Die Ergebnisse der Kapiteltests werden nicht in die Berechnung der Semesternoten mit einbezogen!

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1 Kapiteltest Optik 2 Lösungen Der Kapiteltest Optik 2 überprüft Ihr Wissen über die Kapitel a Brechungsgesetz und Totalreflexion 2.3b Brechung des Lichtes durch verschiedene Körper 2.3c Bildentstehung durch Linsen 2.4 Optische Geräte 2.5 Welleneigenschaften des Lichtes Lösen Sie den Kapiteltest in Einzelarbeit ohne Ihre Unterlagen zu benutzen. Geben Sie den ausgefüllten Test Ihrem Fachlehrer zur Korrektur. Dieser Kapiteltest dient Ihnen als Standortbestimmung und berechtigt Sie, bei genügender Punktezahl, mit dem nächsten Kapitel weiter zu fahren. Erreichen Sie die Anforderungen nicht, so müssen Sie den Stoff nochmals repetieren und dürfen später den Test wiederholen. Die Ergebnisse der Kapiteltests werden nicht in die Berechnung der Semesternoten mit einbezogen! Aufgaben 1. Was sagt eine Brechzahl n (auch Brechungsindex genannt) vom Übergang Luft zu Plexiglas von aus? Plexiglas ist demnach optisch dichter als Luft. Die Lichtgeschwindigkeit in Plexiglas ist ca. 1.5 Mal langsamer als in Luft. n oder: cplexiglas oder: = * cplexiglas cplexiglas cplexiglas 201' 141km 2. Ab welchem Winkel tritt Totalreflexion auf? Sobald der Einfallswinkel grösser ist als der Grenzwinkel G. D.h. wäre dann grösser als 90 Reflexion im selben Medium drin. Es gilt nun =, wie bei einem Spiegel. Seite 1 von 5

2 3. Sie haben zwei Übergänge von Licht von jeweils optisch dichterem in optisch dünneres Medium: 1. Glas Luft 2. Diamant Luft Bei welchem dieser Übergänge ist der Grenzwinkel der Totalreflexion kleiner? (Gegeben: c Luft = km/s, c Glas = km/s, c Diamant = km/s) cglas 190'000km 1 1 sin ag ( G = 39.3 ) n cdiamant 124'000km 1 1 sin ag ( G = 24.4 ) der Sinus ist n kleiner, d.h. auch der Grenzwinkel ist kleiner bei Diamant Luft. Oder über die Brechzahl (Werte sind grösser als 1, da vom optisch dünneren ins opt. dichtere betrachtet): n für Luft Glas 190'000km n für Luft Diamant der Brechungsindex ist höher, also 124'000km ist der Grenzwinkel kleiner. 4. Wie muss die Ummantelung eines Lichtleiters beschaffen sein? Das Material muss zwingend optisch dünner sein als der Lichtleiter selbst, damit Totalreflexion auftreten kann. Totalreflexion tritt nur auf beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium. 5. Skizzieren Sie die Parallelverschiebung von Licht an einer planparallelen Platte. Von welchen Faktoren ist diese Verschiebung wie abhängig? Faktoren: Dicke der Platte (d) je dicker, umso mehr Verschiebung optische Dichte der Platte je dichter, umso grössere Verschiebung Einfallswinkel ( ) je grösser, umso mehr Verschiebung Seite 2 von 5

3 6. Erklären Sie den Aufbau einer Fresnel-Linse mittels einer Skizze. Geben Sie drei Beispiele für die praktische Anwendung von Fresnel-Linsen. Bsp.: Leuchtturm-Linse, Hellraumprojektor, Rückfahrlicht-Abdeckung, Rückfahrlinse aufgeklebt auf Heckscheibe. 7. Erklären Sie die Begriffe Brennpunkt und Brennweite von Linsen. Von welchen Faktoren sind diese wie abhängig? Bei intensivem Lichteinfall kann sich im Sammelpunkt, in dem das Licht konzentriert wird, ein Gegenstand entzünden. Man nennt diesen Punkt deshalb Brennpunkt F. Der Abstand des Brennpunktes von der Linsenebene (Linsenmitte) wird als Brennweite f bezeichnet. Faktoren: Krümmung der Linse je stärker gekrümmt, umso kürzer die Brennweite optische Dichte der Linse je dichter, umso kürzer die Brennweite 8. Beschreiben Sie die Bedeutung der Abbildungsgleichung in eigenen Worten. Der Reziprokwert der Brennweite (1/f) ist gleich der Summe der Reziprokwerte der Gegenstandsweite (1/g) und der Bildweite (1/b) f g b Je kleiner die Gegenstandsweiten g, umso grösser die Bildweite b. 9. Wie hängen Bildgrösse (B) und Gegenstandsgrösse (G) bei einer Bildkonstruktion mit einer Linse zusammen? Sie sind abhängig von den Abständen: Gegenstandsweite (g) und Bildweite (b). B b b Das Verhältnis ist gleich B G d.h. je weiter weg das Bild, umso grösser. G g g B G b g ist die Gleichung für den Abbildungsmassstab Seite 3 von 5

