Beugung am Gitter - RCL “Beugung und Interferenz II”

  • Astronomie / Physik
  • Sekundarstufe II
  • 6-8 Stunden
  • Arbeitsblatt
  • 1 Arbeitsmaterial

Schülerinnen und Schüler untersuchen eigenständig mit den vielfältigen Experimentiermöglichkeiten eines Remotely Controlled Laboratory (RCL) die Beugung am Gitter.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Beugung und Interferenz ist ein zentrales Standardthema in der gymnasialen Oberstufe, bei dem ein experimenteller Zugang erforderlich und besonders lohnend ist: Die Beugung von Licht ist kein Alltagsphänomen, da sich Beugungserscheinungen nur mit hinreichend kohärentem Licht und an Objektstrukturen mit Abmessung in der Größenordnung der Lichtwellenlänge beobachten lassen. Beobachtbare Beugungserscheinungen wie zum Beispiel Farberscheinungen an einer CD/DVD werden von Schülerinnen und Schülern häufig nicht als erklärungsbedürftig angesehen, da ihnen Anknüpfungsmöglichkeiten an physikalisches Alltagswissen fehlen. Die Unterrichtseinheit nutzt die vielfältigen Experimentiermöglichkeiten des RCLs "Beugung und Interferenz" und dass Schülerinnen und Schüler mit dem RCL auch zuhause Realexperimente durchführen können.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Als Extremfall lässt sich die Wellenoptik in der gymnasialen Oberstufe auf die Thematisierung von Maxima/Minima des idealen Doppelspalts und Gitters mit verschwindend kleinen Spaltbreiten reduzieren. Annäherungen an diesen Extremfall sind in Grundkursen, aufgrund von Zeitmangel oder von zu wenigen Beugungsobjekten, zu beobachten. Gerade aber bei der Beugung am Gitter beziehungsweise am N-fach-Spalt (N größer/gleich 1) bietet sich bei kleinen Beugungswinkeln wegen der näherungsweise einfachen Abhängigkeiten des Beugungsmusters von mehreren anschaulichen geometrischen Größen (Wellenlänge, Spaltanzahl, Spaltbreite, Spaltabstand) ein breiterer experimenteller Zugang mit der Vielzahl an Beugungsobjekten des RCLs an.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • qualitative und quantitative Zusammenhänge zwischen Wellenlänge/Beugungsobjektgeometrie und der Intensitätsverteilung des Beugungsmusters untersuchen.
  • durch eigenständiges hypothesengeleitetes Experimentieren Interesse an der Erklärung und mathematischen Beschreibung der Beugung entwickeln.
  • die mathematische Beschreibung der Beugung am Gitter mithilfe des Zeigermodells verstehen.
  • die Modulation des Beugungsmusters mit der Intensitätsverteilung des Einzelspalts erkennen.
  • mit einem Computeralgebrasystem oder Tabellenkalkulationsprogramm experimentelle und theoretische Daten miteinander vergleichen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaBeugung am Gitter
AutorSebastian Gröber
FachPhysik
ZielgruppeSekundarstufe II
Zeitraum6-8 Stunden
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser
SoftwareZur Darstellung und Auswertung von Messdaten: Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel), Computeralgebrasystem (zum Beispiel Maple) oder ein spezielles Datenanalyseprogramm (zum Beispiel Origin) für die Hochschule

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