2. Physikschulaufgabe

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1 Thema: Optik 1.0 Lichtausbreitung 1.1 Warum sehen wir Gegenstände, auch wenn sie selbst kein Licht aussenden? 1.2 Gib zwei wesentliche Eigenschaften des Lichts an. 1.3 Die Lichtausbreitung stellt man in der Optik modellhaft in Form von Lichtstrahlen dar. Wie wird ein Lichtstrahl auf dem Papier gezeichnet? 1.4 Welches sind 1 Lichtquellen, welches sind 2 beleuchtete Körper? Schreibe die richtige Ziffer in die Kreise. Sonne Autoscheinwerfer Fahrradrückstrahler LCD-Uhr Mond brennende Kerze Kometen Sterne Mars 1.5 Gib je drei Stoffe / Körper an mit den Eigenschaften: undurchsichtig: durchscheinend: durchsichtig: 1.6 Nenne zwei Himmelskörper die selbst leuchten und zwei, die nicht selbst leuchten. selbstleuchtend: nicht selbstleuchtend: RP_A0115 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0115) 1 (3)

2 2.0 Sonne, Mond und Erde; Licht und Schatten 2.1 Ein Gedicht von Theodor Storm trägt den Titel Mondlicht. Was Ist physikalisch unter Mondlicht zu verstehen? 2.2 Zeichne in die folgende Skizze die Erde, die Schattenbereiche und die Randstrahlen ein, die bei einer Sonnenfinsternis auftreten können. Beschrifte die Skizze. Erkläre den Unterschied zwischen einer totalen und einer partiellen Sonnenfinsternis. 2.3 Kreuze richtig an. Eine totale Sonnenfinsternis tritt nur auf bei Neumond Vollmond zunehmendem Mond abnehmendem Mond 2.4 Erkläre mit Hilfe einer Skizze und kurzer Beschreibung, warum eine totale Sonnenfinsternis nur auf einem kleinen Fleck der Erde sichtbar ist. RP_A0115 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0115) 2 (3)

3 2.5 Die beiden punktförmigen Lichtquellen L1 und L2 strahlen eine Platte an. Dabei entstehen auf einem Schirm die unten skizzierten Schattenbereiche. Bestimme zeichnerisch (durch Eintragen der Randstrahlen) die Lage der Platte. RP_A0115 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0115) 3 (3)

4 Thema: Optik 1.0 Lichtausbreitung 1.1 Kennzeichne die drei Lichtbündel mit dem jeweils zutreffenden Begriff. 1.2 Kreuze richtig an. Die Augen des Menschen sind: Lichtquellen Lichtempfänger Lichtquellen und Lichtempfänger in einem 1.3 Wovon ist die Lichtgeschwindigkeit abhängig? 1.4 Der Mond ist von der Erde im Mittel km entfernt. Wie lange benötigt das Licht für diese Strecke? RP_A0116 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0116) 1 (2)

5 2.0 Sonne, Mond und Erde; Licht und Schatten 2.1 In welcher Zeit dreht sich die Erde einmal um ihre eigene Achse? In welcher Zeit umkreist die Erde einmal die Sonne? 2.2 Bei welcher Mondphase ist der Mond nicht zu sehen? im Ganzen zu sehen? 2.3 Unter welchen Bedingungen kann eine totale Mondfinsternis beobachtet werden? Fertige eine Skizze an aus der die Stellung von Sonne, Mond und Erde hervorgeht. Die Schattenzonen und Randstrahlen müssen erkennbar sein. 2.4 Harte Schatten entstehen durch eine 2.5 In einem Versuchsaufbau strahlen zwei punktförmige Lichtquellen einen undurchsichtigen Gegenstand an. Konstruiere das Schattenbild bis zum Schirm. Kennzeichne und beschreibe die verschiedenen Schattenbereiche. RP_A0116 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0116) 2 (2)

6 Thema: Optik 1.0 Lichtausbreitung 1.1 Licht breitet sich von einer Lichtquelle folgendermaßen aus: a) b) c) 1.2 Gib an, wie in der Optik die Modellvorstellung eines Lichtstrahls aussieht. 1.3 Wodurch sind auf einer Zeichnung Lichtbündel begrenzt? 1.4 Punktförmige Lichtquellen erzeugen Lichtbündel. 1.5 Sonnenlicht erreicht die Erde nahezu als, weil die 1.6 Wo und zu welchem Zweck werden Milchglasscheiben eingesetzt. Gib zwei Beispiele an Das Licht einer Taschenlampe zeigt nebenstehenden Verlauf. Kreuze die Ursache an: Die Batterien sind sehr schwach. Das Licht wird durch ein Magnetfeld abgelenkt. Das Licht hat sehr starken Gegenwind. Das Licht verläuft nur geradlinig, die Zeichnung ist unmöglich. 1.8 Was kann mit Licht geschehen, wenn es auf einen Körper auftrifft? a) Licht kann b) Licht kann RP_A0117 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0117) 1 (2)

7 2.0 Licht und Schatten, Sonne Mond und Erde 2.1 Eine punktförmige Lichtquelle beleuchtet einen Körper. Sein Schatten fällt auf einen Schirm. Kreuze Richtiges an. Das Schattenbild wird kleiner, wenn man: Die Lichtquelle zum Körper hin verschiebt Die Lichtquelle vom Körper weg verschiebt Den Körper zum Schirm hin verschiebt Den Körper zur Lichtquelle hin verschiebt Den Schirm vom Körper weg verschiebt Den Schirm zum Körper hin verschiebt 2.2 Zeichne in die folgende Skizze die beiden punktförmigen Lichtquellen ein, die den gegebenen Schattenbereich erzeugen. Ergänze die Randstrahlen, benenne die Schattenzonen. 2.3 Überprüfe den Wahrheitsgehalt folgender Aussagen. Schreibe W für eine wahre Aussage und F falls die Aussage falsch ist. Bei Vollmond wird die halbe Mondoberfläche von der Sonne angestrahlt Bei Neumond wird die Mondoberfläche von der Sonne nicht angestrahlt Bei Halbmond wird die Mondoberfläche von der Sonne nicht angestrahlt Bei einer Sonnenfinsternis steht der Mond zwischen Erde und Sonne Bei einer Mondfinsternis steht die Erde zwischen Sonne und Mond Eine Mondfinsternis kann sich bei Neumond ereignen RP_A0117 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0117) 2 (2)

