Licht als Welle: Brechung, Interferenz an Spalt und Gitter, elektromagnetische Wellen

Die SuS überlegen sich anhand wenig strukturierter Informationen selbstständig einen experimentellen Weg, um die Lichtgeschwindigkeit in Glas (und Wasser) mit Hilfe einer Winkelscheibe, einer Lichtbox und einem Halbkreiskörper mit dem Ihnen bekannten Brechungsgesetz zu bestimmen.Ein weiteres klar gegliedertes Arbeitsblatt zum selben Versuch steht für weniger starke Experimentatoren zur Verfügung.Als Rechercheaufgabe informieren sich die SuS in einer Hausaufgabe zuvor die Begriffe Dispersion und Brechungsindex. Anhand vorgegebener Lichtgeschwindigkeiten und Brechungsindizes in unterschiedlichen Medien können die SuS dann entscheiden, welche Glasart sie in Ihrem Experiment untersucht haben.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Ihre Schüler*innen beantworten Leitfragen zu einem kurzen Text zur Korpuskeltheorie und stellen einen Widerspruch des Modells mit einer vorherigen Beobachtung in einem Lichtbrechungsexperiment dar, in dem im Unterschied zur Ableitung aus Newtons Korpuskel-Vorstellung gezeigt wurde, dass sich Licht in einem optisch dichteren Medium langsamer ausbreitet.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Die SuS beschreiben das Young'sche Doppelspaltexperiment und stellen eine Vermutung über das auf dem Schirm entstehende Muster an (meist: zwei parallele Striche). Das tatsächliche Lichtmuster interpretieren die SuS als Interferenzerscheinung und deuten, dass Licht am Doppelspalt Welleneigenschaften zeigt.Unter der Annahme, dass dies korrekt ist, bestimmen die SuS in Gruppen die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts. Dazu klären sie zunächst in Einzelarbeit einige Grundbegriffe durch Beantwortung von Fragen anhand des Schulbuchtexts. In Gruppenarbeit erarbeiten sie sich sodann die Formel zur Bestimmung der Lichtwellenlänge am Doppelspalt ebenfalls mit der Herleitung im Schulbuch und überlegen sich die am Versuch zu messenden Größen, um die Lichtwellenlänge zu erhalten und bestimmen die prozentuale Abweichung zum tatsächlichen Wert.Als Anwendung der Wellenlängenformel berechnen die SuS im Anschluss die Maxima bei der Interferenz von grünem Wellenlicht und beschreiben den Unterschied zum Interferenzmuster des im Versuch verwendeten roten Laserlichts.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Ihre Lernenden untersuchen mithilfe einer online verfügbaren Geogebra-Simulation die durch Interferenz von weißem Licht an einem optischen Gitter entstehenden Farbspektren in verschiedenen Ordnungen. Sie erklären die Entstehung der Spektren und führen Berechnungen zur Lage und Breite der Spektren sowie zur Wellenlänge einzelner Farben durch. Ihre Schüler*innen erläutern mithilfe der auf diesem Arbeitsblatt zu verwendenden Formeln den Einfluss der Gitterkonstante und des Schirmabstandes auf das Interferenzbild.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)