Musterprüfung Wie schnell breiten sich elektromagnetische Wellen im Vakuum aus?

Transkript

1 1 Module: Elektromagnetische Strahlung Linsen Optische Geräte Musterprüfung 1. Teil: Elektromagnetische Strahlung 1.1. Ordne die verschiedenen Arten elektromagnetischer Wellen nach abnehmender Wellenlänge. Sichtbar, UV, IR, Röntgen, Radiowellen, Gammastrahlung Wie schnell breiten sich elektromagnetische Wellen im Vakuum aus? 1.3. Elektromagnetische Wellen bestehen aus Paketen von Energie. Wie bezeichnet man diese Pakete? 1.4. Wie verändert sich die Frequenz der Strahlung mit zunehmender Wellenlänge? 1.5. Wie verändert sich die Energie der Lichtquanten mit zunehmender Wellenlänge? 1.6. Was meint man mit energiereicher Strahlung? 1.7. Für welchen Bereich der Wellenlänge ist elektromagnetische Strahlung (für den Menschen) sichtbar? 1.8. Wie bezeichnet man die (unsichtbare) Strahlung beim langwelligen Ende des sichtbaren Bereichs? 1.9. Wie bezeichnet man die (unsichtbare) Strahlung beim kurzwelligen Ende des sichtbaren Bereichs?

2 Was ist ionisierende Strahlung? Mit welchem Begriff kennzeichnet man die Tatsache, dass elektromagnetische Strahlung einerseits Eigenschaften aufweist, die typisch sind für Wellen, aber gleichzeitig aus Partikeln besteht Wie bezeichnet man die Technik, mit welcher die Oberflächentemperatur des menschlichen Körpers kartographiert wird? Welche Art Strahlung wird dabei erfasst? Ist die unsichtbare a) IR-Strahlung b) UV-Strahlung harmlos für das menschliche Auge? Welche Wirkung hat UV-Strahlung auf die menschliche Haut? Wie bezeichnet man die Zeit, die vergeht, bis durch ionisierende Strahlung verursachte Schäden sich manifestieren? Welche Art Langzeitschäden können durch ionisierende Strahlung herbeigeführt werden? Welche Art von Gewebe reagiert besonders empfindlich auf ionisierende Strahlung? Mithilfe des Farbkreises für additive Farbmischung zu lösen! a) Welche Farbe entsteht beim additiven Mischen gleicher Anteile der Grundfarben? b) Welche Farbe entsteht beim additiven Mischen der Grundfarben Rot und Grün?

3 3 c) Welche Grundfarben muss ich additiv mischen, um Cyan zu erhalten? Mithilfe des Farbkreises für subtraktive Farbmischung zu lösen! a) Welche Farbe entsteht beim subtraktiven Mischen gleicher Anteile der Grundfarben? b) Welche Farbe entsteht beim subtraktiven Mischen der Grundfarben Gelb und Magenta? c) Welche Grundfarben muss ich subtraktiv mischen, um Grün zu erhalten? Wie wird Wärmestrahlung auch genannt? 2. Teil: Linsen 2.1. Was besagt das Reflexionsgesetz? 2.2. Welche Winkel werden beim Reflexions- und Brechungsgesetz verwendet? 2.3. Eine Fläche bei einer Einbuchtung in einem Körper bezeichnet man als.... und eine nach aussen gewölbte Fläche bezeichnet man als Wie nennt man die Reflexion von einer a) glatten Oberfläche? b) matten Oberfläche? 2.5. Welche Eigenschaft eines (durchsichtigen) Materials kennzeichnet wie schnell sich das Licht darin ausbreitet?

4 Wie wird ein Strahl gebrochen, der, von der Luft her kommend, in Glas eindringt? 2.7. Wie wird ein Strahl gebrochen, der, vom Wasser her kommend, an der Wasseroberfläche in die Luft übergeht? 2.8. Wodurch ist eine a) Sammellinse gekennzeichnet? b) Zerstreuungslinse gekennzeichnet? 2.9. Welche Einheit verwendet man für die Brechkraft einer Linse und wie lautet die Abkürzung für diese Einheit? Auf einem Rezept des Augenarztes für eine Brille steht -1.1 dpt. Werden für die Brille Sammel- oder Zerstreuungslinsen benötigt? Die Brechkraft einer Linse sei 25dpt. Wie gross ist ihre Brennweite in cm? Skizziere eine a) bikonvexe Sammellinse b) plankonvexe Sammellinse

