EXP:Spektralzerlegung am Prisma

Mit diesem Experiment soll gezeigt werden, dass sich weißes Licht mit einem Prisma bzw. einem Gitter in seine Spektralfarben zerlegen lässt.

Theoretische Zusammenfassung

Welche physikalische Theorie steckt hinter dem Versuch. Gerne so genau wie möglich und so ausführlich wie nötig.

Didaktischer Rahmen

Fachdidaktische Zielsetzung

Mit diesem Experiment soll die Schülervorstellung, dass Licht entweder farblos ist oder genau eine Farbe besitzt, konfrontiert werden.

Nötige Vorkenntnisse

Aus dem Themengebiet der Optik müssen die SuS den Sehvorgang (Licht muss in das Auge fallen um sehen zu können) beschreiben können und das Lichtstrahlenmodell verstanden haben. Ihnen muss aus den Stunden davor der Begriff Lichtbrechung bekannt sein. Ebenfalls muss die Aufgabe einer Loch- bzw. Strichblende zum Ausblenden von Lichtbündeln bekannt sein.

Mögliche Schülerschwierigkeiten

• Um den entstandenen Regenbogen gut sehen zu können muss das Klassenzimmer abgedunkelt werden. Auch der Strahlenverlauf im Prisma ist so gut zu erkennen. Leider ist im dunklen Klassenzimmer das Prisma selbst nicht mehr zu erkennen. Es bietet sich daher an eine Handlampe zu Verfügung zu haben.

• Der Strahlengang innerhalb des Prismas ist trotz abgedunkeltem Klassenraum nur sehr schwach zu erkennen. Um diesen allen SuS zeigen zu können sollte eine Kamera eingesetzt werden.

• Die SuS betrachten das Experiment von der Seite während der Strahlenverlauf von oben betrachtet werden sollte. Es bietet sich daher an für das Experiment entweder die Haftoptik für die Tafel zu

verwenden oder zur Demonstration eine Kamera zu verwenden, die das Experiment von oben filmt.

Schülervorstellungen, die hier relevant werden

Die hier zentrale Schülervorstellung ist, dass Licht entweder genau eine Farbe besitzt ( Das Sonnenlicht ist gelb.) oder gar keine Farbe besitzt. Unter dem Alltagsbegriff Licht als solches wird häufig etwas farbloses, helles und durchsichtiges beschrieben. Spricht man mit den Schülerinnen und Schülern (SuS) jedoch über Sonnenlicht so haben Sie die Vorstellung, dass dieses die Farbe Gelb besitzt. Denn im Kindergarten, der Grundschule und im Alltag werden Sonnenstrahlen stets gelb gemalt. Aus diesen Gründen erscheint es den SuS meist als unglaubwürdig, dass durchsichtiges Licht mit einem Prisma in verschiedene Lichtfarben aufgespalten werden kann. Auch bei der Verwendung von Farbfiltern taucht dieses Problem auf. Sie SuS gehen dabei eher von einer Einfärbung des Lichts aus als von einem Filtervorgang.

Versuchsaufbau zur Spektralzerlegung von weißem Licht mit einem Prisma.

Allgemein

Klassenstufe	Klasse 7/8
Kategorie	Optik
Einordnung in den Bildungsplan von BW	Abschnitt 3.2.2 (12)

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

• Experimentierleuchte mit passender Gleichspannungsquelle
• Kondensorlinse für die Experimentierleuchte
• Prisma mit Halterung
• Einstellbarer Einzelspalt
• Abbildungslinse
• Schirm
• Optische Bank mit Reitern
• Bananenkabel
• Stativmaterial

Versuchsaufbau

Schritt 1

Zunächst wird die Experimentierleuchte mit einem Reiter am linken Rand der Optischen Bank befestigt.

Schritt 2

Die Kondensorlinse ist meist bereits auf der Experimentierleuchte angebracht. Durch das Verstellen des Abstandes der Halogenlampe innerhalb der Experimentierleuchte kann das Lichtbündel möglichst kollimiert eingestellt werden.

Schritt 3

Der Einzelspalt wird nun direkt vor die Kolimatorlinse gestellt. Dieser sollte so vollständig ausgeleuchtet werden.

Schritt 4

Mithilfe der Abbildungslinse wird nun der beleuchtete Einzelspalt scharf auf einen Schirm abgebildet.

Schritt 5

Nun wird das Prisma in den Strahlengang zwischen den Einzelspalt und den Schirm so positioniert, sodass der Lichtstrahl innerhalb des Prismas möglichst parallel zu einer der Grenzschichten verläuft.

Schritt 6

Der Schirm muss nun natürlich mit dem Drehpunkt in der Mitte des Prismas so in einer Kreisbahn bewegt werden, bis der Regenbogen darauf zu erkennen ist.

Schematischer Versuchsaufbau zur Spektralzerlegung von weißem Licht mithilfe eines Prismas.

Versuchsdurchführung

Die Experimentierleuchte muss nun eingeschaltet werden. Die Breite des Einzelspalts, der Abstand des Schirms und die Position der Linse können optimiert werden.

Auswertung

Hier sollen Diagramme, Werte und eine Fehlerabschätzung zum Experiment hin. Gegebenenfalls können hier auch Gleichungen eingebunden werden. Mathematische Ausdrücke werden durch den <math>-Tag initiiert:

$\mathrm {i} \hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\,\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\,\psi (t)\rangle .$

Beim Vergleich mit Literaturwerten oder ähnlichem sollte durch die Referenzumgebung <ref> auf geeignete Quellen verwiesen werden, diese erscheinen dann auch automatisch am Seitenende.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Treten beim Experiment häufiger Fehler auf? Bitte beschreibe sie hier.

Sicherheitshinweise

Hier nötige Sicherheitshinweise notieren. Ggf. Betriebsanweisung verlinken.

• Influenzmaschine

Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>

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       Ein Kolibri
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0