Experiment des Monats Sekundarstufe: Lichtbrechung und Totalreflexion

Aufbau LichtbrechungUm schnell Informationen zu übertragen, werden immer häufiger Glasfaserkabel verwendet. Dabei wird ein optisches Signal über große Strecken transportiert. Doch wie verhindert man, dass das Licht „aus dem Kabel ausläuft“, also nicht mit der Entfernung schwächer wird. Die Grundlagen dafür finden wir in unserem Experiment des Monats heraus.

Dafür wird benötigt: Taschenlampe (z.B. Handy), Pappe + Schere oder Spaltblende, Wasser, viereckiges Gefäß (lichtdurchlässig), 2x Winkelmesser/Geodreieck o. ein 360°-Winkelmesser

So wird es gemacht: Einen kleinen Schlitz in die Pappe schneiden. Evtl. die Pappe an der Lampe fixieren. Nun das Gefäß mit Wasser füllen und mittig auf einem Winkelmesser / Geodreieck platzieren. Dann den anderen Winkelmesser / das andere Geodreieck anlegen, sodass ein 360°-Winkelmesser entsteht.
Nun durch  den Pappschlitz den entstehenden Lichtschlitz auf den Nullpunkt des Winkelmessers richten (nicht senkrecht). Jetzt kann der Einfallswinkel und Brechungswinkel bestimmt werden.
Das Gefäß und den Winkelmesser so lange drehen, bis der Lichtstrahl das Gefäß nicht verlässt, sondern reflektiert wird.


Frage ExperimentBeschreibe das Phänomen, wenn der Grenzwinkel überschritten wird beim Übergang des Laserstrahls vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium.


Hier das passende Arbeitsblatt zu unserem Experiment des Monats Sekundarstufe "Lichtbrechung und Totalreflexion" zum KOSTENLOSEN Download.


Auswertung zum Experiment des Monats "Lichtbrechung und Totalreflexion"

Beträgt der Einfallswinkel nicht 90°, dann unterscheiden sich der Einfalls- und der Brechungswinkel. Der Winkel zum Lot hin ist im optisch dünneren Medium (der Luft) größer als im optisch dickeren Medium (dem Wasser).
Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium wird das Licht ab einem bestimmten Einfallswinkel nicht mehr gebrochen, sondern reflektiert. Man spricht hierbei von der Totalreflexion. Da das Licht bei Totalreflexion nur sehr wenig Energie abgibt, wird dieses Phänomen in Lichtleitern wie den oben genannten Glasfaserkabeln genutzt, um verlässlich und schnell Informationen zu transportieren.

Weitere Anwendung:
-    Brechung: Alles mit Linsen (Fotografie, Brillengläser, Lupen, …), Fischfang
-    Totalreflexion: Holografie, Spektroskopie, Röntgengeräte, Diamantenfunkeln


Haben wir das Interesse an naturwissenschaftlichen Experimenten geweckt?

Hier eine kleine Auswahl unserer Experimentier-Sets Optik.