8 Thema: Optik 1.0 Lichtausbreitung 1.1 Nenne zwei Voraussetzungen, damit man einen Körper sehen kann 1.2 Wodurch können Lichtquellen Licht aussenden 1.3 Ein Lichtbündel kann man von der Seite nicht sehen. Wie kann es sichtbar gemacht werden? Begründung! 1.4 Mittags brennt die Sonne auf einen klaren, sehr tiefen Bergsee. Warum ist es in einer Wassertiefe von 100 Metern trotzdem stockdunkel? 1.5 Der Volksmund spricht vom stechenden Blick oder einen Blick darauf werfen. Von welcher falschen Annahme gehen diese Redensarten aus? 1.6 Wie weit ist die Erde von der Sonne entfernt, wenn ihr Licht zu uns 500 s lang unterwegs ist? Berechne! RP_A0118 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0118) 1 (3)

9 2.0 Licht und Schatten, Sonne Mond und Erde 2.1 Zwischen dem Schirm und einer Lichtquelle befindet sich eine lichtundurchlässige Steinplatte entsprechend der nebenstehenden Skizze. a) Zeichne die Anordnung im Maßstab 1 : 1. Wie groß ist der Schatten auf dem Schirm? b) Wie ändert sich die Größe des Schattenbildes, wenn die Lichtquelle von der Steinplatte weggeschoben wird? 2.2 Um welche Ereignisse handelt es sich bei Bild 1 und Bild 2? Ereignis: Ereignis: RP_A0118 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0118) 2 (3)

10 2.3 Anton, Berta und Emma gehen abends am Kirchberg in Helmbrechts spazieren. Dort steht ein runder Turm, der von zwei Scheinwerfern S angestrahlt wird. Ergänze in der folgenden Zeichnung die Schattenbereiche, benenne sie und gib an, wer von den drei Personen am stärksten und wer am schwächsten beleuchtet wird Beschreibe mit Hilfe einer Zeichnung, welche Konstellation Sonne, Erde und Mond haben müssen, damit eine partielle Mondfinsternis beobachtet werden kann. RP_A0118 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0118) 3 (3)

11 Thema: Optik 1.0 Reflexion 1.1 Wie lautet das Reflexionsgesetz für ebene Spiegel? Erstelle zur Erklärung eine vollständig beschriftete Zeichnung. 1.2 Je nach Lage von (ebenem) Spiegel, Gegenstand und Beobachter kann das Spiegelbild von einem Gegenstand vertauscht sein. Kreuze an. O links und rechts, oder O vorn und hinten, oder O oben und unten 1.3 Zeichne alle Lichtstrahlen, die von der punktförmigen Lichtquelle L ausgehen und zum Punkt A gelangen. (siehe Zeichnung rechts). RP_A0119 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0119) 1 (4)

12 2.0 Lichtbrechung, Totalreflexion Realschule 2.1 Die folgende Zeichnung stellt den Verlauf eines Lichtstrahls von einem optischen Medium in ein anderes dar. Vervollständige die Zeichnung und nenne die physikalischen Folgerungen, die sich aus dem Verlauf des Lichtstrahls ergeben. 2.2 Es wurde bei verschiedenen Materialien die Abhängigkeit des Brechungswinkels vom Einfallswinkel untersucht. Hierbei ergab sich folgendes Diagramm. Erläutere, was sich anhand des Diagramms ablesen lässt. Wie verhält sich ein Lichtstrahl beim Übergang von Diamant in Glas? (Begründung). RP_A0119 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0119) 2 (4)

13 2.3 Erkläre anhand der Lichtleitung in einer Glasfaser das Phänomen der Totalreflexion. RP_A0119 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0119) 3 (4)

14 3.0 Dispersion 3.1 Was versteht man unter Spektralfarben? 3.2 Nenne eine Spektralfarbe, die zum nicht-sichtbaren Bereich gehört. Wie nehmen wir diese Farbe mit unseren Sinnen wahr? 3.3 Erkläre, unter welchen Voraussetzungen ein Regenbogen entsteht. RP_A0119 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0119) 4 (4)

15 Thema: Optik 1.0 Reflexion 1.1 Erläutere den Begriff diffuse Reflexion. Welche Bedeutung besitzt die diffuse Reflexion für unseren Alltag? 1.2 Ergänze die fehlenden Würfelaugen. (Gegenüberliegende Augen haben immer die Summe 7) 1.3 Nenne drei Eigenschaften, die das Spiegelbild eines Gegenstandes bei einem ebenen Spiegel hat. RP_A0120 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0120) 1 (3)

16 2.0 Brechung, Totalreflexion 2.1 Beim Durchgang eines Lichtstrahls durch die Grenzschicht zweier Medien erhält man den Brechungswinkel 30. Der Einfallswinkel ist 55. Berechne mit Hilfe der Halbsehnenmethode die Brechzahl n. 2.2 Überprüfe den Wahrheitsgehalt folgender Aussagen. Schreibe W für eine wahre Aussage und F falls die Aussage falsch ist. Beim Übergang ins optisch dünnere Medium kann Totalreflexion auftreten. Mit wachsendem Einfallswinkel wird der Brechungswinkel kleiner. Die Lichtgeschwindigkeit ist in Glas höher als in Luft. Der Wert einer Brechzahl hängt von den optischen Medien ab Beim Grenzwinkel der Totalreflexion beträgt der Brechungswinkel 90 RP_A0120 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0120) 2 (3)

