Hier steht das ganze Kapitel „Phänomenorientierte Optik“ auf einer Seite — genau so, wie du es vor der Klassenarbeit noch einmal durchgehen solltest. Erst die elf Übersichtskarten (eine pro Unterkapitel), dann die acht Merksätze, die du wörtlich können musst, dann alle Zahlen des Kapitels. Danach kommt die Optik-Werkstatt: dort stellst du selbst Bauteile in den Strahlengang und siehst sofort, was das Licht macht. Ganz am Ende hakst du im Selbstcheck ab, was schon sitzt.
Elf Karten — das ganze Kapitel
Für jedes Unterkapitel eine Karte: Nummer, Titel, die Kernaussagen und ein kleines Bild, an dem du die Sache wiedererkennst. Geh die vier Abschnitte der Reihe nach durch und decke die Kernaussagen mit der Hand ab — was fällt dir schon von allein ein?
Licht und seine Ausbreitung
Lichtquellen und Sehen
- Selbstleuchter erzeugen Licht selbst (Sonne, Kerze, LED). Beleuchtete Körper werfen es nur zurück (Mond, Buch, Wand).
- Sehen heißt: Licht muss ins Auge gelangen. Ohne Licht keine Information.
- Das Auge schickt nichts aus — es gibt keinen Sehstrahl.
- Einen Lichtweg siehst du erst, wenn Staub oder Nebel Licht seitlich zu dir streuen.
Geradlinige Ausbreitung
- Im gleichen Stoff läuft Licht exakt geradlinig — nie in Bögen, nie um Hindernisse herum.
- Der Lichtstrahl ist nur ein Modell zum Zeichnen; messen kannst du das Lichtbündel.
- Licht ist rund 300 000 km/s schnell: 7,5-mal um die Erde in einer Sekunde.
- Schall schafft nur 340 m/s — deshalb kommt der Donner nach dem Blitz.
Schatten
- Hinter einem undurchsichtigen Körper fehlt Licht — es geht nicht um ihn herum.
- Punktförmige Quelle: ein einziger Schatten mit messerscharfem Rand.
- Ausgedehnte Quelle: hell – Halbschatten – Kernschatten – Halbschatten – hell.
- Zur Wand hin wird alles um (Lampe–Wand) : (Lampe–Körper) größer.
Erscheinungen am Himmel
Finsternisse
- Sonne, Erde und Mond stehen auf einer Linie — und der Körper in der Mitte wirft den Schatten.
- Sonnenfinsternis: Mond in der Mitte, nur bei Neumond, sichtbar nur im 100–270 km schmalen Streifen.
- Mondfinsternis: Erde in der Mitte, nur bei Vollmond, von der ganzen Nachtseite aus sichtbar.
- Nie ohne geprüfte Finsternisbrille zur Sonne schauen.
Mondphasen
- Der Mond leuchtet nicht selbst — und es ist immer genau die Hälfte beleuchtet, auch bei Neumond.
- Was sich ändert, ist nur unser Blickwinkel auf diese helle Hälfte.
- Z/A-Regel: rechte Hälfte hell = zunehmend, linke Hälfte hell = abnehmend.
- Ein ganzer Zyklus dauert 29,5 Tage. Phasen sind etwas anderes als eine Mondfinsternis.
Licht an Grenzflächen
Reflexion am ebenen Spiegel
- Einfallswinkel = Ausfallswinkel — beide immer zum Lot gemessen, nie zur Spiegelfläche.
- Winkel zur Fläche + Winkel zum Lot = 90°. Zwischen beiden Strahlen liegt 2 · Einfallswinkel.
- Das Spiegelbild ist virtuell und seitenverkehrt und liegt so weit hinter dem Spiegel wie der Gegenstand davor.
- Glatt spiegelt, rau streut — nicht das Material entscheidet, sondern die Oberfläche.
