Kontrollaufgaben zur Optik

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Adolf Bergmann
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1 Kontrollaufgaben zur Optik 1. Wie schnell bewegt sich Licht im Vakuum? 2. Warum hat die Lichtgeschwindigkeit gemäss moderner Physik eine spezielle Bedeutung? 3. Wie nennt man die elektromagnetische Strahlung, die an den a) langwelligen Teil des sichtbaren Bereichs anschliesst? b) kurzwelligen Teil des sichtbaren Bereichs anschliesst? 4. Skizziere einen Schnappschuss von einer Welle. Kennzeichne in dieser Skizze die Wellenlänge der dargestellten Welle. 5. Notiere in untenstehender Tabelle das Symbol für die physikalische Grösse und die für sie verwendete Einheit Grösse Symbol Einheit Wellenlänge Frequenz Lichtgeschwindigkeit 6. Wie verändert sich die a) Frequenz b) Energie von elektromagnetischer Strahlung mit zunehmender Wellenlänge? 7. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Wellenlänge und der Frequenz von elektromagnetischer Strahlung? 8. Welche Farbe hat das Licht mit den a) längsten b) kürzesten Wellenlängen im sichtbaren Bereich? 9. Wie wird Infrarotstrahlung häufig bezeichnet? 10. Wie bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung mit den kürzesten Wellenlängen? 11. Welche elektromagnetische Strahlung ist ionisierend? 12. Warum nennt man ionisierende Strahlung ionisierend? 13. Was ist monochromatisches Licht und welche Methoden gibt es, solches Licht zu erzeugen? 14. Wie nennt man Licht mit vielen verschiedenen Wellenlängen?

2 15. Gibt es monochromatisches weisses Licht? 16. Wie nennt man die Zerlegung von polychromatischem Licht in seine Bestandteile? 17. Wie kann man Licht mit vielen verschiedenen Wellenlängen in seine Farben zerlegen? 18. Welche physiologische Prozesse sind dafür verantwortlich, dass wir die Welt farbig sehen? 19. Wie viele verschiedene Typen von Sinneszellen zur Wahrnehmung von Farben hat es in der Retina und auf welche Farben reagieren sie? 20. Was versteht man unter additiver und subtraktiver Farbmischung? 21. Was versteht man unter dem Begriff Komplementärfarben? 22. Deine Nachbarin trägt einen gelben Pullover. Erkläre wie du im (weissen) Tageslicht die gelbe Farbe des Pullovers wahrnimmst? 23. Skizziere den Farbkreis für additive Farbmischung. 24. Ist schwarz eine Farbe? Wie kommt der Sinneseindruck schwarz zustande? 25. Was ist Fluoreszenz? 26. Was versteht man unter Photometrie und wozu dient sie? 27. Welche Eigenschaften haben Röntgenstrahlen? 28. Wie gross ist die Wellenlänge der Radiowellen eines Radiosenders, der auf 104MHz sendet? 29. Welche medizinische Anwendungen haben UV-Strahlen? 30. Wozu werden optische Filter verwendet? 31. Welches sind die a) additiven Grundfarben? b) subtraktiven Grundfarben? 32. Skizziere ein plausibles Absorptionsspektrum einer Lösung von Chlorophyll in Alkohol. 33. Wie wird auf einem Farbfernseher ein farbiges Bild erzeugt?

3 Musterlösungen: km / s. 2. Gemäss Relativitätstheorie ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum die grösstmögliche Geschwindigkeit mit der sich ein Körper bewegen kann. Die Lichtgeschwindigkeit (c) kommt auch in der Einsteinschen Formel E = m c 2 vor. 3. a) Infrarot. (b) Ultraviolett. 4. Die Wellenlänge ist gleich dem Abstand zwischen benachbarten Wellenbergen, resp. Wellentälern. 5. Grösse Symbol Einheit Wellenlänge Meter [m] Frequenz Hertz [Hz] Lichtgeschwindigkeit c m / s 6. a) Die Frequenz nimmt ab. (b) Die Energie (der Photonen) nimmt ab. 7. Die Frequenz sinkt mit zunehmender Wellenlänge. Genauer: Frequenz und Wellenlänge sind zueinander umgekehrt proportional. = c / f. 8. a) rot. (b) violett. 9. Wärmestrahlung. 10. Gammastrahlung. 11. Röntgen- und Gammastrahlung. 12. Die Lichtquanten haben genügend Energie, um von Atomen und Molekülen Elektronen abzutrennen, d.h. sie zu ionisieren. 13. Licht mit nur einer Wellenlänge, resp. Farbe. Zur Herstellung von monochromatischer Strahlung gibt es drei Methoden wie folgt:

4 Methode Farbfilter Wirkung Alle Wellenlängen (Farben) ausser einen werden absorbiert. Glasprisma Auftrennung des Lichts in farbiges Licht mit einem Prisma. Das gewünschte Licht wird mit einer Lochblende herausgefischt. Beugungsgitter Ähnlich wie beim Glasprisma, aber mit einem Beugungsgitter (CD Regenbogenfarben! Eine CD ist ein Beugungsgitter). Ein Beugungsgitter besteht aus äquidistanten Rillen auf einer ebenen Oberfläche. 14. Polychromatisches Licht. 15. Nein. Weisses Licht ist stets polychromatisch! 16. Dispersion (Siehe Skript S. 60!). 17. Siehe zweiter Teil von Antwort zu Frage Ein Teil der Sinneszellen auf der Netzhaut reagieren selektiv auf Farben. Es gibt drei Sorten von Sinneszellen. Man kann sagen, dass sie auf je eine der drei Grundfarben reagieren. 19. Drei Typen. Diese reagieren auf je eine der drei Grundfarben. 20. Additiv: Mischung von Licht unterschiedlicher Farben. Eine Mischung gleicher Anteile der drei Grundfarben ergibt weiss. Subtraktiv: Mischung von farbigen Stoffen, z.b. Ölfarben. Eine Mischung gleicher Anteile der drei Grundfarben ergibt schwarz.

5 21. Eine Paarbeziehung zwischen Farben. Die additive Mischung einer Farbe und ihrer Komplementärfarbe ergibt weiss. Die subtraktive Farbmischung einer Farbe und ihrer Komplementärfarbe ergibt schwarz Das einfallende Licht enthält Licht aller Farben. Davon werden alle absorbiert ausser gelb. Deshalb trifft (vom Pullover her kommend) nur gelbes Licht aufs Auge. 24. Schwarz ist keine Farbe. Es gibt kein schwarzes Licht. 25. Die Fluoreszenz involviert zwei Schritte. Ein Molekül absorbiert zunächst ein energiereiches Lichtquant (Photon), z.b. von UV-Strahlung. Danach emittiert das Molekül ein weniger energiereiches, längerwelliges Lichtquant. E < E 26. Bei der Photometrie wird im Allgemeinen monochromatisches Licht verwendet. Die Menge an monochromatischem Licht, die beim Durchdringen einer Lösung absorbiert wird liefert Rückschlüsse über die Konzentration von Stoffen in der entsprechenden Lösung. Diese Art der Photometrie wird als Transmissionsmessung bezeichnet. Bei der so genannten Reflexionsmessung wird Licht, das von einer Probe reflektiert wird untersucht. Auch daraus kann man Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung und die Konzentration von Stoffen ziehen.

6 Transmissionsmessung: Aus dem Verhältnis I 1 / I o kann man die Konzentration eines Stoffs bestimmen. Reflexionsmessung: Aus dem Verhältnis I 1 / I o kann man die Konzentration eines Stoffs bestimmen. 27. Röntgenstrahlen sind sehr kurzwellig, d.h. sehr energiereich. Sie sind ionisierend und können Stoffe durchdringen. 28. = c / f = [ / ( )] m = 288 cm. 29. Sie dienen der Behandlung von Hautkrankheiten. Weil sie Keime abtöten, werden sie im Labor auch für die Erzeugung von sterilen Arbeitsflächen verwendet. 30. Zur Erzeugung von monochromatischer Strahlung. Sie absorbieren alle Strahlung ausser derjenigen mit der gewünschten Wellenlänge. 31. a) Rot, Grün und Blau. (b) Gelb, Cyan(blau) und Magenta (rot). 32. Grünes Licht wird wenig stark absorbiert. 33. Auf einem Pixel (regelmässiges Sechseck) befinden sich drei Leuchtpunkte mit den additiven Grundfarben rot, grün und blau. Je nachdem wie stark die Leuchtpunkte leuchten entsteht ein anderer Farbeindruck.

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