17 3.0 Dispersion 3.1 Was versteht man unter dem Begriff kontinuierliches Spektrum? Wodurch kann es sichtbar gemacht werden? 3.2 Was versteht man unter dem Begriff monochromatisches Licht? Mehrere Antworten sind möglich. O weißes Licht. O Licht einer bestimmten Wellenlänge. O Licht einer Mischfarbe. O Licht mit einer Spektralfarbe. O Einfarbiges Licht, das sich mit einem Glasprisma weiter zerlegen lässt. 3.3 Kreuze wahre Aussagen an. O Infrarot ist eine der Spektralfarben. O Ultraviolettes Licht hat die höchste Frequenz im Spektrum. O Braun ist eine Spektralfarbe mit niedriger Wellenlänge. O Weißes Licht ist ein Mischlicht. O Das Auge des Menschen kann UV-Licht wahrnehmen. RP_A0120 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0120) 3 (3)

18 Thema: Optik 1.0 Reflexion 1.1 Konstruiere (Geodreieck) den Verlauf des Lichtbündels, das von der punktförmigen Lichtquelle L ausgeht und am Spiegel reflektiert wird. 1.2 Woran erkennt man das virtuelle Bild bei einer Abbildung am ebenen Spiegel? 1.3 Landvermesser nutzen für ihre Arbeit im Gelände u.a. den Winkelspiegel. Ein Lichtstrahl fällt im Punkt A unter 30 zum Lot auf den Spiegel. Konstruiere den Strahlengang in nebenstehender Zeichnung (Geodreieck). Unter welchem Winkel kreuzen sich Einfallsstrahl und Reflexionsstrahl? RP_A0121 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0121) 1 (3)

19 2.0 Brechung, Reflexion Realschule 2.1 Was versteht man unter Lichtbrechung? Unter welchen Voraussetzungen tritt sie auf? 2.2 Ein Lichtstrahl trifft im Punkt A auf die ruhige Oberfläche in einem wassergefüllten Becken. Der Beckenboden ist verspiegelt. Zeichne sauber und genau den Verlauf des Lichtwegs. Einfallswinkel: 30 ; Brechungswinkel: Ergänze den Strahlenverlauf durch die planparallele Glasplatte für 30. Zeichne sauber und genau! Wie groß ist die Parallelverschiebung a des Lichtstrahls beim Durchgang durch die planparallele Glasplatte? RP_A0121 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0121) 2 (3)

20 3.0 Dispersion, Lichtstrahlung 3.1 Was versteht man in der Physik unter Dispersion? Warum tritt sie auf? 3.2 Welche Bedeutung hat das im Sonnenlicht enthaltene UV-Licht für den Menschen? Nenne zwei wesentliche Eigenschaften. 3.3 Was versteht man unter dem Lichtschutzfaktor einer Sonnencreme? RP_A0121 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0121) 3 (3)

21 Thema: Optik 1.0 Reflexion 1.1 Emma steht vor Ihrem Garderobenspiegel. Ihr Spiegelbild das sie betrachtet, zeigt sie vom Hut, den sie auf dem Kopf trägt, bis zu ihren Knien. Emma entfernt sich nun 2 m vom Spiegel, sie sieht sich aber noch genauso darin. Wie ändert sich ihr Spiegelbild? Gib eine Begründung. 1.2 Wo muss man auf dem Tisch einen Spiegel platzieren, damit man den Gegenstand G vollständig sieht? Wie lang muss der Spiegel mindestens sein? Ergänze die Zeichnung entsprechend. 1.3 Im abgebildeten grauen Kasten ist ein Spiegel angebracht. Ergänze den Strahlenverlauf und zeichne eine mögliche Position des Spiegels ein. Hinweis: Einfallender und reflektierter Strahl haben einen Winkel von 90. RP_A0122 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0122) 1 (3)

22 2.0 Brechung, Totalreflexion 2.1 Wann tritt Totalreflexion auf? 2.2 In einem Versuch geht Licht von Luft in Glas über. Die Einfallswinkel und die zugehörigen Brechungswinkel wurden gemessen und in folgender Tabelle notiert ,5 Stelle die Ergebnisse graphisch dar. Bestimme mit Hilfe der graphischen Darstellung den Grenzwinkel der Brechung für diesen Versuch. 2.3 Durch ein Glasprisma verläuft ein schmales, einfarbiges Lichtbündel. Welches Bild zeigt den richtigen Lichtweg? Begründung angeben! Bild Nr.:.. RP_A0122 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0122) 2 (3)

23 3.0 Dispersion 3.1 Was ist der Grund dafür, dass weißes Licht beim Durchgang durch ein Prisma in seine farbigen Anteile aufgefächert wird? 3.2 Welche Farben / Strahlen sind nicht mit dem bloßen Auge wahrnehmbar? 3.3 Wie können die nicht-sichtbaren Farben aus 3.2 nachgewiesen werden? 3.4 Welcher bedeutende Mathematiker und Naturwissenschaftler des 17. Jahrhunderts zerlegte das Sonnenlicht an einem Glasprisma und wies damit nach, dass sich Sonnenlicht in eine Vielzahl von Einzelfarben zerlegen lässt? RP_A0122 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0122) 3 (3)

24 Thema: Optik 1.0 Reflexion 1.1 Von der Stelle P aus soll ein Bild von einer Person betrachtet werden können. Direkt kann die Person das Bild nicht sehen weil ein Schrank dazwischen steht. Konstruiere mit dem Geodreieck die Lage und die Größe eines Spiegels die er mindestens haben muss damit das Bild vollständig sichtbar wird. 1.2 James möchte sich in einem Spiegel vollständig betrachten können. Zeichne den Strahlengang, die Lage und die Mindestgröße des Spiegels ein. Hinweis: Um das Ergebnis möglichst eindeutig zu bekommen, wurde eine senkrechte Linie a mit einem Punkt als Augenhöhe von James eingezeichnet. Gehe bei der Konstruktion des Strahlengangs von dieser senkrechten Linie aus. Welche Höhe hat der Spiegel, wenn James 186 cm groß ist? Wie weit steht James vom Spiegel weg, wenn er sein Spiegelbild in 3,20 m Entfernung sieht? Sieht sich James immer noch vollständig im Spiegel, wenn er 2 m zurück tritt? RP_A0123 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0123) 1 (3)