Streuung und Brechung
- Ins optisch dichtere Material: zum Lot hin. Heraus ins dünnere: vom Lot weg. (Luft < Wasser < Glas < Diamant)
- Der Knick entsteht nur an der Grenzfläche; bei senkrechtem Einfall gibt es keinen.
- Dein Auge verlängert den ankommenden Strahl geradlinig nach hinten — daraus entsteht der scheinbare Ort.
- Wasser wirkt flacher und näher: die scheinbare Tiefe ist etwa drei Viertel der echten.
Bilder und Farben
Bilder an Lochblenden
- Das Loch sortiert: von jedem Gegenstandspunkt kommt nur ein schmaler Strahl durch — so trifft jeder Punkt genau einen Schirmpunkt.
- Die Strahlen kreuzen sich im Loch → das Bild steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt.
- B : G = b : g. Die Bildgröße hängt nur von den beiden Abständen ab, nie vom Lochdurchmesser.
- Kleineres Loch: schärfer, aber dunkler. Doppelter Abstand: doppelt so groß, aber 4-mal dunkler.
Sammel- und Zerstreuungslinsen
- Dick in der Mitte = sammelt, dünn in der Mitte = zerstreut. Alles andere folgt daraus.
- Brennpunkt ist ein Ort, Brennweite eine Länge — nicht verwechseln.
- Je stärker gewölbt, desto kürzer die Brennweite (Lupen mit 12 cm und 6 cm).
- Stärke in dpt = 1 ÷ Brennweite in Metern. Zerstreuungslinsen bekommen ein Minus (−4 dpt).
Auge und Fotoapparat
- Gleiches Prinzip: Linse bündelt, Blende (Pupille) regelt die Lichtmenge, Netzhaut bzw. Sensor nimmt auf.
- Der einzige echte Unterschied: das Auge verformt seine Linse, die Kamera verschiebt ihr Objektiv.
- Das Bild auf der Netzhaut steht auf dem Kopf — erst das Gehirn dreht es um.
- Mattschwarzes Inneres schluckt Streulicht, sonst wäre das Bild flau.
Weißes Licht und Spektrum
- Weißes Licht ist ein Gemisch aller Regenbogenfarben.
- Farbfolge: rot – orange – gelb – grün – blau – indigo – violett. Rot wird am wenigsten, violett am stärksten abgelenkt.
- Das Prisma sortiert die Farben, es erzeugt sie nicht — ein zweites Prisma setzt sie wieder zu Weiß zusammen.
- Körperfarbe: ein Gegenstand zeigt die Farbe, die er zurückwirft; die anderen schluckt er.
Acht Merksätze — wörtlich können
Diese acht Sätze solltest du in der Klassenarbeit hinschreiben können, ohne lange zu überlegen. Lies jeden Satz laut vor, decke ihn ab und sag ihn noch einmal auf. Darunter steht jeweils, wofür du ihn brauchst.
Sender → Übertragungsweg → Empfänger.
Der Sender ist die Lichtquelle, der Übertragungsweg ist der Weg des Lichts, der Empfänger ist immer das Auge. Geh bei jeder Seh-Aufgabe diese drei Stationen der Reihe nach ab. 3.1.1
Licht läuft geradlinig — nie in Bögen und nie um ein Hindernis herum.
Damit erklärst du den Schatten, die Finsternisse, das Bild der Lochkamera und das Peilen über eine Kante. Nur beim Wechsel des Stoffes knickt der Weg ab. 3.1.2
Der Körper in der Mitte wirft den Schatten.
Mond in der Mitte → Sonnenfinsternis (nur bei Neumond). Erde in der Mitte → Mondfinsternis (nur bei Vollmond). Mit diesem einen Satz hast du beide Finsternisse sortiert. 3.2.1
Einfallswinkel = Ausfallswinkel — gemessen zum Lot.
Der Zusatz „zum Lot“ gehört unbedingt dazu: Wer zur Spiegelfläche misst, liegt bei jeder Aufgabe um den Rest zu 90° daneben. 3.3.1
Ins dichtere Material: zum Lot hin. Heraus ins dünnere: vom Lot weg.
