Tutorium Physik 2. Optik

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1 1 Tutorium Physik 2. Optik SS 16 2.Semester BSc. Oec. und BSc. CH

2 2 Themen 7. Fluide 8. Rotation 9. Schwingungen 10. Elektrizität 11. Optik 12. Radioaktivität

3 3 11. OPTIK - REFLEXION

4 11.1 Einführung Optik: Lösungen a. und b. 5 a. Das sichtbare Licht liegt in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm. b. Das Gesetz ist das Reflexionsgesetz. Es besagt, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist. Lot α β Spiegel

5 11.2 Spiegelbilder: Lösung a. 7 a. Ein virtuelles Bild muss direkt auf die Netzhaut projiziert werden, damit es betrachtet werden kann. Der Bildinhalt ist abhängig von der Position des Betrachters. Ein reelles Bild wird auf einen Gegenstand projiziert und ist unabhängig von der Position des Betrachters.

6 11.2 Spiegelbilder: Lösung b. 8 b. Das Bild ist aufrecht und spiegelverkehrt.

7 Kugelspiegel: Lösung A. a. Es gibt konkave (nach innen gekrümmte) Kugelspiegel und konvexe (nach außen gekrümmte) Kugelspiegel. b. Konvexe Spiegel Konkave Spiegel Objekte werden verkleinert werden vergrößert Bildfeld vergrößert sich verkleinert sich Parallel einfallende Lichtstrahlen werden radial reflektiert sammeln sich im Brennpunkt Brennpunkt hinter dem Spiegel Vor dem Spiegel c. Jeder Spiegel hat einen Brennpunkt F, eine Brennweite f und eine optische Achse.

8 Kugelspiegel: Lösung B. B. Virtuelles, aufrechtes, vergrößertes Bild: Objektweite p kleiner als Brennweite f (p<f) kein Bild: Objektweite p gleich der Brennweite f (p=f) reelles, auf dem Kopf stehendes Bild: Objektweite p größer als Brennweite f (p>f)

9 11.4 Konkavspiegel: Lösungen a. und b. 13 a. Gegeben: p 15cm; r 17cm Gesucht: f 1 Ansatz: f r 2 1 f 17cm 8,5cm 2 b. Gegeben: p 15cm; f 8,5cm Da f = 1/2 r p>f und damit ein reelles auf dem Kopf stehendes Bild

10 11.4 Konkavspiegel: Lösungen c. und d. 14 c. Gesucht: i Ansatz: f i p i f p i 255 cm ,5cm 15cm 19,62 cm cm d. Es entstünde ein virtuelles, vergrößertes Bild, wenn p < f.

11 11.5 Abbildung: Lösung 16 Gegeben: p 70 mm 0,07 m; f 50 mm =0,05m Gesucht: i Ansatz: f i p i 350mm 350mm i f p i 50mm 70mm mm i 350mm i 2 175mm

12 11.6 Konvexspiegel: Lösungen a. und b. 18 a. Gesucht: p = 15cm r 17cm Gesucht: f Ansatz: f 1 r cm 8,5cm 2 b. Es entsteht ein virtuelles, verkleinertes Bild. (Immer!)

13 11.6 Konvexspiegel: Lösung c. 19 c. Gesucht: i Ansatz: f i p i f p i 8,5cm 15cm 255cm i 5,43cm cm

14 OPTIK - BRECHUNG

15 11.7 Brechung: Lösung a. 22 a. Das Snellius'sche Gesetz ist das Brechungsgesetz. Ein Lichtstrahl wird beim Durchgang von einem in ein anderes Medium mit größerem Brechungsindex zum Lot hin gebrochen. n sin( ) n sin( ) Ein Lichtstrahl wird beim Durchgang von einem in ein anderes Medium mit kleinerem Brechungsindex vom Lot weg gebrochen.

16 Brechung: Lösungen b. und c. b. Der Brechungsindex ist eine Materialkonstante, welche wellenlängenabhängig ist. Er wird mit der Lichtgeschwindigkeit im Material und im Vakuum definiert: n Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum Lichtgeschwindigkeit v im Material c. Ein Prisma zerlegt Licht in seine Spektralfarben.

17 11.8 Brechung Rechnung: Lösung 25 Gegeben: n=n =1 n=n =1,33 Einfallswinkel =35 Gesucht: Ausfallwinkel 1 Luft 2 Wasser Ansatz: n sin n sin n 1 sin n sin35 1,33 sin sin 0,4313= sin arcsin0,4313 = 25,55 arcsin

18 11.9 Streulinse: Lösung a. 27

19 11.9 Streulinse: Lösung b. 28 b. Gegeben: p 5cm f 2cm Gesucht: i Ansatz: f i p = f p i cm 5cm i cm i 1 0,7cm i cm 10cm 1 i i 1,4286cm

20 11.10 Sammellinse: Lösung a. 30

21 11.10 Sammellinse: Lösung b. 31 b. Gegeben: p 5cm f 3cm Gesucht: i Ansatz: f i p i 15 cm 15 cm = f p i i 3cm 5cm 1 i 2 cm 15 i 7,50 cm

22 11.11 Polarisation: Lösung 33 Normales Licht schwingt auf mehreren Ebenen. In polarisiertem Licht sind nur Lichtwellen mit einer Polarisationsrichtung enthalten. normales Licht polarisiertes Licht

23 11.12 Spektroskopie in der Chemie: Lösung 35 Gesucht: E Ansatz: E cd L E 2 0,16mol L1,2cm molcm E 0,384

24 11.13 Küvette: Lösung Gegeben: c 0,15mol L d 10mm=1cm L 1,5 Itrans 5 W m molcm Gesucht: I 0 I trans Ansatz: E lg cd I0 I I 10 trans 0 cd 2 37

25 11.13 Küvette: Lösung 38 5W m 2 I0 L 1,5 0,15mol L1cm molcm 10 I0 5W m 10 0,255 2 I 0 2 8,39 W m

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