5 5 c) konkavkonvexe Zerstreuungslinse Wie erzeugt eine Linse von einem Gegenstand ein scharfes Bild? Wie kann ich bei einer Sammellinse herausfinden, wie gross ihre Brennweite ist? In Wirklichkeit wird ein Lichtstrahl beim Durchdringen einer Linse zwei Mal (beim Eindringen und beim Verlassen) gebrochen. Die beiden Brechungen werden jedoch in einer einzigen Brechung in einer Ebene zusammengefasst. Wie bezeichnet man diese Ebene? Wie bezeichnet man die auf diese Ebene senkrecht stehende Linie durch die Mitte der Linse? Konstruiere das Abbild des Gegenstands (Pfeil). Beschrifte die verschiedenen, zur Konstruktion verwendeten Strahlen.

6 Was kennzeichnet ein reelles Bild? Welche Eigenschaften hat das scharfe Bild, das im Auge auf der Netzhaut entsteht? Wie nennt man die Fokussierung beim menschlichen Auge und wodurch wird sie erreicht? Ein kurzsichtiges Auge ist zu.., das scharfe Bild befindet sich. der Netzhaut. Zur Korrektur (von Kurzsichtigkeit) werden. benötigt Ein weitsichtiges Auge ist zu, das scharfe Bild befindet sich... der Netzhaut.

7 7 3. Teil: Optische Geräte 3.1. Wie nennt man das reelle seitenverkehrte Bild, das beim Mikroskop vom Objektiv erzeugt wird? 3.2. Was wird benötigt, wenn bei einem Mikroskop der Tubus geknickt ist und/oder das Licht im Mikroskop auf zwei Okulare (beide Augen) fallen soll? 3.3. Ein Mikroskop hat eine Okular wie folgt: 8 Und einen Objektivrevolver mit vier Objektiven wie folgt: Objektiv A: 20 Objektiv B: Objektiv C: Objektiv D: 160 Welche Gesamtvergrösserungen lassen sich mit diesem Mikroskop erzielen? 3.4. Wie erfolgt beim Mikroskop die Fokussierung Welche maximale Vergrösserung lässt sich mit einem Lichtmikroskop erreichen? 3.6. Was geschieht bei der Absorptionsphotometrie in der Küvette? 3.7. Wozu dient bei der Absorptionsphotometrie das Glasprisma?

8 Welche Information steckt im Spektrum bei der Photometrie? 3.9. Welche wichtigen Unterschiede bestehen zwischen Absorptions- und Reflexionsphotometrie? Ein Teststreifen aus Papier für den Urinstatus ist in Abschnitte aufgegliedert. Wie werden diese Abschnitte bezeichnet und worin unterscheiden sie sich? Musterlösungen: 1. Teil: Elektromagnetische Strahlung 1.1. Radiowellen > IR > Sichtbar > UV > Röntgen > Gammastrahlung 1.2. Mit einer Geschwindigkeit von km / s 1.3. Photonen oder Lichtquanten 1.4. Mit zunehmender Wellenlänge wird die Frequenz kleiner Die Energie der Lichtquanten wird mit zunehmender Wellenlänge kleiner Dies bedeutet, dass die Photonen viel Energie enthalten Für Wellenlängen zwischen nm Infrarot (IR) 1.9. Ultraviolett (UV) Strahlung bei welcher die Energie der Photonen ausreicht, um Moleküle zu ionisieren, d.h. ihnen ein Elektron zu entreissen Man verwendet den Begriff Partikel-Welle-Dualität Als Thermographie. Es wird Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) aufgezeichnet a) Bei starker Bestrahlung mit Infrarot kann die Augenlinse getrübt werden (z.b. Glasbläserstar ). (c) Durch UV-Strahlung kann die Netzhaut einen Sonnenbrand erleiden. Bei starkem Sonnenschein ist ein Augenschutz unerlässlich.

