Ein sehr leicht durchzuführender Versuch zur Ausmessung der Winkel ist nebenstehend abgebildet. Der Spiegel wird horizontal an einer Metallwand von Magneten gehalten. Durch Verändern der Position der magnetisch gehalterten Lampe können verschiedene Einfallswinkel eingestellt und die zugehörigen Reflexionswinkel abgelesen werden.

Schöner ist es natürlich, wenn anstelle des Lehrerversuches der entsprechende Schülerversuch durchgeführt wird.

Versuchsziel::
Erarbeitung des Reflexionsgesetzes - Anwendungen

Versuchsaufbau:

Durchführung:

  • Führe die Blende so ein, dass ein einzelner "Lichtstrahl" (enges Parallelbündel) entsteht. Zur Bündelung muss eine Linse verwendet werden.
    Schließe die Lichtbox an die vom Lehrer benannten Buchsen an (12 V).
  • Lege das Zusatzblatt und den Spiegel wie skizziert auf den Tisch und führe der Reihe nach die beschriebenen Versuche durch.

 

Aufgaben:

1. Regelmäßige und diffuse Reflexion
Lege den Styroporkörper an die Linie "Sp" in Figur I des Zusatzblattes und lasse das Lichtbündel in der skizzierten Richtung in Punkt A auf den Körper treffen. Wiederhole den Versuch mit dem Spiegel. Zunächst beobachtest Du eine diffuse, dann eine regelmäßige Reflexion.

a) Was ist der wesentliche Unterschied zwischen diesen Reflexionsarten?
b) Wie kommt dieser Unterschied zustande?

 

2. Reflexionsgesetz
Der Winkel zwischen einfallendem Strahl und Einfallslot heißt Einfallswinkel α , der Winkel zwischen reflektiertem Strahl und Lot heißt Reflexionswinkel α '. Lasse in Figur I der Reihe nach die verschieden gerichteten Strahlen e1, e2, e3 und e4 in A auf den Spiegel treffen. Lege sie, sowie ihre reflektierten Strahlen r1, r2, r3 und r4 genau fest. Verwende hierzu einen spitzen Bleistift und lege jeweils einen Punkt des Strahls (außer A) durch ein Kreuzchen fest. Schreibe sofort neben jedes Kreuzchen den zugehörigen Buchstaben. Zeichne zu Hause die Strahlen ein und stelle in der Tabelle des Beiblatts die Einfalls- und Reflexionswinkel übersichtlich zusammen. Welche Gesetzmäßigkeit gilt?

 

3. Drehspiegel
Bringe bei gleichbleibendem einfallenden Strahl den Spiegel in die angegebenen Stellungen Sp1 bis Sp3 in Figur II und lege jeweils die reflektierten Strahlen fest. Kennzeichne die reflektierten Strahlen mit r1 bis r3. Trage in die vorgesehene Tabelle die Drehwinkel des Spiegels ß12 und ß13 (jeweils in Bezug auf Sp1) und die Drehwinkel des reflektierten Strahles γ12 und γ13 (jeweils in Bezug auf den reflektierten Strahl r1 von Sp1) ein.

 

4. Winkelspiegel
Stelle zwei Spiegel so auf, wie es in Figur III angegeben ist. Lasse einen Strahl so einfallen, dass er an jedem Spiegel einmal reflektiert wird. Zeichne in Figur III den vollständigen Strahlengang ein. Bestimme für jeden der beiden Fälle den Winkel γ zwischen einfallendem und ausfallendem Strahl (das ist der Strahl nach der 2. Reflexion) und trage ihn zusammen mit dem Winkel ß zwischen den Spiegeln in die vorgesehende Tabelle ein.

 

 

Eine Kerze wurde in ein Trinkglas gestellt, angezündet und mit Wasser begossen. Bilder aus einem Video von H. Hilscher, Uni Augsburg

Erkläre, warum die Kerze anscheinend weiter brennt.

Bei diesem Applet liegt ein Objekt vor einem ebenen Spiegel (blau). Du kannst aus drei möglichen Objekten auswählen:
  1. Den Buchstaben R (Letter)
  2. Den Umriss eines Mannes (Man)
  3. Ein Bild (Picture)
  • Klicke mit der Maus mehrmals hintereinander auf verschiedene Punkte des gewählten Objekts.
  • Das Applet zeigt dir dann wie allmählich das Bild des von dir ausgewählten Objekts auf der anderen Seite des Spiegels entsteht.
  • Mit dem Knopf "Resolution (Auflösung)" kannst du die Größe des mit der Maus ausgewählten Objektpunktes festlegen.
  • Mit der "Reset-Taste" kommst du wieder zum Anfang des Applets.

 

 

 

Mit dem Simulationsprogramm kannst du mit dem Mauspfeil im linken Feld herumfahren und sehen, wie der Strahlengang, der vom Pfeil ausgeht verläuft und wo das virtuelle Bild ist. Durch Draufklicken und Ziehen kannst du zeichnen und den Strahlengang verfolgen. Auch das "Gesicht" kannst du mit dem Mauszeiger festhalten und bewegen.

Schreibe rechts durch Drücken und Ziehen der linken Maustaste das Wort "LEIFI".

