Bildkonstruktion an Konkavlinsen (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Bildkonstruktion an Konkavlinsen (Artikelnr.: P065600) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-0 Lehrplanthema: Optik Unterthema: Linsengesetze Experiment: Bildkonstruktion an Konkavlinsen Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Weißes Papier (DIN A4) Lineal (ca. 30 cm) Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformation Das Ziel dieses Versuches ist die experimentelle Bestimmung des Schnittpunktes ausgewählter, auf eine Plankonkavlinse einfallender Lichtbündel und die sich damit ergebende Möglichkeit der Bildkonstruktion. Im Versuch wird zunächst der Verlauf ausgewählter Lichtbündel beobachtet. Erst in der Auswertung wird dem Schüler die Möglichkeit der Bildkonstruktion mit Hilfe der rückwertigen Verlängerungen der Lichtstrahlen offenbar. Damit ergeben sich geeignete Ansatzpunkte für eine Diskussion über die Rolle mathematischer Hilfsmittel in der physikalischen Erkenntnis. Nicht zuletzt wird durch die Bestätigung der Linsengleichung an einem Beispiel deutlich, welche großen Vorteile sich für den Anwender ergeben, wenn er bereits vor dem Bau optischer Geräte genaue Aussagen über die optischen Eigenschaften erhalten kann. Der Versuch ist hinsichtlich der vorausgesetzten experimentellen Fertigkeiten und der Erkenntnisse, die mit ihm gewonnen werden, sehr anspruchsvoll. Es ergibt sich kein reelles Bild, denn der Schnittpunkt der rückwärtig verlängerten, gebrochenen Lichtbündel liegt vor der Plankonkavlinse. Damit hat der Lehrer die Möglichkeit, dem Schüler das Wesen virtueller Bilder zu erläutern und seine Kenntnisse über die virtuellen Bildern am ebenen und gewölbten Spiegel zu vertiefen. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Es ist darauf zu achten, dass die Justierung der Linse (plane Fläche liegt an der Senkrechten des Linienkreuzes, ungebrochener Verlauf eines entlang der optischen Achse einfallenden schmalen Lichtbündels) vom Schüler sehr sorgfältig vorgenommen wird, um zu einem eindeutigen und reproduzierbaren Versuchsergebnis zu gelangen. Um die richtige Einstellung der Leuchtbox zu erleichtern, empfiehlt sich das Einzeichnen von Hilfslinien (ausgehend von der Spitze des Gegenstandspfeiles) vor dem Experiment. Bei der Brechung an der Plankonkavlinse werden auch die schmalen Lichtbündel etwas gestreut. Zur Markierung des Lichtweges hinter der Linse sollte daher die Mitte des jeweiligen Lichtbündels gewählt werden.

2 BildkoestruktioetaetKoekavlieseet(Artikeler.:tP065600) AufgabetuedtMaterial Aufgabe EetsteheetaetKoekavlieseetauchtBilder? Untersuche die Bildentstehung durch eine Konkavlinse mit Hilfe ausgewählter Lichtbündel.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege Modellkörper, plankonkav, f = -00 mm , 3 Leuchtbox, Halogen 2 V/20 W Zusätzliches Material PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 2 V, 5 A Weißes Papier (DIN A4) Lineal (ca. 30 cm)

4 AufbautuedtDurchführueg Aufbau Achtueg! Achte darauf, dass die Plankonkavlinse mit der planen Fläche genau an der senkrechten Linie des Linienkreuzes liegt und ihre justierte Lage beim Bewegen der Leuchtbox nicht verändert wird. Bereite das Blatt Papier nach der Abbildung vor. Konstruiere im rechten Drittel ein rechtwinkliges Linienkreuz. Der Schnittpunkt der Linien sei M. Zeichne in jeweils 3 cm Abstand von M auf der senkrechten Linie je eine Markierung. Markiere im Abstand von 9,5 cm links und rechts vom M die Punkte F und F' auf der optischen Achse. Zeichne in 4 cm Abstand links vom Punkt M mit einem roten Farbstift einen senkrechten, 2 cm langen Pfeil auf die optische Achse und bezeichne ihn mit G. Zeichne folgende Hilfslinien von der Spitze des Gegenstandspfeiles G bis zur Mittellinie: - eine Parallele zur optischen Achse - eine Linie in Richtung des rechten Brennpunktes F - eine Linie zum Mittelpunkt M Abb. Lege die Plankonkavlinse (aufgerauhte Seite nach unten) mit der planen Fläche genau an die senkrechte Linie des Linienkreuzes innerhalb der beiden Markierungen. Setze die Einspaltblende in die Leuchtbox auf der Linsenseite ein und stelle diese am Blattrand auf. Abb. 2 Durchführueg Schließe die Leuchtbox an das Netzgerät an (2 V ~).