25 2.0 Brechung 2.1 Ein dünnes Lichtbündel geht von Luft in Bleikristall (n 2) über. Der Einfallswinkel beträgt 50. Wie groß ist der Brechungswinkel? Löse die Aufgabe mit Hilfe der Halbsehnenmethode. 2.2 Berechne die Ausbreitungsgeschwindigkeit c 1 von Licht im Bleikristall (n 2). 2.3 Kann ein Lichtstrahl folgenden Verlauf haben? Falls ja, dann setze ein L für Luft und G für Glas an die richtige Seite; Falls nein, schreibe N in die Zeichnung. RP_A0123 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0123) 2 (3)

26 2.4 Kreuze alle richtigen Aussagen an. Unser Auge ist ein Lichtempfänger Erscheint uns die Oberfläche eines Körpers weiß, so absorbiert sie viel Licht Erscheint uns die Oberfläche eines Körpers schwarz, so absorbiert sie viel Licht Um in die Weite sehen zu können, sendet unser Auge Sehstrahlen aus. Trifft ein Lichtstrahl auf einen Gegenstand, so kann er von seinem geradlinigen Weg abweichen. Der Lichtstrahl ist unsichtbar. Wir nehmen Gegenstände mit unserem Auge immer wahr, wenn unsere Augen auf den Gegenstand gerichtet sind. Lichtstrahlen treten in der Natur auf. In der Natur kommen nur Lichtbündel vor. Lichtstrahlen sind eine Modellvorstellung. Das Reflexionsgesetz besagt: Der Einfallswinkel ist größer als der Ausfallwinkel. Das Reflexionsgesetz besagt: Der Ausfallswinkel ist genauso groß wie der Einfallswinkel. Das Reflexionsgesetz besagt: Einfallswinkel und Ausfallswinkel liegen in einer gemeinsamen Ebene. Die Reflexion des Lichts an einer rauen Oberfläche wird diffus genannt. Glas ist optisch dünner als Luft. Ein Lichtstrahl wird vom Lot weggebrochen, wenn er vom optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres gelangt. Ein Lichtstrahl wird zum Lot hin gebrochen, wenn er vom optisch dünneren Medium in ein optisch dichteres gelangt. Ein Lichtstrahl wird vom Lot weggebrochen, wenn er vom optisch dünneren Medium in ein optisch dichteres gelangt. Licht besteht aus kleinsten Teilchen, jedoch ohne Masse. Die Aufspaltung des Sonnenlichts in ein Farbspektrum wird Absorption genannt. Je größer die Wellenlänge einer Spektralfarbe, umso geringer ist ihre Brechung. Grün hat eine kleinere Wellenlänge als rot. UV-Licht liegt im nicht-sichtbaren Bereich; wir nehmen dieses Licht als Wärmestrahlung wahr. Dispersion ist der physikalische Begriff für die Zerlegung von Sonnenlicht in sein Farbspektrum an einem Prisma. RP_A0123 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0123) 3 (3)

27 Thema: Optik 1.0 Reflexion 1.1 Ebener Spiegel: Warum erscheinen uns die Spiegelbilder von Gegenständen im Allgemeinen kleiner als das Original, obwohl doch das Spiegelbild genau so groß ist wie der Gegenstand? 1.2 Unter einer Abdeckung ist ein Spiegel angebracht. Abdeckung Zeichne den Strahlenverlauf bis zum Spiegel und konstruiere mit dem Geodreieck seine Lage. Die Länge des Spiegels ist frei wählbar. 1.3 Mit einer Laser-Wasserwaage sollen die beiden Stangen S1 und S2 anvisiert werden. Das Licht vom Laser L soll an einem Spiegel, der an der Wand befestigt wird, reflektiert werden, weil das direkte Anstrahlen nicht möglich ist. Der Spiegel ist in der gegebenen Zeichnung 2 cm lang. Konstruiere den Strahlenverlauf und zeichne den Spiegel an der Wand so ein, dass die beiden Säulen (über den Spiegel) mit dem Laser angestrahlt werden können. RP_A0124 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0124) 1 (3)

28 2.0 Brechung 2.1 Robinson möchte mit seinem Speer im 1m tiefen aber ruhigen Wasser einer Lagune auf Fischfang gehen. Ein Fisch, den er am Meeresboden sieht, soll in seiner Bratpfanne enden. Robinson wirft einen Speer in Blickrichtung zum Fisch ins Wasser. Zeichne den Fisch dort ein, wo er sich a) tatsächlich aufhält b) scheinbar befindet Brechungswinkel Luft-Wasser: 30 c) Welchen Vorteil hätte Robinson gehabt, wenn er mit einer Laserharpune auf Fischfang gehen könnte? 2.2. Auf einen halbzylindrischen Glaskörper fallen drei schmale Lichtbündel so, dass sie sich genau im Mittelpunkt der Kreislinie treffen. Skizziere jeweils den Verlauf der Lichtbündel im und außerhalb des Glaskörpers. Begründe dein Ergebnis. Brechungswinkel Glas Luft: 52 RP_A0124 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0124) 2 (3)

29 2.3 Das folgende Diagramm zeigt, wie die Ausfallswinkel (= Brechungswinkel) von Wasser und Glas vom jeweiligen Einfallswinkel in Luft abhängen, Zeichne unter Verwendung des Diagramms den weiteren Verlauf des Lichtstrahls in der Abbildung unten. Gib die Größe der Winkel an. RP_A0124 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0124) 3 (3)