Klicke an einer Stelle des Bildes einmal mit der rechten Maustaste aufs Feld und beobachte das Ergebnis des sich ausbreitenden Strahlengangs.

Wohin wandert das virtuelle Bild des Pfeils, wenn man diesen i)  nach oben ii) nach links bewegt?

Mit dem Simulationsprogramm sollst du mit dem Mauspfeil im rechten Feld den Weg des Spiegelbildes so nachfahren, dass das Bild möglichst genau in der Mitte der Straße verläuft.

LEIFI hat 82 Punkte geschafft, schaffst du mehr als 90?

Auf dieser Seite sind einige Versuche aufgeführt, die mit einfachen Mitteln entweder in einer Schülerübung im Unterricht oder als Heimversuche gemacht werden können.

360° Panorama

Spiegelkugel

zum Versuch

Spiegelschrift

zum Versuch

Reflexionsgesetz

zum Versuch

Spiegelschrift

zum Versuch

Winkelspiegel - Betrachtung

zum Versuch

Winkelspiegel - Strahlumlenkung

zum Versuch

Parallelspiegel

zum Versuch

Größe des Spiegelbilds

zum Versuch

Tripelspiegel

zum Versuch

Kaleidoskop

zum Versuch

Reflektoren

zum Versuch

 

Ein Lichtstrahl fällt von links oben aus der Luft auf die Oberfläche von Glas. Mit gedrückter Maustaste lässt sich der Verlauf des einfallenden Lichtstrahls variieren. Diese App zeigt den reflektierten Lichtstrahl und berechnet den Reflexionswinkel:

Es sind einfallender Strahl und Einfallswinkel rot und reflektierter Strahl und Reflexionswinkel grün dargestellt.

Einfallswinkel:°
Reflexionswinkel: °
©  W. Fendt 1997

Wir danken Herrn Walter Fendt für die Erlaubnis, diese HTML5/Javascript-Animation auf LEIFIphysik zu nutzen.

  1. Fülle die folgende Tabelle aus.

    α   0,0° 15,3° 30,0° 44,7° 59,7° 75,0° 89,6°
    α'   0,0°            

  2. Formuliere den Zusammenhang zwischen Einfalls- und Reflexionswinkel.

Bei dem Simulationsprogramm kannst du an dem grünen Punkt mit dem Mauspfeil den Winkel zwischen beiden Spiegel ändern, die senkrecht auf der Beobachtungsebene stehen.

Du kannst mit der Maus die (rotgelbe) punktförmige Lichtquelle verschieben und siehst wie sich auch die virtuellen Lichtquellen und die "doppelt" virtuellen Lichtquellen bilden und verschieben.

Durch Doppelklick auf die Lichtquelle kannst du beobachten, wie sich das Licht längs der gelben Lichtstrahlen ausbreitet. Parallel dazu werden grau die scheinbaren (virtuellen) Lichtwege mitgezeichnet.

In dieses Bild wurden zusätzlich die beiden Einfallswinkel α und β und die beiden Reflexionswinkel α´ und β´ bei einer Spiegelung an einem Winkelspiegel mit einem Winkel von 90° zwischen beiden Spiegeln eingezeichnet.

Zeige, dass der zweifach reflektierte Strahl zum direkt von der Lichtquelle ausgehenden Strahl parallel, aber gegenläufig ist.

 

Was kann man generell über die Richtung zwischen einfallendem Strahl und zweifach reflektiertem Strahl sagen, wenn der Winkel zwischen den Spiegeln ε ist. Probiere dies mit verschiedenen Spiegelwinkeln aus. Es ist kein mathematischer Nachweis notwendig!

 
optische Achse
Hauptebene
optischer Mittelpunkt
Krümmungsmittelpunkt
verkleinern
Brennpunkt
Brennweite
Krümmungsradius
f =
Gegenstand
Gegenstandsgröße
Gegenstandsweite
G =
g =
Lichtbündel
Parallelstrahl
Mittelpunktsstrahl
Brennstrahl
Bild
Bildgröße
Bildweite
B =
b =
HTML5-Canvas nicht unterstützt!

Veranschauliche dir zuerst mit Hilfe der Simulation die sogenannte Bewegungsregel: Solange \(g > f\) ist, gilt: Rückt der Gegenstand auf den Hohlspiegel zu, so entfernt sich das Bild vom Hohlspiegel.

Vervollständige anschließend mit Hilfe der Simulation die folgende Tabelle.

Lage des Gegenstandes (\(g\)) Lage des Bildes (\(b\))  Eigenschaften des Bildes (u.a. \(B\))   
\(g > 2 \cdot f\ = r\) \( 2 \cdot f\ > b > f\) reell; umgekehrt; verkleinert: \(B < G\)
\(g = 2 \cdot f\ = r\)    
\(2 \cdot f = r > g > f\)    
\(g = f\)    
\(f > g\)    

optische Achse
Hauptebene
optischer Mittelpunkt
Krümmungsmittelpunkt
verkleinern
Brennpunkt
Brennweite
Krümmungsradius
f =
Gegenstand
Gegenstandsgröße
Gegenstandsweite
G =
g =
Lichtbündel
Parallelstrahl
Mittelpunktsstrahl
Brennstrahl
Bild
Bildgröße
Bildweite
B =
b =
HTML5-Canvas nicht unterstützt!