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| {{Diese Seite|enthält eine Unterrichtsreihe zum Licht, die um weitere Bausteine zur Optik in der [[Optik|Unterrichtsreihe Optik]] ergänzt werden.}} | | {{Navigation verstecken|*[[unterrichten:Gleichwertigkeit_von_Termen|Gleichwertigkeit von Termen]] |
| | *[[unterrichten:Gleichwertigkeit_von_Termen/Vertiefung_1|Vertiefung 1]] |
| | *[[unterrichten:Gleichwertigkeit_von_Termen/Vertiefung_2.1|Vertiefung 2]] |
| | *[[unterrichten:Gleichwertigkeit_von_Termen/Vertiefung_3|Vertiefung 3]] |
| | *[[Gleichwertigkeit von Termen/Zusammenfassung und Ausblick|Zusammenfassung und Ausblick]]|Lernschritte einblenden|Lernschritte ausblenden}} |
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| | ==Ein Tisch muss her== |
| | {{Box|Aufgabe 1| Farbe=violet| |
| | Herr Mayer und Tim haben einen Auftrag von einer Gaststätte erhalten. Sie sollen ein Buffet an eine Wand mit "Ausbuchtung" anpassen. Zusätzlich soll das Buffet auch um die Ecke verlaufen. Der Gastronom hat die folgende Skizze beim Schreinermeister hinterlassen. |
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| Diese Seite kann als Einstieg in eine [[Optik|Unterrichtsreihe zur Optik]] genutzt werden.
| | [[Datei:Grundriss Vertiefungsaufgabe.jpg|500px|center]] |
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| == Licht und Lichtausbreitung ==
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| === Was stellen wir uns unter Licht vor?===
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| {{Idee|
| | Die Längen betragen <math>a=2m</math>, <math>b=3,5m</math>, <math>c=3 m</math>, <math>d=2 m</math>, <math>e=1 m</math>. Das Buffet wird <math>100cm</math> tief. |
| :Brainstorming, Antworten der Schüler sammeln und an die Tafel schreiben.
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| '''Zentralfrage:''' „Können wir Licht sehen“?}}
| | [[Datei:Buffet Vertiefungsaufgabe.png|500px|center]] |
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| {{Box|Versuch|Eine Glühlampe in einem Gehäuse strahlt die Wand an. Es entsteht ein Lichtkreis.|Experimentieren}}
| | a) [[Datei:Tischplattenangebot.png|mini|right]] Auf der rechten Seite findest du eine Auflistung der möglichen Tischplattengrößen und Preise, die Herr Mayer in so einem Fall anbietet. Finde eine Möglichkeiten das Buffet zu errichten und erstelle einen Term für die Kostenberechnung. |
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| {{Versuch|Vor dem Lichtfleck an der Wand stellen wir einen innen geschwärzten Pappkasten. Der Raum versinkt in Dunkelheit.|Experimentieren}}
| | b) Berechne den Gesamtflächeninhalt des Buffets mit Hilfe deines Terms. |
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| {{Box|Versuch|Wir halten ein Buch in den Raum zwischen Lampe und Pappkasten. Das Buch ist sofort zu sehen.|Experimentieren}}
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| {{Box|Versuch|In den Lichtkegel schütteln wir einen Lappen mit Kreidestaub aus. Der Weg, den das Licht nimmt, wird sichtbar. (Statt des Kreidestaubs kann auch mit einer Sprühflasche eine Tröpfchennebel in den Lichtweg gesprüht werden. Achtung: Eventuell wird dabei der Boden durch die Nässe rutschig.)|Experimentieren}}
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| {{Merke|:Licht selbst ist nur sichtbar, wenn es direkt auf die Netzhaut trifft. Gegenstände nehmen wir nur dann wahr, wenn sie Licht in unser Auge streuen. Genau genommen bleibt der Körper weiterhin unsichtbar, denn das, was wir sehen, ist nicht der Gegenstand, sondern das durch ihn gestreute Licht, welches auf unsere Netzhaut trifft und eine biochemische Reaktion auslöst.
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| }}
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| === Lichtmodelle ===
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| {{Idee|
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| Klärung des Begriffs „Modell“ in der Physik.
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| Brainstorming zu Lichtvorstellungen (Erklärung für einen Blinden)}}
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| {{Merke|:Licht stammt aus Lichtquellen (Sonne, Kerze, Lampe...). Man stellt sich vor, Licht besteht aus kleinen Teilchen, den Photonen. Diese werden aus den Lichtquellen mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleudert. Das an uns vorbeiflutende Licht ist nicht sichtbar, da Licht auf Netzhaut treffen muss um eine biochemische Reaktion auszulösen. Wir sehen Körper nur dann, wenn sie Licht in unser Auge streuen. Genau genommen bleibt der Körper weiterhin unsichtbar, denn das was wir sehen ist nicht der Gegenstand, sondern das durch ihn gestreute Licht, welches auf unsere Netzhaut trifft und eine biochemische Reaktion auslöst.