5 Abb. 3 Justiere deine Versuchsanordnung, so dass das entlang der optischen Achse einfallende schmale Lichtbündel nach dem Durchgang durch die Linse weiter auf der optischen Achse verläuft. Abb. 4 Markiere mit einem dünnen Bleistift die Umrisse der Linse. Abb. 5 Lasse das Lichtbündel parallel zur optischen Achse entlang der Hilfslinie auf die Linse einfallen. Markiere den Verlauf des Lichtbündels hinter der Linse und beschreibe ihn im Protokoll in der Tabelle.

6 Abb. 6 Lasse das Lichtbündel entlang der Hilfslinie in Richtung des Brennpunktes F einfallen. Markiere wieder den Verlauf des Lichtbündels und beschreibe ihn in der Tabelle. Abb. 7 Lasse das Lichtbündel zuletzt entlang der Hilfslinie durch den Mittelpunkt M einfallen. Markiere den Verlauf des Lichtbündels und beschreibe ihn in der Tabelle. Abb. 8 Schalte das Netzgerät aus und nimm die Leuchtbox und die Plankonkavlinse vom Papier. Verbinde die zusammengehörenden Markierungen, so dass der Verlauf der Lichtbündel sichtbar wird.

7 Protokoll: Bildkoestruktioe ae Koekavliesee Ergebeis - Tabelle (3 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen in Tabelle. Verlauf der einfallenden Lichtbündel Verlauf der austretenden Lichtbündel parallel zur optischen Achse in Richtung des Brennpunktes F in Richtung des Mittelpunktes M Ergebeis - Beobachtuegee (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zum Verlauf der Lichtbündel zueinander:

8 Auswertueg - Frage (0 Puekte) Verlängere mit einem Farbsstift die gebrochenen Lichtstrahlen rückwärts, bis sie sich schneiden. Was kannst du zur Lage des Schnittpunktes feststellen? Auswertueg - Frage 2 (0 Puekte) Der Schnittpunkt der drei Lichtstrahlen ist das Bild der Spitze des Gegenstandspfeiles. Zeichne die senkrechte Verbindung von diesem Kreuzpunkt zur optischen Achse ein und bezeichne diesen Pfeil mit B. Skizziere hier Deine Aufzeichnungen.

9 Auswertueg - Tabelle (6 Puekte) Vergleiche diesen Bildpfeil B mit dem Gegenstandspfeil G. Was kannst du zur Größe, Lage und Entfernung vom Punkt M feststellen? Notiere deine Beobachtungen und Messungen in die Tabelle. Gegenstandspfeil G Bildpfeil B Größe Lage zur optischen Achse Entfernung vom Mittelpunkt M Auswertueg - Frage 3 (0 Puekte) Formuliere einen Satz, aus dem Lage, Größe und Entfernung des Bildes hervorgeht, wenn sich der Gegenstand außerhalb der Entfernung MF von der Plankonkavlinse befindet.

10 Auswertueg - Frage 4 (0 Puekte) Entstehen an Konkavlinsen auch Bilder? Auswertueg - Zusatzaufgabe (0 Puekte) Für die Bildentstehung an einer Konkavlinse gilt die Gleichung: /f = /g + /b (f = - 9,5 cm - Brennweite, b - Bildweite (Entfernung BM), g - Gegenstandsweite (Entfernung GM). Überprüfe mit dieser Gleichung deine Messergebnisse in der Tabelle. Beachte dabei, dass die Bildweite b und die Brennweite f mit negativem Vorzeichen eingesetzt werden müssen.