Materialien zum Unterricht

Reflexion des Lichtes

Trifft Licht auf einen Spiegel, wird es zurückgeworfen: Es wird reflektiert. Wohin das Licht dabei fliegt, ist kein Zufall, sondern folgt einem einfachen Gesetz. In drei Versuchen lernst du das Reflexionsgesetz kennen und siehst, wie im ebenen Spiegel und im Hohlspiegel Bilder entstehen.

Darf ich vorstellen: Lumi, ein kleiner Lichtfleck mit großem Mundwerk. Lumi reitet auf dem Lichtstrahl und kommentiert jede Reflexion. Lumis Sprüche sind albern, die Winkel und Abstände nicht: Alles wird exakt berechnet. Bei dieser Simulation wurde kein Spiegel zerbrochen (sieben Jahre Pech gespart).

Versuch 1: Das Reflexionsgesetz

Laser, Spiegel und Winkelscheibe

Ziehe den Laser auf der Winkelscheibe hin und her (oder nimm den Schieberegler) und schicke Lumi los.

Einstellungen

40°
Einfallswinkel α40°
Reflexionswinkel β40°
Merke – das Reflexionsgesetz:
  • Der Einfallswinkel α ist genauso groß wie der Reflexionswinkel β:  α = β
  • Beide Winkel werden zum Lot gemessen. Das Lot steht senkrecht (90°) auf dem Spiegel. Wer zum Spiegel misst, bekommt 90° − α und ärgert sich in der Arbeit.
  • Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene.
  • Der Lichtweg ist umkehrbar: Läuft das Licht rückwärts, nimmt es denselben Weg.

Versuch 2: Das Bild im ebenen Spiegel

Kerze Karla vor dem Spiegel

Ziehe Karla (oder ihr Spiegelbild) und das Auge herum. Wo entsteht das Bild? Wann sieht das Auge Karla im Spiegel nicht mehr?

Einstellungen

30,0 cm

So entsteht das Spiegelbild

Von der Flamme geht Licht in alle Richtungen. Ein schmales Lichtbündel wird am Spiegel nach dem Reflexionsgesetz zurückgeworfen und gelangt ins Auge. Unser Gehirn weiß nichts vom Spiegel. Es nimmt an, dass Licht immer geradeaus kommt, und verlängert die Strahlen rückwärts (gestrichelt). Dort, wo sich die Verlängerungen treffen, sehen wir die Flamme: hinter dem Spiegel.

Schalte „viele Strahlen von der Flamme“ ein: Alle reflektierten Strahlen scheinen vom selben Punkt hinter dem Spiegel zu kommen. Deshalb ist das Bild für jedes Auge an derselben Stelle.

Eigenschaften des Spiegelbildes

gleich groß und aufrecht

Das Bild ist genauso groß wie der Gegenstand und steht nicht auf dem Kopf.

gleich weit hinter dem Spiegel

Bildweite = Gegenstandsweite: b = g. Das Bild liegt spiegelsymmetrisch zum Gegenstand.

scheinbar (virtuell)

Hinter dem Spiegel kommt kein Licht an. Ein Schirm dort bliebe dunkel. Das Bild gibt es nur im Kopf des Betrachters.

Wusstest du? Um dich von Kopf bis Fuß zu sehen, reicht ein Spiegel, der halb so hoch ist wie du, egal wie weit du davor stehst. Und Vampire haben laut Legende kein Spiegelbild. Physikalisch spricht nichts dagegen: Wer beleuchtet wird, wirft Licht zurück und wird gespiegelt.

Versuch 3: Der Hohlspiegel

Kerze vor dem Hohlspiegel

Ziehe die Kerze nach links und rechts, an der Flammenspitze auch nach oben und unten. Beobachte, wie sich das Bild verändert, wenn die Kerze über 2f und f hinweg wandert.

Einstellungen

10,0 cm
30,0 cm
8,0 cm
GegenstandBild
Weite––
Größe––
Für Profis

Die Hauptstrahlen

Ein Hohlspiegel ist ein Stück einer Kugel, innen verspiegelt. M ist der Kugelmittelpunkt, S der Scheitel (die Mitte des Spiegels), F der Brennpunkt genau in der Mitte zwischen M und S. Für drei Strahlen weiß man ohne Rechnen, wohin sie reflektiert werden:

Parallelstrahl → Brennpunktstrahl

Ein Strahl parallel zur optischen Achse wird durch den Brennpunkt F reflektiert.

Brennpunktstrahl → Parallelstrahl

Ein Strahl durch den Brennpunkt F wird parallel zur Achse reflektiert (Umkehrung des Lichtweges!).

Mittelpunktstrahl → Mittelpunktstrahl

Ein Strahl durch M trifft senkrecht auf den Spiegel und läuft in sich selbst zurück. Hier ist der Spiegel selbst das Lot.

Scheitelstrahl

Ein Strahl zum Scheitel S wird wie am ebenen Spiegel reflektiert: Die Achse ist dort das Lot.

Wo sich die reflektierten Strahlen treffen, entsteht das Bild der Flammenspitze. Gezeichnet wird, wie im Unterricht üblich, mit einem Knick an der Scheitelebene. Das stimmt genau für Strahlen nahe der Achse. Wie es weiter außen aussieht, zeigt der Schalter „exakt am Kugelspiegel rechnen“.

Welches Bild entsteht?

Kerze steht …BildBeispiel
weiter weg als 2fumgekehrt, verkleinert, wirklich (reell), zwischen F und MSpiegelteleskop
genau bei 2f (in M)umgekehrt, gleich groß, reell, ebenfalls in M
zwischen f und 2fumgekehrt, vergrößert, reell, weiter weg als MProjektor
genau im Brennpunkt Fkein Bild: Das Licht läuft parallel weiterScheinwerfer, Taschenlampe
näher als faufrecht, vergrößert, scheinbar (virtuell), hinter dem SpiegelSchminkspiegel, Rasierspiegel

Ein wirkliches (reelles) Bild kann man auf einem Schirm auffangen, ein scheinbares (virtuelles) nicht. Probiere es mit „Schirm aufstellen“ aus! Die Zahlen in der Tabelle neben dem Versuch berechnet die Seite mit der Abbildungsgleichung 1/f = 1/g + 1/b. Die lernst du in höheren Klassen kennen.

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