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| }}
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| == Primäre und sekundäre Lichtquellen ==
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| '''Primäre Lichtquellen''' sind Körper, die Licht selbst aktiv aussenden (z.B. die Sonne). Körper, die erst beleuchtet werden müssen, damit sie Licht aussenden, sind '''sekundäre Lichtquellen''' (z.B. der Mond).
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| == Lichtbündel, Lichtstrahl, Lichtgeschwindigkeit ==
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| === Vom Lichtbündel zum Lichtstrahl ===
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| {{Frage|Wie breitet sich das Licht aus?}}
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| {{Box|Versuch|:Eine offene Glühbirne wird eingeschaltet.|Experimentieren}}
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| {{Merke|:Licht breitet sich nach allen Seiten aus.
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| }} | | }} |
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| {{Frage|Kann Licht um Ecken gehen, d.h. können Photonen auf geknickten oder gekrümmten Wegen verlaufen?}}
| | <div class="mw-collapsible mw-collapsed" data-expandtext="Beispiele Teilaufgabe a einblenden" data-collapsetext="Beispiele Teilaufgabe a verbergen"> |
| | | Beispiel: Man verwendet 5 Platten mit der Länge 1 m, eine Platte der Länge 1,5 m und eine 2 m lange Platte. |
| {{Box|Versuch|:Darstellung des Lichtkegels mittels Mattscheibe, sowie Loch- und Spaltblende.
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| [[Bild:Opt_001.gif|center]]
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| |Experimentieren}}
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| Licht breitet sich geradlinig aus. Die Photonen bewegen sich auf Geraden.
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| Wird ein Lichtkegel immer weiter eingeengt, so gelangen wir zu einem Lichtstrahl. Ein Lichtstrahl ist vorstellbar als die Bahn, auf der sich die Photonen bewegen.
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| === Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit? ===
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| {{wpde|Galileo Galilei}} ging dieser Frage bereits vor 400 Jahren nach.
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| Er postierte zwei Leute mit Laternen auf verschiedenen Bergen.
| | <math>5\cdot 95 \euro{}+140 \euro{}+185 \euro{}</math> |
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| Er erlangte keine zufriedenstellenden Ergebnisse.
| | </div> |
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| Dem Franzosen {{wpde|Hippolyte Fizeau|Fizeau}} gelang 1849 die Messung der Lichtgeschwindigkeit mit einer sich drehenden Lochscheibe.
| | <div class="mw-collapsible mw-collapsed" data-expandtext="Lösungen Teilaufgabe b einblenden" data-collapsetext="Lösungen Teilaufgabe b verbergen"> |
| | '''Flächeninhalt:''' |
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| [[Bild:Opt_002.gif|center]]
| | <math>5\cdot 100cm\cdot 100cm+150cm\cdot100cm+200cm\cdot 100cm</math> |
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| | </div> |
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| {{Merke|:Licht breitet sich von einer Lichtquelle ausgehend nach allen Seiten aus, wenn es nicht behindert wird. Die Lichtteilchen (Photonen) bewegen sich dabei auf Geraden mit einer Geschwindigkeit von fast 300000 km/s. Durch Blenden kann man verschieden weite Lichtbündel herstellen. Die Form der Blende legt die Form des Lichtbündels fest. Sehr enge Lichtbündel nennt man Lichtstrahlen. Lichtstrahlen kann man als Photonenbahnen auffassen. Wie stark das Licht abgebremst wird hängt von der optischen Dichte des Mediums ab durch das es sich bewegt. Hier einige Beispiele: | | {{Box|Aufgabe 1| Farbe=violet| |
| | c) Herr Mayer hat selbst zwei Terme aufgestellt, um den Flächeninhalt der Tischplatte zu berechnen. Überprüfe die ob die Terme gleichwertig sind. |
| }} | | }} |
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| {| class="wikitable"
