Arbeitsauftrag 2: Gesetz der Lichtreflexion

Arbeitsvorgang:

Bevor Sie mit den Experimenten beginnen, ist es angebracht, mit den Schülern auf Grundlage der Zeichnungen im Arbeitsblatt zu erraten, wie die Reflexion des Lichts vom Spiegel erfolgen wird. Die Schülerinnen und Schüler sollen von ihren bisherigen Erfahrungen berichten. Die Lehrkraft fragt die Schülerinnen und Schüler: „Schätze ein, wie der Lichtstrahl von der Fläche (z.B. CD) widergespiegelt wird. Zeichne die Richtung des sich spiegelnden Strahls in allen 4 Situationen ein.“ Falls die Einschätzung ihnen schwerfällt oder zur Unterstützung ihrer Vorstellung, können Sie einen improvisierten Billardtisch bauen: an einem Tisch wird eine Begrenzung auf einer Seite errichtet, so können Sie mit den Schülerinnen und Schülern die Reflexionen mit Hilfe eines Balls, der aus verschiedenen Winkeln gegen die Begrenzung gerollt wird, veranschaulichen. Man kann davon ausgehen, dass die Erfahrungen, welche die Schülerinnen und Schüler durch dieses Experiment verdeutlicht bekommen, bereits aus der Vergangenheit existieren. Basierend auf diesem vorgestellten, mechanischen Experiment oder aufgrund früherer Erfahrungen, füllen die Schülerinnen und Schüler die erste Spalte der Tabelle für die erwarteten Ergebnisse des Experiments aus.

Nun beginnt das eigentliche Experiment zum Thema Licht und Reflexion. Dazu werden eine Lichtquelle (z.B. Laserpointer), eine Spiegelfläche (z.B. auch CD) und ein weißes Blatt Zeichenpapier benötigt. Das Zeichenpapier wird so auf den Tisch gelegt, dass es sich senkrecht zum Spiegel befindet. Mit dem Laserpointer zeigen die Schülerinnen und Schüler den Lichtstrahl auf dem Papier und beobachten, wo er reflektiert wird. Laserpointer sollten niemals auf die eigenen Augen oder die Augen anderer Menschen gerichtet werden. Blendung auf kurze Distanz kann das Auge schädigen. (Es ist wichtig, dass beim Neigen des Pointers der Auftreffpunkt des Strahls auf dem Spiegel konstant bleibt. Am besten wird dieser Punkt auf dem Blatt markiert.) Der Laserstrahl ist natürlich schmal, so dass selbst wenn der Pointer möglichst nahe an die Papierebene gelegt wird, nur ein Teil des Strahls auf das Papier proji ziert wird. Die Spuren der Strahlen werden aus verschiedenen Winkeln auf den markierten Punkt reflektiert und es wird mit einem Bleistift der Verlauf des Strahls – sowohl einfallend als auch austretend – aufgezeichnet. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Beobachtung in ihr Arbeitsblatt übertragen. (Es ist möglich, eine andere Lichtquelle anstelle des Laserpointers zu verwenden.) Die Lehrkraft gibt folgenden Gedankenimpuls: „Kannst du ein Muster oder eine allgemeine Regel für die Richtung des widergespiegelten Strahls erkennen?“

Der Vorgang wird für alle 4 Positionen, die im Arbeitsblatt für die Lichtquelle und den Spiegel angegeben sind, wiederholt. Ob der Winkel im Experiment genau mit der Zeichnung der Winkel im Arbeitsblatt übereinstimmt, ist nicht kritisch. Es ist nur wichtig, dass die Schülerinnen und Schüler für die folgenden Situationen im Experiment ein Beispiel bekommen: 1) der auftreffende Strahl ist nahezu parallel zum Spiegel (er steht mit der Spiegelebene in einem Winkel von etwa 10°); 2) der einfallende Strahl befindet sich im Winkel von etwa 45° zur Spiegelebene (so dass die einfallenden und reflektierten Strahlen fast orthogonal sind); 3) der Strahl befindet sich in einem Winkel von etwa 70 bis 80° (fast, aber nicht vollständig senkrecht); 4) der Strahl steht senkrecht zum Spiegel. Die Angaben zum Winkel sind zur Orientierung der Lehrerin/des Lehrers gedacht, nicht für die Schülerinnen und Schüler, da diese die Winkeleinteilung nicht unbedingt kennen. Aufgrund des experimentell bestimmten Verlaufs der einfallenden und reflektierten Strahlen erkennen die Schülerinnen und Schüler einen Teil des Reflexionsgesetzes in dem Sinne, dass der auftreffende und der reflektierte Strahl den gleichen Winkel zur Spiegelfläche einnehmen. Im Reflexionsgesetz werden die Winkel zwischen dem Strahl und der Senkrechten gemessen und angegeben. Dennoch ist es in Ordnung zu tolerieren, dass die Schülerinnen und Schüler den Winkel zwischen Spiegel und Lichtstrahl in den Blick nehmen. Wenn möglich kann im Gespräch der Blick auf den Winkel von Lichtstrahl zur Senkrechten gelenkt werden. Da der gesamte Versuch in der Zeichenebene verläuft, ist es nicht erforderlich, den zweiten Teil des Reflexionsgesetzes (Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene) einzuführen, da der reflektierte Strahl auf der Ebene des Papiers verbleibt.

Wie kann ich den Arbeitsauftrag an die Fähigkeiten meiner Schülerinnen und Schüler anpassen?

• Für schwächere Schülerinnen und Schüler – können auch nur zwei Tabellenzeilen (z. B. erste und dritte) ausgefüllt werden. Die Schlussfolgerung desselben Einfalls- und Reflexionswinkels kann als Möglichkeiten abgeleitet werden.
• Begabte Schülerinnen und Schüler können mit Unterstützung des Reflexionsgesetzes logisch weiterdenken und die Idee des Experiments auf den Raum „hinter dem Spiegel“ (= 3. Dimension) verallgemeinern, d. h. der reflektierte Strahl verbleibt bzw. verläuft weiter in den Spiegel hinein.