Die Reihe der optischen Dichte lautet Luft < Wasser < Glas < Diamant. Bei senkrechtem Einfall und ohne Stoffwechsel gibt es keinen Knick. 3.3.2
Bildgröße : Gegenstandsgröße = Bildweite : Gegenstandsweite.
Kurz: B : G = b : g. Vor dem Rechnen immer auf gleiche Einheiten achten — 6 m sind 600 cm. Der Lochdurchmesser kommt in dieser Gleichung nicht vor. 3.4.1
Spiegelhöhe = halbe Körpergröße — unabhängig vom Abstand.
Lena ist 1,60 m groß, also genügen 1,60 m : 2 = 0,80 m = 80 cm. Wer zurückgeht, braucht keinen größeren Spiegel: die Winkel werden flacher, die Auftreffpunkte bleiben gleich. 3.3.1
Das Prisma sortiert die Farben, es erzeugt sie nicht.
Die Farben stecken schon im weißen Licht. Beweis: ein zweites Prisma setzt sie wieder zu Weiß zusammen, und eine einzelne Farbe wird nur abgelenkt, nicht weiter zerlegt. 3.4.4
Alle Zahlen des Kapitels
Hier stehen alle Zahlenwerte, die im Kapitel vorkommen — mit ihrer Bedeutung und einer Merkhilfe. Die meisten dieser Zahlen musst du nicht auswendig lernen, sondern wiedererkennen und richtig einsetzen können. Die fett gedruckten Werte in der ersten Gruppe solltest du allerdings im Kopf haben.
| Wert | Bedeutung | Merkhilfe |
|---|---|---|
| 3.1 Licht und seine Ausbreitung | ||
| 300 000 km/s | Lichtgeschwindigkeit | 7,5-mal um die Erde in einer einzigen Sekunde. |
| 40 000 km | Erdumfang am Äquator | 300 000 : 40 000 = 7,5 Erdumrundungen pro Sekunde. |
| 150 000 000 km | Entfernung Sonne – Erde | 150 000 000 : 300 000 = 500 s = 8,33 min ≈ 8 min 20 s. |
| 384 000 km | Entfernung Mond – Erde | Das Licht braucht gut 1 Sekunde. |
| über 4 Jahre | Lichtlaufzeit vom nächsten Stern | Du siehst ihn so, wie er vor über vier Jahren war. |
| 340 m/s | Schallgeschwindigkeit | 6 s Verzögerung → 340 · 6 = 2040 m ≈ 2 km bis zum Blitz. |
| Sekunden : 3 | Faustregel beim Gewitter | Sekunden zählen und durch 3 teilen ergibt die Entfernung in km. |
| 150 : 50 = 3 | Streckungsfaktor beim Ballversuch (Lampe–Wand : Lampe–Ball) | Ball 12 cm → Schatten 12 cm · 3 = 36 cm. |
| Höhe : Schattenlänge | ist am selben Ort und zur selben Zeit für alle Gegenstände gleich | Stab 1 m mit 0,5 m Schatten → Faktor 2; Baumschatten 6 m → Baum 12 m. |
| 3.2 Erscheinungen am Himmel | ||
| ca. 5° | Neigung der Mondbahn gegen die Erdbahn | Der Grund, warum es nicht jeden Monat eine Finsternis gibt. |
| 2 | Knotenpunkte — Schnittpunkte beider Bahnen | Nur dort ist überhaupt eine Finsternis möglich. |
| 2 bis 5 pro Jahr | Häufigkeit von Finsternissen | Nicht jeden Monat — aber auch nicht selten. |
| 100 – 270 km | Breite des Mondkernschattens auf der Erde | Deshalb ist die Sonnenfinsternis lokal, die Mondfinsternis global. |
| ca. 300 Jahre | mittlerer Abstand totaler Sonnenfinsternisse am selben Ort | Der Kernschattenfleck ist winzig und trifft denselben Ort fast nie. |