| | <div class="grid"> |
| |-
| | <div class="width-1-5"><math>a</math> |
| ! Medium !! Lichtgeschwindigkeit !! Index
| | 1 |
| |-
| | 2 |
| | Vakuum || 299.792,485 km/s || 1
| | 3 |
| |-
| | </div> |
| | Luft || 299.703 km/s|| 1,0003
| | <div class="width-1-5"><math>c</math> |
| |-
| | 2 |
| | Wasser || 225.000 km/s|| 1,3333
| | 3 |
| |-
| | 4 |
| | Kronglas || 198.000 km/s|| 1,515
| | </div> |
| |-
| | <div class="width-1-5"><math>d</math> |
| | Diamant|| 124.000 km/s|| 2,417
| | 0,5 |
| |}
| | 1,5 |
| | | 2 |
| ==Licht und Schatten== | | </div> |
| ===Wie entsteht Schatten?===
| | <div class="width-1-5"><math>a\cdot1m+c\cdot1m+c\cdot1m+d\cdot1m</math> |
| | | <div class="lueckentext-quiz"> |
| {{Frage|Kann man über seinen eigenen Schatten springen?}}
| | '''1m*1m+2m*1m+2m*1m+0,5m*1m()''' |
| | '''2m*1m+3m*1m+3m*1m+1,5m*1m()''' |
| | '''3m*1m+4m*1m+4m*1m+2m*1m()''' |
| | </div> |
| | </div> |
| | <div class="width-1-5">Wert |
| | <div class="lueckentext-quiz"> |
| | '''5,5 m^2()''' |
| | '''9,5 m^2()''' |
| | '''13 m^2()''' |
| | </div> |
| | </div> |
| | </div> |
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| |
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| {{Box|Versuch|Eine Glühlampe beleuchtet einen undurchsichtigen Gegenstand. Mit einem Blatt Papier wird der Schattenraum ausgemessen.
| |
|
| |
|
| [[Bild:Opt_003.gif|center]]
| | <div class="grid"> |
| |Experimentieren}}
| | <div class="width-1-5"><math>a</math> |
| | 1 |
| | 2 |
| | 3 |
| | </div> |
| | <div class="width-1-5"><math>c</math> |
| | 2 |
| | 3 |
| | 4 |
| | </div> |
| | <div class="width-1-5"><math>d</math> |
| | 0,5 |
| | 1,5 |
| | 2 |
| | </div> |
| | <div class="width-1-5"><math>(a+2c+d)\cdot1m</math> |
| | <div class="lueckentext-quiz"> |
| | '''(1m+2*2m+0,5m)*1m()''' |
| | '''(2m+2*3m+1,5m)*1m()''' |
| | '''(3m+2*4m+2m)*1m()''' |
| | </div> |
| | </div> |
| | <div class="width-1-5">Wert |
| | <div class="lueckentext-quiz"> |
| | '''5,5 m^2()''' |
| | '''9,5 m^2()''' |
| | '''13 m^2()''' |
| | </div> |
| | </div> |
| | </div> |
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| {{Merke|:Schatten entsteht an der lichtabgewandten Seite eines lichtundurchlässigen Körpers. Dort fehlt das Licht, das der Körper verschluckt.}} | | {{Box|Aufgabe 1| Farbe=violet| |
| | d) Der Gastronom fragt sich, ob er von Schreinermeister Mayer die günstigste Variante angeboten bekommt. Deshalb hat er zwei Terme aufgestellt, um die Kosten zu berechnen. Diese beziehen sich auf die gleiche Skizze, welche er allerdings nicht wiederfindet. Kannst du ihm helfen? Zeichne eine neue Skizze mit der passenden Stückelung der Tischplatten. Du findest unten ein Beispiel. |
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| {{Box|Versuch|Zwei Leuchten werden so aufgestellt, das zwei Schatten entstehen. Die Schatten sollen zusammenlaufen. | | <math>4\cdot180\euro{}+2\cdot50\euro{}</math> |
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| [[Bild:Opt_004.gif|center]]
| | <math>185\euro{}+185\euro{}+50\euro{}+185\euro{}+185\euro{}+50\euro{}</math> |
| |Experimentieren}}
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| {{Box|Versuch|Die Schattenbildung durch eine ausgedehnte Lichtquelle (Leuchtstoffröhre) wird gezeigt.|Experimentieren}}
| | [[Datei:Beispiel Gastro Stückelung.png|500px|center]] |
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| '''Ergebnis:''' Die Schattenabstufung verschwindet.
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| Eine schattenfreie Ausleuchtung erreicht man durch Milchglas, Lichtbänder, und weiße Zimmerdecken.
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| {{Merke|:Hinter undurchsichtigen Körpern entsteht ein lichtfreier Raum, der Schattenraum. Auf einen Schirm, der in diesen Raum gebracht wird, entsteht eine Schattenfläche, der Schatten. Eine punktförmige Lichtquelle führt zu harten Schatten, mehrere zu Halb- und Kernschatten. Ausgedehnte Lichtquellen ergeben weiche Übergänge zwischen Licht und Schatten. Sie ermöglichen schattenfreie Beleuchtung.
