Reflexionsgesetz Leitfaden

Übersicht

Wenn Licht auf eine Oberfläche trifft und seine Ausbreitungsrichtung ändert, nennt man dieses Phänomen Reflexion. Aufgrund der Reflexion können wir die leuchtende Sonne sehen, sowie den nicht leuchtenden Mond und alles um uns herum. Dieses Experiment simuliert eine optische Bank. Durch die Steuerung des Einfallswinkels eines Laserstrahls werden wir die Reflexionsgesetze zusammenfassen und verifizieren: 'drei Linien in einer Ebene, zwei Linien auf gegenüberliegenden Seiten und zwei gleiche Winkel'.

Hintergrund

• Antikes Griechenland: Euklid schlug erstmals das Reflexionsgesetz in 'Katoptrik' vor und stellte fest, dass der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist.
• Das Goldene Zeitalter des Islam: Alhazen untersuchte die Reflexion und Brechung von Licht systematischer und legte die experimentelle Grundlage für die moderne Optik.
• Moderne Ära: Fermat schlug das 'Fermatsche Prinzip' vor (Licht nimmt den Weg, der die geringste Zeit benötigt), und leitete das Reflexionsgesetz perfekt von einer theoretischen Höhe ab.

Schlüsselkonzepte

Formeln & Herleitung

Experimentier-Schritte

1. 1

   Lichtquelle einschalten

   Klicken Sie auf den 'Laserschalter', um die Lichtquelle einzuschalten. Sie sehen einen roten Laserstrahl, der auf den flachen Spiegel unten schießt.
2. 2

   Einfallswinkel ändern

   Ziehen Sie den kreisförmigen Griff des Laserpointers. Wenn Sie die Position des einfallenden Strahls ändern, werden Sie feststellen, dass der reflektierte Strahl ebenfalls synchron schwingt.
3. 3

   Symmetrie beobachten

   Aktivieren Sie 'Winkel anzeigen' und 'Lot anzeigen'. Beobachten Sie, ob der einfallende Strahl und der reflektierte Strahl immer symmetrisch zu dieser gestrichelten Linie (dem Lot) sind.
4. 4

   Datenzusammenfassung

   Ändern Sie den Winkel mehrmals, z. B. auf $30^\circ$, $45^\circ$, $60^\circ$. Notieren und vergleichen Sie die Werte auf beiden Seiten, um zu überprüfen, ob $r$ immer gleich $i$ ist.

Lernergebnisse

• Verstehen der Referenzrolle des Lots in optischen Experimenten
• Bestätigen, dass der Reflexionswinkel zunimmt, wenn der Einfallswinkel zunimmt, und ihre Werte immer gleich sind
• Klären, dass der einfallende Strahl und der reflektierte Strahl auf gegenüberliegenden Seiten des Lots liegen
• Erkennen, dass wenn Licht senkrecht auf die Spiegeloberfläche trifft (Einfallswinkel ist $0^\circ$), der reflektierte Strahl entlang des ursprünglichen Weges zurückkehrt

Praxisanwendungen

• Spiegel: Nutzung des Prinzips der Bildentstehung durch ebene Spiegel zur Überprüfung des eigenen Aussehens
• Fahrradrücklichter: Die Innenwand besteht aus kleinen ebenen Spiegeln, die rechtwinklig zueinander stehen und mehrfache Reflexionen nutzen, um das Licht von Autoscheinwerfern entlang des ursprünglichen Weges zurück zu den Augen des Fahrers zu reflektieren
• Periskope: Verwendung von zwei parallelen ebenen Spiegeln zur Änderung des Lichtweges, wodurch Menschen unter Wasser oder in Gräben Situationen am Boden beobachten können

Häufige Irrtümer

Weiterführende Literatur

• Wikipedia - Reflexion (Physik)