Lochkamera

Blende, Bildentstehung bei der Abbildung mit Blenden , Abbildungsgleichung einer Lochkamera, Optimierung der Größe einer Blende

Benötigte Materialien

Pro Schüler:

• 2 schwarze DIN A4 Bögen Karton
• 1 Stück schwarzer Karton (10cm * 15cm)
• 1 Stück schwarzer Karton (10cm * 20cm)
• 1 Stück Transparentpapier (Butterbrottüte) (12cm * 12cm)

Überblick

Die Schülerinnen und Schüler bauen alleine oder in Partnerarbeit eine Lochkamera. Anschließend experimentieren sie mit ihrer selbstgebauten Lochkamera und untersuchen verschiedene Blendengrößen und unterschiedliche Abstände zwischen Blende und Schirm. Nach der Experimentierphase sollten gemeinsam die Ähnlichkeiten und Unterschiede zum Aufbau des Auges besprochen werden.

Bezug zum Rahmenlehrplan

Im Rahmenlehrplan Naturwissenschaften des Landes Berlin findet man diesen Aspekt im Themenfeld Welt des Großen – Welt des Kleinen für Klasse 5/6 wieder. Schülerinnen und Schüler bauen das optische Gerät Lochkamera nach und können ihre Funktionsweise erklären.

Hintergrundwissen

Von einer Lichtquelle breitet sich das Licht geradlinig in alle Richtungen aus. In der geometrischen Optik wird die Richtung der Ausbreitung als Strahl dargestellt. Von jedem Punkt eines beleuchteten Gegenstandes gehen Lichtstrahlen in alle Richtungen aus. Sich kreuzende Lichtstrahlen durchdringen sich dabei ungestört.

Mit einer Blende kann man das Licht daran hindern sich in alle Richtungen auszubreiten. Das Bündel von Lichtstrahlen, das geradlinig durch eine Blende fällt, bildet dahinter auf einem Schirm einen Bildfleck. Die Größe des Bildflecks ist abhängig vom Abstand zwischen Blende und Schirm, der Größe der Blende und dem Abstand zur Lichtquelle. Ist die Lichtquelle unendlich weit entfernt, entspricht die Größe des Bildflecks auf dem Schirm der Größe der Blende.

Bildflecken von zwei Punkten eines Gegenstandes, die sehr nah aneinander liegen, können sich überlappen. Dies ist abhängig von der Größe der Blende. Je mehr sich zwei Bildflecken überlappen, desto unschärfer ist das entstehende Bild auf dem Schirm. Je kleiner die Größe der Blende, desto geringer ist die Überlappung und so schärfer ist das Bild (Bei Blendengrößen im Bereich einiger Nanometer treten dann allerdings Beugungseffekte auf). Das Bild eines Gegenstandes setzt sich aus den Bildflecken aller Punkte des Gegenstandes zusammen.

Je größer der Abstand zwischen Blende und Schirm oder je kleiner die Größe der Blende, desto schwächer ist das Bild auf dem Schirm zu sehen.

Hinweise

Stellen Sie vor Bearbeitung des Experiments sicher, dass der Sehvorgang von allen Schülerinnen und Schülern verstanden wurde, dieser bildet die Basis für alle optischen Experimente. Wir sehen selbstleuchtende Gegenstände, weil Licht vom Gegenstand aus in unser Auge fällt. Nicht leuchtende Gegenstände können wir sehen, wenn Licht auf diesen Gegenstand fällt. Dieses Licht wird vom Gegenstand gestreut und fällt dann in unser Auge.

Für die Beschreibung des Lichts werden verschiedene Modelle verwendet. In der geometrischen Optik wird der Weg des Lichts durch Strahlen dargestellt. Das Strahlenmodell des Lichts hat wie jedes andere Modell Grenzen und kann Fehlvorstellungen hervorrufen. Wichtig ist es den Schülerinnen und Schülern deutlich zu machen, dass das Strahlenmodell nur ein Modell ist, welches einige Eigenschaften des Lichts gut beschreibt.

Sozialform

Das Experiment eignet sich für Partner- oder Einzelarbeit. Die Arbeitsaufträge lassen sich gut in ein Lernen an Stationen einbinden. Möglich ist es auch, entweder den Bau der Lochkamera oder die Experimente als Hausaufgabe durchführen zu lassen.

Weiterführende Ideen