Optik. Was ist ein Modell? Strahlenoptik. Gliederung. Modelle in der Physik. Modell Lichtstrahl. Modell Lichtstrahl. Licht und Schatten

Transkript

1 liederun Optik Strahlenoptik Modell Lihttrahl Reflexion rehun Totalreflexion ildenttehun an Linen Optihe eräte Aufaben Link Quellen Löunen Modelle in der Phyik Modell Lihttrahl vereinfahte Dartellunen der Wirklihkeit dienen der beeren Veranhaulihun Weentlihe wird hervorehoben Unweentlihe wird vernahläit Wa it ein Modell? Da Modell Lihttrahl dient al edanklihe und zeihnerihe Hilfittel, u optihe Erheinunen und Voräne it eoetrihen eraden verhältniäßi einfah behreiben zu können. ei eine halen Lihtbündel betrahtet an nur eine eradlinie Ahe. 3 4 Modell Lihttrahl Ein breitere Lihtbündel wird daretellt, inde an die eitlih erenzunlinien einzeihnet Der Lihttrahl ibt die Rihtun der Lihtaubreitun an. Da Modell at aber niht über da Ween de Liht au. Liht und Shatten Kern und Halbhatten Shattenröße Mondphaen Sonnen- und Mondfinterni 5 6

2 Reflexioneetz Reflexion an verhiedenen Flähen Reflexioneetz Trifft ein Lihttrahl auf einen ebenen Spieel, o wird er reflektiert. E ilt da Reflexioneetz: ildenttehun a ebenen Spieel Wie roß u ein Spieel ein und in welher Höhe u er hänen, dait ih ein,0 roßer Menh darin volltändi ehen kann? ei einer Reflexion a ebenen Spieel it der Einfallwinkel leih de Reflexionwinkel: α = α. Einfallender Strahl, reflektierter Strahl und Lot lieen in einer Ebene. 7 Reflexion a Hohlpieel rehuneetz rehun it die Änderun der Aubreitunrihtun de Lihte bei Durhan durh die lihtdurhläie renzflähe zweier Medien, in denen e verhiedene Aubreitunehwindikeiten beitzt. Wölbpieel 9 etrahtet an den Strohal hrä von oben, o erheint dieer eknikt. 0 rehuneetz ei eine Überan von eine optih dünneren zu eine optih dihteren Mediu wird da Liht zu Lot hin ebrohen (α > ). in E ilt: in (α 0 ) rehzahl: 0 n Überan Vakuu ( 0 ) Mediu () eipielaufabe erehnen Sie den rehunwinkel bei Überan von Luft in Waer, wenn = 3 it! in in in in 3,4,5 0 in3,997 0

3 Totalreflexion ei Überan von eine optih dihten zu eine optih dünneren Mediu wird da Liht vo Lot we ebrohen (α < ). diht dünn Waer Waer Waer α α α α =90 Luft Luft Luft Der Einfallwinkel, bei de der ebrohene Strahl entlan der renzflähe verläuft ( = 90 ), heißt renzwinkel α. Verrößert an den Einfallwinkel weiter, wird da Liht niht ehr ebrohen, ondern total reflektiert. Aniation 3 eipielaufabe Ab welhe Einfallwinkel tritt bei Überan von Waer zu Luft Totalreflexion auf? in in, in 0,75, ,7 Kronla (leiht) - Luft (4,6 ) Flintla (leiht) Luft (3,4 ) 4 Totalreflexion Linen Pria Saellinen (konvex) Zertreuunlinen (konkav) Anwendunen: Ukehrprien in Fernläer lafaerkabel Folie Wie ieht ein Fih eine Uwelt? Folie Linenarten 5 6 Strahlenan an Saellinen ildenttehun an Linen Linenebene optihe Ahe Line Abbildunaßtab: A b 7 3

4 Abbildunleihun f b Aufabe e.: f = 3 = = 7 e.:, b Zeihnun Herleitun: b b f f b b f f ( CDO ~ AO) ( F'EO ~ F'CD) b b f f b f b : b b f b 3 7 b 5,5 b 5,5, rennweitenbetiun nah eel optihe ank it feter Läne a (a > 4f) e Kaera und Aue Kaera Aue a E ibt enau zwei Linentellunen und, o da auf de Shir ein harfe ild erzeut wird. a e Experient f 4a Line: Sharftellen durh Abtandänderun lende: Reulierun der Lihtene Fil: ildenttehun Line: Sharftellen durh Wölbun oder Abflahen Iri: Reulierun der Lihtene (lende) Netzhaut: ildenttehun Da Aue Fernrohr Objektiv Okular F Ob ; F Ok verrößerte uekehrte ild verkleinerte uekehrte Zwihenbild Sehfehler Diaprojektor Taelihtprojektor 3 4 4