30 Thema: Optik 1.0 Licht und Schatten, Reflexion 1.1 Ein Stall und ein Silo werden von zwei Leuchten angestrahlt. Kennzeichne (mit Beschriftung und Farbe) die Stellen an der Stallwand, die am hellsten und die Stellen, die am dunkelsten sind. 1.2 An einer Wand des Zimmers hängt ein Spiegel. a) Bestimme zeichnerisch den Raumausschnitt, den eine Person A im Spiegel einsehen kann (markiere ihn farbig). b) Wie müsste der Spiegel mindestens verlängert werden, damit die Person A auch die Vase sehen kann? Zeichne die notwendigen Randstrahlen ein. RP_A0125 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0125) 1 (3)

31 1.3 Im Verlauf einer Gerichtsverhandlung legt der Verteidiger des Angeklagten A eine Skizze vor, aus der ersichtlich sein soll, dass Herr A vom Polizisten P beim Aufbrechen eines Fahrzeugs überhaupt nicht gesehen werden konnte. Widerlege oder bestätige mit Hilfe der Zeichnung die Ansicht des Verteidigers. Es war dem Polizisten P möglich, in der spiegelnden Schaufensterscheibe den Angeklagten A zu sehen. 2.0 Brechung, Totalreflexion 2.1 In nebenstehender Zeichnung ist der Verlauf eines Lichtstrahls für ein Medienpaar M1/M2 dargestellt. Welches Medium ist das optisch dichtere? Begründung! Bestimme die Brechzahl n für dieses Medienpaar. RP_A0125 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0125) 2 (3)

32 2.2 Vervollständige den Strahlenverlauf in nebenstehender Zeichnung für 45 Wie wird ein Lichtstrahl durch eine planparallele Platte abgelenkt? Nenne drei Beispiele aus dem Alltag für eine planparallele Platte. 2.3 Konstruiere den Weg eines Lichtstrahls, der von links mit dem Einfallswinkel 1 40 im Punkt A auf ein Glasprisma trifft. Die weiteren Winkel für den Lichtweg sind: 1 25 ; 2 35 ; Was versteht man unter dem Begriff: brechender Winkel am Prisma? Gib die Größe der Gesamtablenkung an und trage diesen Winkel in die Zeichnung ein. RP_A0125 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0125) 3 (3)

33 Thema: Optische Linsen, Bildkonstruktion 1. Konstruiere das Bild B des gegebenen Pfeils G mit Hilfe der drei Hauptstrahlen. Ergänze und beschrifte deine Zeichnung vollständig. Arbeite sauber und genau! 2. Wie verhalten sich die Hauptstrahlen der Lichtquelle beim Durchgang durch eine Sammellinse? 3. Welche Einschränkungen müssen gemacht werden, damit der Strahlenverlauf in Aufgabe 2 gilt? 4. Was versteht man unter Brennpunkt, was unter Brennweite einer Sammellinse? RP_A0126 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0126) 1 (2)

34 5. Nachfolgend sind mehrere Linsenformen im Schnitt dargestellt. a) Welche Linsentypen wirken als Sammellinsen, welche als Zerstreuungslinsen? Sammellinsen Nr.: Zerstreuungslinsen Nr.: b) Weise jeder Linsenform den richtigen Begriff zu: plankonvex, plankonkav, bikonvex, bikonkav, konkavkonvex, konvexkonkav 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 6. Ein achsenparalleles Lichtbündel trifft auf eine symmetrische Bikonvexlinse. Ihre Brennweite ist f 3,5cm. Zeichne den Verlauf des Lichtbündels vor und hinter der Linse. Für die Zeichnung soll das Lichtbündel 4 cm breit sein RP_A0126 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0126) 2 (2)

35 Thema: Optische Linsen, Bildkonstruktion 1. a) Im Verkaufskatalog ist neben der Abbildung einer Linse angegeben: f 125mm. Was bedeutet diese Angabe? b) Wie kann mit einfachen Mitteln nachgeprüft werden, ob der Wert für f in Aufgabenteil a) ungefähr stimmt? 2. Beantworte jede Frage mit wahr (W) oder falsch (F). Konvexlinsen sind Sammellinsen Zerstreuungslinsen sind in der Mitte dicker als am Rand Sammellinsen haben einen realen Brennpunkt Zerstreuungslinsen haben einen scheinbaren Brennpunkt Auftreffendes paralleles Licht sammelt sich nach dem Durchgang durch eine Bikonkavlinse in einem Punkt Sammellinsen sind am Rand dünner als in der Mitte 3. Benenne die folgenden Linsen genau. RP_A0127 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0127) 1 (2)

36 4. Konstruiere das Bild des Gegenstandes (Pfeil). Die Brennweite der symmetrischen Sammellinse ist 3,0 cm. Benenne die verwendeten Strahlen. 5. Ein 1,0 cm hoher Gegenstand G steht 2,5 cm vor einer Sammellinse deren Brennweite 4,0 cm. ist. Konstruiere das Bild von G mit Hilfe von Parallelstrahl, Mittelpunktstrahl und Brennpunktstrahl. Gib die Bildweite b sowie die Bildgröße B durch messen der entsprechenden Längen an. Bildweite: b Bildgröße: B Kreuze die richtige Antwort zu obiger Konstruktion an. O Das Bild B ist reell O Das Bild ist virtuell RP_A0127 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0127) 2 (2)

37 Thema: Optische Linsen, Bildkonstruktion 1.0 Gegeben ist eine Sammellinse mit der Brennweite f 3,0cm. 1.1 Zeichne die Abbildung eines 2,0 cm hohen Gegenstandes (Pfeil) durch diese Sammellinse. Die Gegenstandsweite beträgt 5,0 cm. Beschrifte deine Zeichnung vollständig. 1.2 Gib drei wesentliche Eigenschaften des entstandenen Bildes an. 1.3 Miss aus der Zeichnung die Bildweite und die Bildgröße ab und gib die Werte an. Bildweite: Bildgröße: 2.1 Benenne vier Unterschiede zwischen Konvex- und Konkavlinsen. Konvexlinsen Konkavlinsen Linsentyp Bauform Verlauf der Lichtstrahlen Brennpunkte 2.2 Unter welcher Bedingung erhält man bei der Abbildung durch eine Sammellinse ein virtuelles Bild? Nenne dazu ein Beispiel aus dem Alltag. RP_A0128 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0128) 1 (2)