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| }} | | }} |
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| === Schatten im Weltraum === | | <div class="mw-collapsible mw-collapsed" data-expandtext="Lösungen Teilaufgabe d einblenden" data-collapsetext="Lösungen Teilaufgabe d verbergen"> |
| | | [[Datei:Skizze Vertiefungsaufgabe c.png|800px|center]] |
| Da im Weltraum Lichtquellen und Schattenkörper vorhanden sind; entstehen Schattenräume und Schatten.
| | </div> |
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| ==== Tag und Nacht ====
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| Die sonnenabgewandte Seite der Erde ist der Schattenraum der Erde. Durch die Drehung der Erde um ihre Achse entsteht so Tag und Nacht.
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| [[Bild:Opt_005.gif|center]] | |
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| ====Mondphasen====
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| Auch der Mond hat eine von der Sonne beleuchtete und eine unbeleuchtete Seite.
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| Da wir beim Umlauf des Mondes um die Erde unterschiedliche Anteile der beleuchteten Mondhälfte sehen, entstehen für uns die Mondphasen.
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| [[Bild:Opt_006.gif|center]]
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| ====Sonnenfinsternis====
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| Tritt der Mond bei seinem Umlauf um die Erde zwischen Erde und Sonne, kann sein Schatten auf die Erde fallen. Im Bereich dieses Schattens ist die Sonne für die Betrachter ganz oder teilweise durch den Mond verdeckt. Es entsteht so eine totale oder eine partielle [[Sonnenfinsternis]].
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| [[Bild:Opt_007.gif|center]]
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| ====Mondfinsternis====
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| Durchläuft dagegen der Mond ganz oder teilweise den Schattenraum der Erde, so wird er mehr oder weniger vollständig verdunkelt. Es entsteht eine totale oder partielle Mondfinsternis.
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| [[Bild:Opt_008.gif|center]]
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| '''{{wpde|Mond|Monddaten}}''':
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| :Mittlere Entfernung Mond- Erde: 384.405 km.
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| :Mondradius: 1738 km (0,272 mal Erdradius).
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| :Mondmasse: 1/81 tel der Erdemasse (81 Monde haben die gleiche Masse wie die Erde).
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| :Wegen seiner geringen Masse kann der Mond keine Atmosphäre halten. Der Mond leuchtet nicht selber, er reflektiert nur das Licht der Sonne.
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| :Mondumlauf um die Erde: 27,3 Tage. In der gleichen Zeit rotiert er einmal um seine eigene Achse. Deshalb ist die Rückseite des Mondes nie zu sehen. Infolge der Atmosphärerosigkeit und der langsamen Umdrehung gibt es auf dem Mond starke Temperaturunterschiede.
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| :Nachtgebiet: minus 160 °C, Taggebiet plus 130 °C.
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| == Weblinks ==
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| * Thomas Seilnacht (Didaktik der Naturwissenschaften): [http://www.seilnacht.com/Lexikon/Licht.htm Licht] - Absorption, Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Interferenz
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| * [http://www.ptb.de/de/publikationen/massstaebe/mst03/mst03.html maßstäbe 3 - Zum Licht] von der [http://www.ptb.de Physikalisch Technischen Bundesanstalt]
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| * {{wbde|Einführung in die Astronomie: Astronomische Ereignisse|Tabelle}} zu Mondfinsternis und anderen Ereignissen
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| * [http://www.geogebra.org/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/lochkamera/lochkamera.html Lochkamera - Abbildungsmaßstab] (C. Wolfseher)
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| *[http://www.brinkmann-du.de/physik/ph_aufgaben.htm Aufgabensammlung zur Physik]
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| == Siehe auch ==
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| * [[Astronomie]]
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| * [[Optik]]
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| [[Kategorie:Astronomie]]
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| [[Kategorie:Optik]]
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| [[Kategorie:Physik]]
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| [[Kategorie:Unterrichtsidee]]
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| [[Kategorie:ZUM2Edutags]]<metakeywords>ZUM2Edutags,ZUM-Wiki,Optik, Licht, Unterrichtsreihe, Licht und Schatten, Schatten, Lichtausbreitung, Lichtstrahl, Lichtbündel, Lichtgeschwindigkeit, Streuung, Reflexion,Spiegelung, Spiegelbild, Brechung, Brechungsgesetz, Sammellinse, Bild, Bildentstehung, Abbildung</metakeywords>
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