9 Die Haut wird gebräunt. Bei übermässiger Bestrahlung wird die Haut gerötet (Sonnenbrand). Ausserdem kann durch UV die Bildung von Hautkrebs ausgelöst werden Als Latenzzeit Bildung von Krebsgeschwüren oder Leukämie (Blutkrebs) Gewebe mit einer hohen Rate von Zellteilungen, vor allem Drüsen und Krebsgeschwüre. Ebenfalls Organe in der Wachstumsphase bei Kleinkindern a) Weiss. (b) Gelb. (c) Grün und Blau (resp. Blauviolett) a) Schwarz. (b) Rot. (c) Gelb und Cyan Infrarotstrahlung (IR) 2. Teil: Linsen 2.1. Der Einfallswinkel ist gleich gross wie der Reflexionswinkel Den Winkel, den der Strahl und das Lot auf die Grenzfläche miteinander einschliessen Eine Fläche bei einer Einbuchtung in einem Körper bezeichnet man als konkav und eine nach aussen gewölbte Fläche bezeichnet man als konvex a) Spiegelreflexion. (b) Streuung oder diffuse Reflexion 2.5. Die optische Dichte Der Strahl wird zum Lot hin gebrochen (weil Glas optisch dichter ist als Luft) Der Strahl wird vom Lot weg gebrochen (weil Luft optisch dünner ist als Wasser) a) Sie ist in der Mitte dicker als am Rand. Die Brennweite und die Brechkraft sind positive Grössen. (b) Sie ist in der Mitte dünner als am Rand. Die Brennweite und die Brechkraft sind negative Grössen Dioptrie (Abkürzung dpt) Es werden Zerstreuungslinsen benötigt f = 1/D = 1 / (25 dpt) = 0.04 m = 4 cm (a) (b) (c) Indem sie alle auf sie fallenden von einem Gegenstandspunkt ausgehenden Strahlen in einem Bildpunkt vereinigt.

10 Ich kann sie mit Licht bestrahlen, das parallel zur optischen Achse verläuft (Parallelstrahlen). Diese Strahlen gehen durch den hinteren Brennpunkt der Linse. Der Abstand dieses Brennpunkts zur Mitte der Linse ist gleich der Brennweite Diese Ebene bezeichnet man als Hauptebene. Die auf diese Ebene senkrecht stehende Linie durch die Mitte der Linse bezeichnet man als optische Achse Ein reelles Bild kann man mit einer Leinwand oder einer Photoplatte festhalten Es ist seitenverkehrt und steht auf dem Kopf Akkomodation. Der Ziliarmuskel drückt die Linse mehr der weniger zusammen Ein kurzsichtiges Auge ist zu lang, das scharfe Bild befindet sich vor der Netzhaut. Zur Korrektur (von Kurzsichtigkeit) werden Zerstreuungslinsen benötigt Ein weitsichtiges Auge ist zu kurz, das scharfe Bild befindet sich hinter der Netzhaut. Zur Korrektur (von Weitsichtigkeit) werden Sammellinsen benötigt. 3. Teil: Optische Geräte 3.1. Zwischenbild 3.2. Umlenkungsprismen 3.3. Gesamtvergrösserungen von 160 (mit Objektiv A), 320 (mit Objektiv B), 640 (mit Objektiv C) und 1280 (mit Objektiv D) Durch vertikale Verschiebung von entweder dem Tubus (mit Objektiv und Okular) oder vom Objekttisch. Dies erfolgt mithilfe eines Zahnradmechanismus Nicht ganz Ein Teil der Strahlung wird durch gelöste Stoffe absorbiert.

11 Das Glasprisma zerlegt das Licht in seine Bestandteile Das Spektrum enthält Information über Art und Menge von Stoffen Bei der Absorptionsphotometrie dringt das Licht in die Probe. Ein Teil des Lichts wird von gelösten Stoffen absorbiert. Das restliche Licht durchdringt die Probe (Transmission). Das Licht, das die Probe durchdringt wird in seine Farben zerlegt und analysiert. Eine Voraussetzung für Absorptionsphotometrie ist, dass die Probe lichtdurchlässig ist. Bei der Reflexionsphotometrie fällt Licht auf die Probe. Ein Teil des Lichts wird von Stoffen in der Probe absorbiert. Ein Teil des Lichts wird reflektiert. Das reflektierte Licht wird in seine Farben zerlegt und analysiert Die Abschnitte werden als Reaktionsfelder bezeichnet. Sie enthalten unterschiedliche Reagenzien, die mit Stoffen reagieren, die im Urin gelöst sind.