38 3.0 Ein achsenparalleles Lichtbündel trifft auf eine symmetrische Linse. Ihre Brennweite ist f 3,5cm. 3.1 Um welche Art von Linse handelt es sich in diesem Fall? 3.2 Skizziere eine entsprechende Linse mit ihren Brennpunkten. Zeichne den Verlauf des Lichtbündels vor und hinter der Linse. Für die Zeichnung soll das parallele Lichtbündel 3 cm breit sein. 4. Welche Linsentypen kann man verwenden, wenn ein Parallellichtbündel konvergent verlaufen soll? Benenne die Linsentypen genau. 5.1 Welchen Einfluss hat der Krümmungsradius der Linsenoberfläche auf die Brennweite einer Sammellinse? 5.2 Zwei maßlich identische Linsen haben unterschiedliche Brennweiten. Woran kann dies liegen? Welche der beiden Linsen hat die kleinere Brennweite? 5.3 Eine Lupe kann auch als Brennglas eingesetzt werden. Erkläre! RP_A0128 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0128) 2 (2)

39 Thema: Optische Linsen, Bildkonstruktion 1.0 Mit Hilfe einer dünnen Konvexlinse ( f 2,5cm) soll ein 1,5 cm hoher Gegenstand (Pfeil) auf einem Schirm vergrößert abgebildet werden. 1.1 Wo muss sich der Gegenstand in Bezug zur Linse befinden? 1.2 Zeichne den Strahlenverlauf (zwei Hauptstrahlen genügen) und beschrifte deine Zeichnung ausreichend. 1.3 Gib die Eigenschaften des auf dem Schirm entstandenen Bildes an. 2. Ein 4 cm großer Gegenstand wird über eine Sammellinse ( f 5cm) auf einem Schirm abgebildet. Der Gegenstand ist 25 cm von der Linsenebene H entfernt. Berechne die Bildweite b sowie die Bildgröße B. RP_A0129 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0129) 1 (3)

40 3.0 Gegeben ist eine Linse der Brennweite f 30mm. Auf einen Schirm S soll ein möglichst scharfes Bild eines Dias D projiziert werden. Das Dia und der Schirm können nach links oder rechts verschoben werden, die Linse jedoch nicht. Hinweis: Die folgende Zeichnung ist ca. 10% verkleinert. 3.1 Das Dia ist zunächst g 7cm von der Linsenebene H entfernt. Wo muss der Schirm platziert werden, um ein scharfes Bild zu erhalten? Zeichne die Stelle ein. Zwischen welchen markanten Punkten liegt diese Schirmposition? 3.2 Welche Größe B hat das in 3.1 projizierte Bild auf dem Schirm, wenn man es mit der Größe G des Dias vergleicht? 3.3 Das in 3.1 projizierte Bild des Dias ist zu klein um es von weitem zu betrachten. Wie muss man vorgehen, um ein größeres Bild auf dem Schirm zu erhalten? 3.4 In welcher Entfernung des Dias von der Linse erhält man kein scharfes Bild auf dem Schirm? 3.5 Ist das Dia genau 6 cm von der Linse entfernt ( g 6cm), erhält man ein besonderes Bild. Beschreibe diese Situation genauer. RP_A0129 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0129) 2 (3)

41 Thema: Das Auge des Menschen 4.1 Benenne die Teile des menschlichen Auges Was versteht man beim menschlichen Auge unter Akkommodation? RP_A0129 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0129) 3 (3)

42 Thema: Optische Linsen, Bildkonstruktion 1. Welche Auswirkungen hat es auf ein paralleles Lichtbündel, wenn es auf eine Konvex- bzw. auf eine Konkavlinse trifft? Konvexlinse (Sammellinse): Konkavlinse (Zerstreuungslinse): 2. Abbildung eines Gegenstandes G durch eine Linse der Brennweite f. Bestimme durch Konstruktion die fehlenden Stücke in folgender Tabelle. Miss diese Längen in deiner Zeichnung ab und trage sie in die Tabelle ein. Linsentyp f G g B b das Bild ist a) Sammellinse 1,5 cm 1,0 cm 2,5 cm reell b) Sammellinse 2,5 cm 1,0 cm 2,0 cm reell c) Zerstreuungslinse - 4,5 cm 1,0 cm 2,0 cm virtuell d) Sammellinse 3,0 cm 1,0 cm 1,5 cm virtuell e) Sammellinse 1,0 cm 3,0 cm 6,0 cm reell f) Sammellinse 1,0 cm 3,0 cm 6,0 cm virtuell a) RP_A0130 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0130) 1 (3)

43 b) c) d) e) RP_A0130 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0130) 2 (3)

44 f) Thema: Das Auge des Menschen 3.0 Die nebenstehende Skizze zeigt einen Augapfel, bei dem sich parallel ankommende Lichtstrahlen nicht auf der Netzhaut treffen weil der Augapfel zu lang ist. 3.1 Um welche Art der Fehlsichtigkeit handelt es sich hierbei? Erkläre! 3.2 Mit welchem Linsentyp (Brille) könnte man den Fehler korrigieren? 4. Was ist die Pupille eines Auges und welche Aufgabe hat sie? 5. Warum erkennt man in der Nacht bei wenig Licht keine Farben? RP_A0130 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0130) 3 (3)

45 Thema: Optische Linsen, Bildkonstruktion 1. Im Abstand von 8,5 cm vor einer dünnen Konvexlinse mit f 3,0cm befindet sich ein 2,5 cm hoher beleuchteter Gegenstand (Pfeil). Konstruiere das Bild des Gegenstands sofern es existiert. 1.2 Wann entstehen bei der Abbildung an Sammellinsen virtuelle Bilder und wann entstehen gar keine Bilder? 1.3 Was versteht man unter dem Abbildungsmaßstab? 1.4 Wie lautet die Linsenformel? 1.5 Gib die Formel und die Einheit für den Brechwert einer Linse (Brille) an. RP_A0131 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0131) 1 (3)

