EXP:Spektralzerlegung am Prisma
Aus Physik und ihre Didaktik Wiki
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. [1]
| 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.
Versuchsdurchführung
Die Experimentierleuchte muss nun eingeschaltet werden. Die Breite des Einzelspalts, der Abstand des Schirms und die Position der Linse können optimiert werden.
Auswertung
Mögliche Probleme und ihre Lösungen
- Es muss darauf geachtet werden, dass eine Experimentierleuchte verwendet wird, dessen Licht das volle sichtbare Spektrum enthält.
- In dem die Breite des Einzelspaltes verringert wird wird der Regenbogen deutlicher sichtbar, dafür wird sie auch lichtschwächer.
- Mit zunehmendem Abstand des Schirms vom Prisma kann der Regenbogen vergrößert werden, dadurch wird er aber auch lichtschwächer.
- Ist auf dem Schirm ein weißer Balken in der Mitte des Regenbogens zu erkennen, so ist der Einzelspalt zu breit gewählt worden.
- Ist der Regenbogen zu einer Seite hin gekrümmt, so durchläuft das Licht die beiden Linsen nicht mittig.
Sicherheitshinweise
- Die Experimentierleuchte wird mit der Zeit sehr heiß. Es besteht Verbrennungsgefahr.
- Verwendung elektrischer Geräte
Fotos
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Versuchsaufbau zur Spektralzerlegung von weißem Licht mit einem Prisma.
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Versuchsaufbau zur Spektralzerlegung von weißem Licht mit einem Prisma.
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Schematischer Versuchsaufbau zur Spektralzerlegung von weißem Licht mithilfe eines Prismas.
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EinRegenbogen auf dem Schirm.
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Ein Regenbogen auf dem Schirm.
Literatur
- ↑ H. Schecker, T. Wilhelm, M. Hopf, R. Duit (Hrsg.) (2018). Schülervorstellungen und Physikunterricht. Ein Lehrbuch für Studium, Referendariat und Unterrichtspraxis. Berlin: Springer-Verlag GmbH. S. 107 f.
Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0