Naturwissenschaften

Geschwindigkeit von Licht - RCL “Lichtgeschwindigkeit”

Veröffentlicht am 08.06.2009
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • Teil 1 für Sekundarstufe I oder II: 3 Stunden Teil 2 für Sekundarstufe II: 3 Stunden
  • Arbeitsmaterial, Arbeitsblatt, Thematischer Hintergrund
  • 1 Arbeitsmaterial

Schülerinnen und Schüler bestimmen mit einem Remotely Controlled Laboratory (RCL) eigenständig die Geschwindigkeit des Lichts nach der Laufzeitmethode. Die Unterrichtseinheit gliedert sich in einen ersten Teil für die Sekundarstufe I oder II und einen zweiten Teil für die Sekundarstufe II.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Teil 1: Sekundarstufe I und II

Im ersten Teil führt das Misslingen des Laternenversuchs von Galileo Galilei (1564-1642) in die Lichtgeschwindigkeitsbestimmung mit dem RCL ein. Das messtechnische Problem, die Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen, wird thematisiert und die Laufzeitmethode eingeführt. Je nach Alter, Lernstand und Leistungsvermögen der Gruppe kann der c-Wert auf verschiedene Arten aus den Messdaten bestimmt werden:

  • rechnerisch aus einem einzigen Strecke-Zeit-Messwertpaar
  • rechnerisch aus einer Strecke-Zeit-Messwertreihe mit linearer Regression
  • graphisch aus einer Strecke-Zeit-Messwertreihe mit einer Ausgleichsgeraden

Eine Fehlerabschätzung des c-Werts kann über die lineare Regression oder nach dem Fehlerfortpflanzungsgesetz erfolgen. Messwerte des gesamten Kurses können mit digitalen Medien (zum Beispiel Wiki) zusammengetragen werden.

Teil 2: Sekundarstufe II (optional)

Der zweite Teil ist inhaltlich, fach- und lernmethodisch wesentlich anspruchsvoller als der erste Teil. Weitere Bestimmungsmethoden der Lichtgeschwindigkeit werden von den Schülerinnen und Schülern eigenständig mit Materialien (literaturliste_lichtgeschwindigkeit_schueler.pdf) erarbeitet und vorgetragen. Die Kenntnisse werden in einem Überblick zur Entwicklung der Messgenauigkeit des c-Werts (laufzeit_messgenauigkeit.pdf) zusammengefasst und vertieft. Ein abschließender Lehrervortrag zur Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit in der Physik rundet die Unterrichtseinheit ab.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit als messtechnisches Problem erkennen.
  • mit dem RCL "Lichtgeschwindigkeit" Messungen nach der Laufzeitmethode durchführen.
  • aus Strecke-Zeit-Messwertpaaren möglichst genau die Lichtgeschwindigkeit bestimmen und den Messfehler abschätzen.
  • sich mit geeigneten Materialien und Kenntnissen aus der geometrischen Optik und Mechanik weitere Bestimmungsmethoden (Olaf Christensen Römer, Hippolyte Fizeau, Jean Bernard Léon Foucault) erarbeiten und vortragen.
  • eine Vorstellung von der Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit in der Physik gewinnen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaBestimmung der Lichtgeschwindigkeit
AutorSebastian Gröber
FachPhysik
ZielgruppeSekundarstufe I (ab Klasse 10) und II
ZeitraumTeil 1 für Sekundarstufe I oder II: 3 Stunden Teil 2 für Sekundarstufe II: 3 Stunden  
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetzugang und Beamer
SoftwareZeichenprogramm (zum Beispiel Paint) zur Auswertung des Oszilloskopbildes, Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zur Auswertung der Messdaten

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