| zwei Wochen | Abstand von Neumond zu Vollmond (halber Umlauf) | Darum treten Sonnen- und Mondfinsternis oft im Paar auf. |
| 29,5 Tage | Dauer eines vollständigen Mondphasen-Zyklus | „Monat“ hat dieselbe Wurzel wie „Mond“. |
| 29,5 : 4 ≈ 7,4 Tage | Abstand zwischen zwei Hauptphasen | Gut eine Woche von Neumond bis zum Ersten Viertel. |
| 8 | Anzahl der Mondphasen | Vier Eckpunkte merken, die Sicheln füllen die Lücken. |
| 1/2 | Anteil des Mondes, der immer beleuchtet ist | Auch bei Neumond — die helle Hälfte zeigt nur von uns weg. |
| 3.3 Licht an Grenzflächen | ||
| 90° | Winkel zur Spiegelfläche + Winkel zum Lot | 25° zur Fläche bedeuten 90° − 25° = 65° zum Lot. |
| 2 · Einfallswinkel | Winkel zwischen einfallendem und reflektiertem Strahl | 35° → 70°; danach 10° → 20°, also 50° weniger. |
| halbe Körpergröße | nötige Höhe eines Ganzkörperspiegels | 1,60 m : 2 = 0,80 m = 80 cm — unabhängig vom Abstand. |
| Luft < Wasser < Glas < Diamant | Reihe der optischen Dichte | Je dichter, desto stärker der Knick — darum funkeln Diamanten. |
| ca. drei Viertel | scheinbare Wassertiefe im Vergleich zur echten | Ein 150 cm tiefes Becken wirkt nur rund 113 cm tief. |
| 3.4 Bilder und Farben | ||
| B : G = b : g | Abbildungsverhältnis der Lochkamera | 200 cm groß, 600 cm entfernt, Schirm 30 cm: 600 : 30 = 20 → Bild 10 cm. |
| 2-mal / 4-mal | doppelter Schirmabstand | Doppelt so großes, aber 4-mal dunkleres Bild. |
| 12 cm und 6 cm | Brennweiten der beiden Lupen | Die dickere Lupe hat die kürzere Brennweite. |
| Stärke [dpt] = 1 ÷ f [m] | Dioptrien-Formel | 50 cm = 0,5 m → 1 ÷ 0,5 = 2 dpt. 4 dpt → 1 ÷ 4 = 0,25 m = 25 cm. |
| −4 dpt | Beispielwert einer Zerstreuungslinse | Das Minuszeichen steht für die Brille bei Kurzsichtigkeit. |
| 7 Farben | rot, orange, gelb, grün, blau, indigo, violett | Rot außen und am wenigsten abgelenkt, violett innen und am stärksten. |
| um 1666 | Newton zerlegt weißes Licht mit einem Prisma | Der erste Beweis dafür, dass das Prisma nur sortiert. |
Die Optik-Werkstatt
Links steht eine Lampe, rechts eine weiße Wand. Dazwischen ist Platz für ein Bauteil. Stell nacheinander alle sieben Bauteile in den Strahlengang und schau dir an, was mit dem Licht passiert — und lies, warum. Wenn du alle sieben ausprobiert hast, hast du das halbe Kapitel noch einmal durchgespielt.
Klicke ein Bauteil an — oder drücke die Zifferntasten 1 bis 7, sobald die Werkstatt den Fokus hat. Mit Tab springst du von Knopf zu Knopf, mit Enter stellst du das Bauteil auf, mit 0 räumst du wieder ab.
Nichts im Strahlengang
Ohne Bauteil läuft das Licht geradlinig von der Lampe bis zur Wand. Nichts lenkt es ab, nichts hält es auf. Das ist die Grundregel, auf der alles andere in diesem Kapitel aufbaut.
Kapitel 3.1.20 von 7 Bauteilen ausprobiert
Selbstcheck: Kann ich das?
