Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1996/97

Aufgabe 7 Optik

7.1 Sonnenlicht soll in seine Spektralfarben zerlegt werden. Skizzieren Sie eine mögliche Experimentieranordnung.
Erläutern Sie das Zustandekommen des Spektrums.

7.2 Bei einem Experiment zum Brechungsgesetz wird der Übertritt einfarbigen Lichtes aus einem halbrunden Kronglaskörper in die angrenzende Luft untersucht (siehe Skizze).

 

7.2.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel für den Übergang von Kronglas nach Luft, wenn der Einfallswinkel 30 beträgt.
Stellen Sie den gesamten Strahlenverlauf zeichnerisch dar.

7.2.2 Beim Überschreiten eines bestimmten Einfallswinkels (Grenzwinkel) tritt Totalreflexion ein.
Was versteht man unter Totalreflexion?
Überprüfen Sie rechnerisch, ob diese Erscheinung beim Einfallswinkel 50 eintreten kann.

7.2.3 Nennen Sie eine mögliche Anwendung der Totalreflexion.

 

7.3 Eine Kerzenflamme wird mit Hilfe einer Sammellinse auf einem 60 cm von der Linse entfernten Schirm abgebildet. Das wirkliche (reelle), umgekehrte Bild der Kerzenflamme ist 18 cm hoch, die Sammellinse hat die Brennweite 10 cm.

7.3. 1 Zeichnen Sie den Strahlenverlauf, verwenden Sie einen geeigneten Maßstab.

7.3.2 Ermitteln Sie die Höhe der Flamme und deren Entfernung von der Linse.

 

7.4 Erläutern Sie an Hand einer Skizze die Bildentstehung im Auge oder in einem optischen Gerät.


Lösung Aufgabe 7 Optik
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)

7. 1 Skizzieren der Experimentieranordnung:

prisma.jpg (17593 Byte)

Das Spektrum entsteht hinter dem Prisma, weil weißes Licht aus dem Licht unterschiedlicher Farben mit unterschiedlicher Wellenlänge besteht. Es wird beim Übergang von Luft in Glas bzw. von Glas in Luft (wie beim Prisma) unterschiedlich stark, jeweils in gleicher Richtung, gebrochen. Blaues Licht wird stärker gebrochen als rotes Licht. Dadurch kommt es zur Auffächerung des weißen Lichtes.

7. 2. 1   Berechnen des Brechungswinkels:
geg.: ges.:
b
(Lichtgeschwindigkeit in leichtem Kronglas)
(Lichtgeschwindigkeit in Luft)

Lösung:
(Brechungsgesetz)


Der Brechungswinkel beträgt 48,9.


Darstellen des Strahlenverlaufs:

strahl.jpg (16037 Byte)

7. 2. 2    Totalreflexion ist die Erscheinung, dass beim Übergang des Lichtes von einem optisch dichteren Medium (z.B. Glas oder Wasser) in ein optisch dünneres Medium (z.B. Luft) ab einem bestimmten Einfallswinkel das Licht nicht mehr gebrochen, sondern vollständig an der Grenzfläche in das optisch dichtere Medium zurück reflektiert wird.

Rechnerische Überprüfung für :
geg.:
        (Lichtgeschwindigkeit in leichtem Kronglas)
        (Lichtgeschwindigkeit in Luft)

ges.: (Brechungswinkel)

Lösung:
(Brechungsgesetz)


Der Brechungswinkel lässt sich nicht berechnen, weil der Sinus eines Winkels für Werte > 1 nicht erklärt ist. Also wird diese Erscheinung eintreten, denn es gibt keinen Brechungswinkel.

7. 2. 3    Eine mögliche Anwendung der Totalreflexion sind Lichtleitkabel, die in zunehmenden Maße für die Informationsübertragung eingesetzt werden.

 

7. 3.1 Darstellen des Strahlenverlaufs:
kerze.jpg (40606 Byte)
(Maßstab auf dem Millimeterpapier: 1:4)

7. 3. 2 Die Höhe der Kerzenflamme beträgt 0,9 cm; ihre Entfernung von der Linse ist 12 cm.

 

7. 4     Bildentstehung im Auge:
auge.jpg (25804 Byte)
Hornhaut, Augenflüssigkeit, Augenlinse und Glaskörper bilden ein Linsensystem, das wie eine Sammellinse wirkt. Das einfallende Licht wird so gebrochen, dass auf der Netzhaut ein verkleinertes, wirkliches, umgekehrtes und seitenvertauschtes Bild entsteht. Der Sehnerv leitet die auf der Netzhaut entstehenden Bilder zum Gehirn weiter.

oder:

Bildentstehung im Fotoapparat:
foto.jpg (23773 Byte)
Beim Fotoapparat befinden sich die Gegenstände, die abgebildet werden sollen, meist außerhalb der doppelten Brennweite des Objektivs. Das Objektiv besteht aus mehreren Linsen, die zusammen wie eine Sammellinse wirken. Das einfallende Licht wird so gebrochen, dass auf dem Film ein verkleinertes, wirkliches, umgekehrtes und seitenvertauschtes Bild entsteht.


Alle Lösungen auf einen Blick

Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.

Autor: Dirk Hein, Freital

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