einen Teil

der Erde.

Material A S. 29 1 a Wenn der Kopf hinter der dem Ball nach links oder

rechts bewegt wird, sieht man die Lampe mit dem linken bzw. mit dem rechte Auge. Der Ball verdeckt die Lampe teilweise.

b Bei vollständiger Verdeckung befinden sich beide Augen im Kernschatten.

Bei teilweiser Verdeckung befindet sich ein Auge im Kernschatten des Balls und das andere Auge ist dem Licht der Lampe ausgesetzt.

Material B S. 29 1 a Zeichnung ähnlich (aber einfacher) wie Bild 4 auf

Seite 28 im Schülerbuch. b Zeichnung ähnlich (aber einfacher) wie Bild 3 auf

Seite 28 im Schülerbuch. c Die Erde ist im Durchmesser etwa 4-mal größer als

der Mond und kann deswegen den Mond ganz abde-cken. Der Mond mit seinem geringeren Durchmesser dunkelt nur einen Teil der Erde vollständig ab.

d Bei einer totalen Sonnenfinsternis ist der Mond zwi-schen Erde und Sonne, und zwar auf der Verbin-dungsgeraden zwischen Erde und Sonne. Die erste Bedingung ist nur bei Neumond erfüllt. Die zweite Bedingung ist nur selten erfüllt, weil die Ebene der Mondbahn etwas geneigt ist.

Bei einer totalen Mondfinsternis ist die Erde zwi-schen Sonne und Mond, und zwar auf der Verbin-dungsgeraden zwischen Sonne und Mond. Die erste Bedingung ist bei Vollmond erfüllt. Die zweite Bedin-gung ist nur selten erfüllt, weil die Ebene der Mond-bahn etwas geneigt ist.

Material C S. 29 1 a Es handelt sich um eine totale Sonnenfinsternis. b Bild 6: Man sieht den Mond als schwarze Scheibe vor

der Sonne. Um ihn herum sieht man den leuchtenden Rand der Sonne.

Bild 7: Man sieht von einem Satelliten aus die Erd-oberfläche, die zum Teil verdunkelt ist. Dieser Teil liegt im Kernschatten des Monds bei einer totalen Sonnenfinsternis. Weil der Mond viel kleiner ist als die Erde, deckt sein Kernschatten nicht die ganze Erde ab.

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Zusammenfassung: Licht und Schatten

S. 30/31 SB



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Musterlösungen

Aufgaben S. 31 1 a 1: Der Schatten fällt nach rechts, etwa auf 5 Uhr. 2: Der Schatten fällt nach links, etwa auf 8 Uhr. b Für Diana ist die Position 1 günstiger, weil sie mit der

rechten Hand schreibt und somit der linke Blattbe-reich immer beleuchtet ist.

2 a Der Stift muss nahe an der Kerze gehalten werden. b Der Stift muss nahe an der Wand gehalten werden.

3 Der helle Fleck ist größer als das Loch. Im Schatten-bild ist alles vergrößert (ähnlich wie beim Strahlen-satz in der Mathematik).

Zeichnung (Beispiel):

Rain

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4 a Auf der Wand ist in der Mitte der Kernschatten des

Bauklotzes zu sehen. Rechts und links davon sind Halbschatten.

b Im Kernschatten kommt weder Licht von der linken noch von der rechten Kerze auf der Wand an. Des-halb ist es dort dunkel.

Im rechten Halbschatten beleuchtet nur die rechte Kerze die Wand und im linken Halbschatten nur die linke Kerze. Deshalb ist es dort heller als im Kern-schatten.

5 Die Vase wird von einer roten und grünen punktför-migen Lichtquelle angestrahlt. Die Lichtquellen sind weit auseinander. Die rote Lichtquelle ist links und die grüne rechts aufgestellt.

In den roten Schatten gelangt Licht von der roten Lampe, aber kein Licht von der grünen Lampe.

In den grünen Schatten gelangt Licht von der grü-nen Lampe, aber kein Licht von der roten Lampe.

6 Es ist Neumond.

7 Zeichnung:

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8 Die drei Mondphasen kann man ähnlich wie im Ma-terial B auf Seite 27 (Bild 5) im Schülerbuch zeigen. Die Taschenlampe ersetzt den Tageslichtprojektor, der Kopf des Beobachters die Schülerinnen und Schü-ler in der Mitte und der Tischtennisball den Ball. • Vollmond: Stellung C (Bild 5, S. 27 SB) • zunehmender Halbmond: Stellung B • abnehmender Halbmond: Stellung D

9 Bei einer Sonnenfinsternis ist die Reihenfolge der Himmelskörper: Sonne, Mond, Erde. Ein Teil der Erde wird vom Mond verdeckt.

Bei einer Mondfinsternis ist die Reihenfolge der Himmelskörper: Sonne, Erde, Mond. Der Mond wird von der Erde verdeckt.

Zeichnungen:

Corn

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