46 Thema: Das Auge des Menschen Realschule 2.1 Skizziere vereinfacht den Strahlengang im Auge bei einem Menschen, der weitsichtig ist. Erkläre kurz! 2.2 Mit welchem Linsentyp (Brille) könnte man den Fehler korrigieren? 2.3 Welche Brennweite besitzt eine Linse mit +2 dpt? Um welchen Linsentyp handelt es sich dabei? 2.4 Was versteht man unter dem Sehwinkel? Beantworte mit Hilfe einer Skizze. RP_A0131 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0131) 2 (3)

47 2.5 Fülle die Lücken zum Thema Sehwinkel: Je kleiner der Sehwinkel, desto Je größer die Gegenstandsweite, desto Je größer der Gegenstand, desto das Bild auf der Netzhaut. das Bild auf der Netzhaut. das Bild auf der Netzhaut. 2.6 Was versteht man beim menschlichen Auge unter dem gelben Fleck? 2.7 Was versteht man beim menschlichen Auge unter dem blinden Fleck? 2.8 Wie nennt man die Bestandteile der Netzhaut, die für das Sehen zuständig sind? Worin unterscheiden sich diese Bauteile des Sehens? 2.9 Ist das Bild auf der Netzhaut eines menschlichen Auges - seitenverkehrt? - kopfstehend? - beides, also seitenverkehrt und kopfstehend? RP_A0131 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0131) 3 (3)

48 Thema: Optische Linsen und Instrumente; Das Auge des Menschen 1. Vervollständige die nachfolgenden Sätze, damit sich eine sinnvolle physikalische Aussage (für eine Sammellinse) ergibt. a) Sieht man mit einer Sammellinse nur ein virtuelles Bild, so befindet sich der Gegenstand b) Ist der Gegenstand sehr weit von der Linse entfernt, so erhält man auf dem Schirm c) Verkleinert man die Bildweite, so bedeutet dies für die Gegenstandsweite, d) Das Bild ist ebenso groß wie der Gegenstand, wenn dieser e) Erhält man ein vergrößertes, reelles Bild, so befindet sich der Gegenstand f) Ist das Bild genauso weit von der Linse entfernt wie der Gegenstand, so erhält man g) Ist der Gegenstand von der Linse genau die doppelte Brennweite entfernt, so ist das Bild 2. Der größere der beiden Pfeile ist das Bild eines Gegenstandes während einer optischen Abbildung. a) Bestimme durch Konstruktion die Brennpunkte der Linse. RP_A0132 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0132) 1 (3)

49 b) Handelt es sich beim Bild des Pfeils in Aufgabe a) um ein reelles oder um ein virtuelles Bild? Begründe kurz! 3. Berechne den Brechwert für eine Linse a) mit der Brennweite 20 cm. b) mit der Brennweite 50 cm. 4. Berechne die Brennweite für eine Linse a) mit einem Brechwert von 2,5 dpt b) mit einem Brechwert von 2,0 dpt 5. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Bildentstehung zwischen einem einfachen Fotoapparat und dem menschlichen Auge. RP_A0132 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0132) 2 (3)

50 6. Weshalb kann man mit einem Fernrohr entfernte Objekte vergrößert sehen? 7. Welche Art von Bildern liefert ein Kepler sches Fernrohr? 8. Wodurch wird der Sehwinkel verändert? Worauf hat der Sehwinkel seinerseits Einfluss? 9.1 Wo im Auge wird das einfallende Licht in Zapfen und Stäbchen aufgenommen? 9.2 Wodurch reguliert das Auge die eintretende Lichtmenge? 9.3 Was bedeutet beim Auge akkommodieren? 9.4 Wie wird beim Auge die Stelle des schärfsten Sehens genannt? 9.5 Welcher Wert ist beim Auge immer gleich, die Bildweite oder die Brennweite? Kurze Begründung! RP_A0132 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0132) 3 (3)

51 Thema: Optik 1. Nenne drei der wichtigsten Bauteile eines einfachen Fotoapparats. 2. Welchen Vorteil haben größere Objektivdurchmesser bei einem Fernrohr? 3. Welche Arten von Linsen werden in einem astronomischen Fernrohr verwendet. Gib auch ihre Hauptmerkmale und die Anordnung an. 4.1 Berechne den Abstand zwischen Objektivlinse und Okularlinse bei einem astronomischen Fernrohr, für f Objektiv 2,50m und f Okular 50mm. 4.2 Berechne die Vergrößerung V des Fernrohrs mit den Daten von Aufgabe Welche Auswirkungen auf das Sehen hat eine Sammellinse bei Verwendung als Lupe? RP_A0133 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0133) 1 (3)

52 6.0 Max sieht Gegenstände die vor ihm liegen nur unscharf. 6.1 Unter welcher Fehlsichtigkeit leidet Max? 6.2 Mit welchem Linsentyp für eine Brille kann seine Fehlsichtigkeit korrigiert werden? 6.3 Welche Ursache könnte die Fehlsichtigkeit haben? RP_A0133 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0133) 2 (3)