Zehn Fragen, zehnmal ehrlich antworten. Bei „Ja, kann ich“ hakst du den Punkt ab. Bei „Noch nicht“ bekommst du gesagt, in welches Unterkapitel du zurückgehen solltest — das ist keine schlechte Nachricht, sondern dein Lernplan für heute Abend.
-
1
Ich kann erklären, warum ich einen Gegenstand nur sehe, wenn Licht von ihm in mein Auge gelangt — und warum es keinen Sehstrahl gibt.
Geh zurück zu 3.1.1 Lichtquellen und das Sender-Empfänger-Modell. Merke dir die drei Stationen Sender → Übertragungsweg → Empfänger und den Unterschied zwischen Selbstleuchter und beleuchtetem Körper. -
2
Ich kann mit der Lichtgeschwindigkeit rechnen (Sonne, Mond, Erdumfang) und erklären, warum der Donner nach dem Blitz kommt.
Geh zurück zu 3.1.2 Geradlinige Ausbreitung des Lichts. Übe die Kette Zeit = Strecke : Geschwindigkeit und achte auf die Nullen. -
3
Ich kann Kernschatten und Halbschatten unterscheiden und sagen, wann eine Lichtquelle nur einen scharfen Schatten wirft.
Geh zurück zu 3.1.3 Schatten, Kern- und Halbschatten. Präge dir die Reihenfolge an der Wand ein: hell – Halbschatten – Kernschatten – Halbschatten – hell. -
4
Ich kann sagen, wer bei einer Sonnen- und wer bei einer Mondfinsternis in der Mitte steht, welche Mondphase dazugehört und wer die Finsternis sehen kann.
Geh zurück zu 3.2.1 Sonnen- und Mondfinsternis. Der Satz „Der Körper in der Mitte wirft den Schatten“ löst fast jede Aufgabe. -
5
Ich kann die acht Mondphasen der Reihe nach nennen, zunehmend von abnehmend unterscheiden und erklären, warum die Phasen nichts mit dem Erdschatten zu tun haben.
Geh zurück zu 3.2.2 Mondphasen. Beleuchtet ist immer genau die Hälfte — was sich ändert, ist nur dein Blickwinkel. -
6
Ich kann das Reflexionsgesetz anwenden, die Winkel richtig zum Lot messen und ausrechnen, wie hoch ein Ganzkörperspiegel sein muss.
Geh zurück zu 3.3.1 Reflexion am ebenen Spiegel. Zeichne in jede Skizze zuerst das Lot ein, erst dann miss die Winkel. -
7
Ich kann sagen, wohin ein Strahl gebrochen wird, wenn er ins Wasser eintritt und wenn er es wieder verlässt — und warum ein Fisch höher erscheint, als er ist.
Geh zurück zu 3.3.2 Streuung und Brechung von Licht. Denk an die drei Schritte: Knick an der Grenzfläche, geradlinige Rückverlängerung im Kopf, scheinbarer Ort. -
8
Ich kann mit B : G = b : g die Bildgröße einer Lochkamera ausrechnen und erklären, warum das Bild auf dem Kopf steht.
Geh zurück zu 3.4.1 Bilder an Lochblenden. Rechne die Beispiele noch einmal nach und achte auf gleiche Einheiten. -
9
Ich kann Sammel- und Zerstreuungslinse unterscheiden, Brennpunkt und Brennweite auseinanderhalten — und sagen, welches Bauteil im Auge welchem Teil einer Kamera entspricht.
Geh zurück zu 3.4.2 Sammel- und Zerstreuungslinsen und zu 3.4.3 Auge und Fotoapparat. Merksatz: dick in der Mitte sammelt — und das Auge verformt seine Linse, die Kamera verschiebt sie. -
10
Ich kann die Farbfolge des Spektrums nennen und begründen, warum das Prisma die Farben nur sortiert und nicht erzeugt.
Geh zurück zu 3.4.4 Weißes Licht und Spektralzerlegung. Die beiden Beweise gegen „das Glas färbt ein“ solltest du aufsagen können.