4 10. Sie haben eine Sammellinse und einen Gegenstand in verschiedenen Abständen zum Linsenmittelpunkt. Ordnen Sie die Begriffe zu, (jeweils vier davon): reell/virtuell, vergrössert/gleich gross/verkleinert, aufrecht/umgekehrt, seitenvertauscht/seitenrichtig. a) der Gegenstand befindet sich zwischen einfacher und doppelter Brennweite: reell, vergrössert, umgekehrt, seitenvertauscht b) der Gegenstand befindet sich innerhalb der einfachen Brennweite: virtuell, vergrössert, aufrecht, seitenrichtig = Lupe! c) der Gegenstand befindet sich ausserhalb der doppelten Brennweite: reell, verkleinert, umgekehrt, seitenvertauscht d) der Gegenstand befindet sich genau in der doppelten Brennweite: reell, gleich gross, umgekehrt, seitenvertauscht e) der Gegenstand befindet genau bei einfacher Brennweite: (Ausnahme!) kein scharfes Bild, gebrochene Strahlen laufen parallel (kein Schnittpunkt für Bild möglich), Linse voll mit der Farbe des Gegenstandes bedeckt 11. Zählen Sie die Hauptbestandteile des menschlichen Auges auf. Funktion derselben? Linse Linsenmuskel Iris Pupille Hornhaut Glaskörper Netzhaut Sehnerv bricht das Licht, fokussiert auf Netzhaut verändert die Brennweite durch verändern der Wölbung Reguliert die Helligkeit, wie eine Blende lichter Durchmesser, je grösser umso mehr Licht kommt ins Auge Abschluss gegen aussen, transparente, widerstandsfähige Haut mit Flüssigkeit gefüllter Augeninnenraum enthält lichtempfindliche Zellen, hier entsteht das reelle Bild leitet die Bildpunkt-Informationen zum Gehirn, wo das Bild zu einem aufrechten Bild umgesetzt wird 12. Was ist der Nachteil einer sehr scharfen Lochkamera? Um sehr scharfe Bilder zu kriegen, muss der Lochdurchmesser extrem klein sein. Eine kleine Lichteintrittsöffnung macht die Kamera lichtschwach, d.h. es muss sehr lange belichtet werden, ohne die Kamera zu bewegen! Verwackelungsgefahr. Seite 4 von 5

5 13. Wie viele Dioptrien hat eine Zerstreuungslinse mit einer Brennweite von 100mm? D 1 1 D = -10 dpt = Zerstreuungslinse mit -10 Dioptrien f 0.1m Zerstreuungslinsen haben negative Brechwerte D und negative Brennweiten f. 14. Zeichnen Sie die Bildkonstruktion bei einem Mikroskop mit dem Zwischenbild, welches durchs Okular vergrössert dargestellt wird. 15. Was ist der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes? Grobe Regel: nm (von violett bis rot) 16. Zählen Sie die Hauptfarben des sichtbaren Lichtes nach steigender Wellenlänge auf. 400nm violett, blau, grün, gelb, orange, rot 800nm 17. Erklären Sie in Worten die Begriffe Wellenlänge und Wellenzahl. Wellenlänge ist die Länge einer kompletten Sinuswelle des Lichtes, meist in nm angegeben. Die Wellenzahl sagt, wie viele Wellen pro Längeneinheit vorkommen, meist in cm -1 angegeben. 18.Wie hängen Wellenlänge und Wellenzahl mathematisch zusammen? Machen Sie ein Zahlenbeispiel. 1 Die Wellenzahl ist der Reziprokwert der Wellenlänge. Bsp.: eine Wellenzahl von cm -1 = /cm ( Wellen haben Platz in einem Zentimeter) 1 = 1/ = = cm =5*10-5 cm =5*10-7 m=0.5*10-6 m =0.5 m = 20'000 / cm = 500 nm (grünes Licht) Seite 5 von 5

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