53 7.0 Fragen zur Optik soweit das Auge reicht 7.1 Überprüfe den Wahrheitsgehalt folgender Aussagen. Schreibe w für eine wahre Aussage und f falls die Aussage falsch ist. Licht breitet sich geradlinig und in alle Richtungen aus. Punktförmige Lichtquellen ergeben eine scharfe Schattenbildung. Reflektoren senden Licht nach allen Seiten aus. Reflektoren kann man auch als Scheinwerfer bezeichnen. Unsere Augen sind nur bei Tage Lichtempfänger. Heiße Körper können Licht aussenden. Wir können Gegenstände sehen, wenn unser Auge Licht auf sie wirft. Reflektoren senden Licht in das Auge eines Beobachters. Licht kann zu jeder Zeit wahrgenommen werden. Himmelskörper die selbst leuchten sind Planeten und Sterne. Merkur und Venus gehören zu den nichtselbstleuchtenden Himmelskörpern. Konvexlinsen sammeln das Licht. Sie sind in der Mitte dicker als am Rand. Lichtbündel die durch eine Bikonkavlinse laufen, werden divergent. Durch Linsen erzeugte reelle Bilder sind immer seitenverkehrt. Eine konvex-konkave Linse ist eine Sammellinse. Nur Sammellinsen erzeugen Bilder, die auf einem Schirm aufgefangen werden können. Zerstreuungslinsen liefern ausschließlich virtuelle Bilder. Ein menschliches Auge hat immer eine konstante Bildweite. Das menschliche Auge hat eine konstante Brennweite. Die Iris kann sich verformen und damit die Augenlinse zusammenziehen. Wir steuern die Iris unbewusst durch die Helligkeit, die ins Auge fällt. Für die Größe des Sehwinkels ist auch die Entfernung des Objekts maßgebend. Entspanntes Sehen gelingt am besten beim Betrachten weit entfernter Objekte. Das Bild auf der Netzhaut hängt unmittelbar vom Sehwinkel ab. Angeborene Kurzsichtigkeit lässt sich durch eine Brille korrigieren, die mit Konvexlinsen bestückt ist. Um Gegenstände in der Nähe mit bloßem Auge zu betrachten und dabei scharf zu sehen, muss sich der Ringmuskel im Auge zusammenziehen. Mit einem Fernrohr vergrößert man den Sehwinkel und damit das Netzhautbild. Ein keplersches Fernrohr verwendet im einfachsten Fall zwei Sammellinsen. RP_A0133 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0133) 3 (3)

54 Thema: Optik 1.1 Welcher Stoff ist optisch dünner: Flintglas oder Wasser? Begründe deine Aussage mit Hilfe der Tabelle im Anhang (Blatt 3). 1.2 Formuliere das Brechungsgesetz für den Übergang des Lichts vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium. 2. Beim Durchgang von Licht durch eine planparallele Glasplatte sind einfallender und gebrochener Strahl zueinander parallel verschoben. Wovon hängt die Stärke dieser Verschiebung ab? Gib die Zusammenhänge in einer je-desto-formulierung an. 3. Nenne drei verschiedene technische Anwendungen von Glasfaserkabeln. 4.1 Weißes Licht trifft auf ein Prisma. Welche charakteristischen Farben konnten wir beobachten? Gib diese in der Reihenfolge des Auftreffens an. Beginne mit der Farbe, die am stärksten gebrochen wird. 4.2 Was bezeichnet man in der Physik als Dispersion? RP_A0134 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0134) 1 (3)

55 5.1 Zeichne ein Lichtbündel, das von einem weit entfernten Gegenstand ins Auge fällt und seinen weiteren Verlauf im Augeninnern. Das Auge ist nicht fehlsichtig! 5.2 Beschreibe kurz, was das Auge unternimmt, um auch das Licht eines nahen Gegenstandes scharf abzubilden. 6. Ein Lichtstrahl trifft von Luft kommend unter einem Winkel von 50 auf die ebene Fläche eines Glaskörpers. Der Ausfallwinkel im Glas beträgt 36. Bestimme mit Hilfe der Halbsehnenmethode die Brechzahl n des Glases. Verwende das Bild im Anhang (Blatt 3). 7. Ein Lichtstrahl trifft von Luft kommend senkrecht auf die Oberfläche eines Glasprismas (siehe nachfolgende Darstellung). Zeichne den genauen Strahlenverlauf durch das Prisma und gib den Ausfallwinkel an. Nutze das Diagramm im Anhang (Blatt 3). RP_A0134 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0134) 2 (3)

56 Tabelle zu Aufgabe 1.1 Stoff / Medium Lichtgeschwindigkeit im Medium, ca. Brechzahl n des Medienpaars Vakuum km/s Vakuum Luft n 1,00 Eis km/s Luft Eis n 1,31 Wasser km/s Luft Wasser n 1,33 Flintglas km/s Luft Flintglas n 1,6 Bleikristall km/s Luft Bleikristall n 2,0 Bild zu Aufgabe 6: Diagramm zu Aufgabe 7: RP_A0134 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0134) 3 (3)

57 Thema: Optik 1. Der Mars wird auch roter Planet genannt. Ist der Mars ein Körper, der von selbst leuchtet? Begründe. 2. Nenne die Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen, damit eine Totalreflexion zustande kommt. 3. Nenne zwei Anwendungsgebiete für die Totalreflexion. 4. Warum glitzert schöner Schmuck im Sonnenlicht. Nenne das physikalische Phänomen das dahinter steckt und erkläre es kurz. 5. Erläutere, wie das Telefonieren über Lichtwellenleiter (Glasfaserkabel) funktioniert und welches optische Phänomen sich dahinter verbirgt. 6. Warum sehen wir die Sonne abends vor Sonnenuntergang nicht kreisrund? 7. Die Grafik veranschaulicht die Mondphasen im Laufe einer Umdrehung des Mondes um die Erde. Beschrifte darin die Phasen des Mondes: Vollmond, abnehmender Mond, zunehmender Mond, Neumond, Halbmond. RP_A0135 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0135) 1 (2)

58 8. Auf den Winkelspiegel in der Abbildung trifft ein Lichtstrahl. Konstruiere mit dem Geodreieck den weiteren Lichtweg. 9. Auf das Glasprisma fällt ein Lichtstrahl. Konstruiere mit dem Geodreieck den weiteren Strahlenverlauf bis der Lichtstrahl das Prisma verlässt. Nutze das gegebene Diagramm zur Bestimmung des Brechungswinkels. Abhängigkeit des Brechungswinkels vom Einfallswinkel: Grenzwinkel für Totalreflexion im obigen Diagramm: Glas Luft: ca. 38,7 Wasser Luft: ca. 48,6 Diamant Luft: ca. 24,6 RP_A0135 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0135) 2 (2)