5 Mikrokop Objektiv Okular. Ein Lihttrahl fällt au der Luft koend it de Einfallwinkel α = 50 hrä auf einen lakörper (leihte Kronla). erehnen Sie den rehunwinkel! (30,6 ). Wa verteht an unter Totalreflexion und unter welhen edinunen entteht diee? erehnen Sie den renzwinkel der Totalreflexion an der renzflähe hwere Flintla Luft! (34, ) 3. Auf zwei Prien au hwere Flintla fällt Liht. Entheiden Sie für jede der beiden Prien, ob an der renzflähe la - Luft da Liht ebrohen oder total reflektiert wird! eründen Sie! Zeihnen Sie den weiteren Strahlenverlauf durh die Prien und berehnen Sie die dazu notwendien Winkel! F Ob FOk nohal verrößerte uekehrte Zwihenbild verrößerte uekehrte Zwihenbild Löun 4. eben Sie eine phyikalihe Deutun der eziehun / =! Eritteln Sie die rennweite einer Line für dieen Fall, wenn da ild 0 hinter der Linenebene harf abebildet wird! 5. Eine Pflanze, welhe,5 entfernt it, oll it einer Kaera, deren Objektiv eine rennweite von 4,5 hat, harf abebildet werden. erehnen Sie die ildweite! (4,64 ) 6. Eritteln Sie kontruktiv und rehnerih die ildröße, wenn da Oriinal roß it, ih in eine Abtand von 3 von der Line befindet und die rennweite der Saelline 5 beträt. (-5 ) Löunen 4-6 weitere optihe eräte: LeiFi Ein Lihtbündel fällt au Luft koend it de Einfallwinkel α hrä auf einen lakörper. Ändert ih der rehunwinkel, wenn Waer über den lakörper ehihtet wird und α leih bleibt?. Waru werden betite Prien auh Ukehrprien enannt? 9. Wie roß it der Durheer de Kreie, durh den ein unter Waer befindliher Tauher den Hiel ehen kann? (7,4 ) 0. * *Durhdrint ein Lihttrahl eine planparallele laplatte, o tritt eine Parallelverhiebun de Lihttrahl auf. Wie roß it diee, wenn α = 45, d = 5 und n =,5? (,65 ) Löunen 7-0. eben Sie eine phyikalihe Deutun für die eziehunen / > und / <!. Inforieren Sie ih über Aufbau und Wirkunweie i von Aue (inkl. Fehlihtikeit), hti it) Kaera, Diaprojektor und Polylux! (LeiFi) 3. Wie kann an bei Fernrohren eine Ukehrun de ilde erreihen? 4. *Eine Kleinbildkaera it Noralobjektiv (f = 50 ) it, auf eine Stativ befetit, a Straßenrand aufetellt. I rehten Winkel zu ihrer optihen Ahe fährt in der Entfernun ein Motorrad vorbei. ei einer elihtunzeit von /50 hinterlät ein harakteritiher Punkt de Motorradfahrer auf de entwikelten Fil eine Spur von 0,4 Läne. Entheiden Sie durh Rehnun, ob ih der Motorradfahrer an die Höhtehwindikeit von 50 k/h ehalten hat! Löun 5. Da Objektiv einer Kaera it f = 5 it auf eine Objektentfernun von 50 einetellt. In welhe Verhältni tehen ild- und Objektröße zueinander? (:9) 6. Wie weit u eine,75 roße Peron vo Objektiv (f = 5 ) einer Kleinbildkaera indeten entfernt ein, wenn ie auf eine 4 x 36 roßen Fil (Hohforat) volltändi abebildet werden oll? (,4 ) 7. Welhe rennweite u da Objektiv einer Kaera haben, wenn ein in 60 Entfernun befindliher eentand in natürliher röße abebildet werden oll?. e.: f = 5 e.: (6,67 ) = 3,5 = 9. e.: = e.: f (3 ) = 5 b (7,5 ) =,5 0.**e.: rehtwinklie leihhenklie Pria (leihte Kronla) Hypotenue = 0 α = 30 (fällt in der Mitte einer Kathete ein) e.: volltändier Strahlenverlauf (rehnerih und Zeihnun) Löun 7 Link Kreuzworträtel optihe Täuhunen Foreln Quellen Zentrale für Unterrihtedien Pitty LeiFi Phyik Applet von Walter Fendt Lindner: Phyikalihe Aufaben,. Auflae, VE Fahbuhverla Leipzi

6 Löunen zu 3. Löunen zu 4. Da Oriinal teht in F Da ild teht in F Die rennweite beträt 5. zu 5. b f 4,5 50 b 4,64 zu 6. E entteht ein virtuelle ild. b f b 5 3 b 7,5 ( 7,5) , rehun 6, , Totalreflexion 3 3 Löunen 7. Nein, wie ih an einer Zeihnun leiht zeien lät.. Man kann z.. rehtwinklie dreieitie Prien zur Ukehrun de Lihtwee nutzen x y r d tan r r tan 4,6 3,6 d 7, d,3 o x 5,67 x y in(45 ) y,65 x b Löunen zu 4. f ,0404 5,736 b 5,0 v t 0,05736 / 50 4,34 b 5,0 k 5,6 h NEIN! Löunen zu 0. α Läne der Kathete: a² + a² = 00 a = 7, (zu Zeihnen) rehunwinkel :,997 0 in in, ,3 α α α3 3 Einfallwinkel : = = 0 = (90 + ) = 5,7 = 64,3 Tet auf Totalreflexion: = 4,5 < Totalreflexion 3 = 0-5, = 9,3 = (ähnlihe Dreieke) < rehunwinkel 3 : 3 = =