Lösungen - BBW-2009-Lab

LMPG Leitprogramm Optik
S. Dätwyler 2009
Kapiteltest „Optik 1“
Lösungen
Der Kapiteltest „Optik 1“ überprüft Ihr Wissen über die Kapitel...
2.1 Lichtquellen und Lichtausbreitung
2.2 Reflexion und Bildentstehung
Lösen Sie den Kapiteltest in Einzelarbeit ohne Ihre Unterlagen zu benutzen. Geben Sie den
ausgefüllten Test Ihrem Fachlehrer zur Korrektur ab.
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 miteinbezogen!
Aufgaben
1. Wie unterscheidet sich ein beleuchteter Körper von einer Lichtquelle? Geben Sie Beispiele für beleuchtete Körper.
Ein beleuchteter Körper erzeugt selber kein Licht, er reflektiert bloss fremdes, auftreffendes Licht. z.B.: Filzstift, Papier, Pult, Häuser, Autos, Strasse, Bäume... nahezu alles!
2. Wie gross ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum? (gerundeten Wert sollten Sie auswendig wissen!) in km/s? und in m/s?
300'000 km/s oder 3*108 m/s = 300'000'000 m/s (=1’080'000'000 km/h, ca. 1.1 Mia km/h)
3. Wo ist die Lichtgeschwindigkeit am grössten?
Im luftleeren Raum, im absoluten Vakuum also.
4. „Im optisch dichteren Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht auch grösser.“ Stimmt diese Aussage?
(Analog zur Schallgeschwindigkeit: Töne verbreiten sich im Wasser etwa 4-mal so schnell
wie in der Luft.)
Nein, bei Licht ist es gerade umgekehrt: je dichter das Medium, umso langsamer die
Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Licht durchdringt das Medium, deshalb hat es im dichten Medium mehr Widerstand zu
überwinden. Vergleich mit Schall: Beim Schall wird nur die Bewegung übertragen, d.h. je
härter das Medium, umso schneller. (Im Vakuum wird kein Schall übertragen, Licht hat im
Vakuum die schnellste Geschwindigkeit.)
5. Welcher Stoff ist also optisch dichter, Wasser oder Luft?
Wasser ist optisch dichter.
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6.
Wenn Licht auf einen Körper trifft, so gibt es generell drei Möglichkeiten, was mit dem
Licht passiert. Was sind diese drei Möglichkeiten? Wie heissen die Fachbegriffe?
- es kann reflektiert (zurückgeworfen, gespiegelt) werden (Reflexion)
- es kann absorbiert (verschluckt, aufgenommen) werden (Absorption)
- es kann hindurchgelassen (durch-transportiert) werden (Transmission)
(- es kann auch gestreut werden (Reflexion in alle Richtungen), dies ist eine Mischform
von Absorption und Reflexion)
7.
Wie hängt die Lichtdurchlässigkeit mit der Farbe und Dicke eines Körpers zusammen?
Je dicker und dunkler ein Körper, umso weniger Transmission und umso mehr Absorption.
8. Zeichne die Konstellation von Sonne/Mond/Erde schematisch auf für die Sonnen- resp.
Mond-Finsternis.
Die drei Planeten stehen näherungsweise auf einer Linie.
Sonnenfinsternis: Erde steht im Schatten des Mondes. Wenn man sich im Kernschatten
befindet, so ist es eine totale Sonnenfinsternis.
Mondfinsternis: Mond steht im Schatten der Erde. Wenn sich der Mond im Kernschatten
befindet, so ist es eine totale Mondfinsternis.
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9. Ein glatter Spiegel wird in einem Winkel  von 60° angestrahlt. In welchem Winkel strahlt
das Licht zurück? (Annahme: nur reguläre Reflexion)
Ebenfalls in einem Winkel von 60° (gemessen zw. Spiegeloberfläche und dem reflektierten Lichtstrahl.
10. Wie gross sind Einfallswinkel und Reflexionswinkel (auch Ausfallswinkel)?
Sie sind je 30°.
11. Wie werden diese bezeichnet und gemessen?
Sie werden als  und ’ bezeichnet, gemessen jeweils zw. dem Lichtstrahl und dem „Einfallslot“ (senkrecht Gerade zur Spiegeloberfläche am Ort, wo der Strahl auftritt).
Skizze zu
9.-11. Frage
=30° ’=30°
=60°
'=60°
Spiegelfläche
90° Einfallslot
12. Nenne andere Begriffe für Reguläre und Diffuse Reflexion.
Lichtspiegelung und Lichtstreuung
13. Welche Reflexion tritt an gekrümmten Spiegeln auf?
Es ist Reguläre Reflexion wie an einer glatten Oberfläche, der gekrümmte Spiegel ist lokal betrachtet eine plane Fläche, darauf wird dann das Einfallslot im rechten Winkel gestellt.
14. Nennen Sie Beispiele für Hohlspiegel und Wölbspiegel aus dem Alltag. Ordnen Sie diese
in die drei Kategorien:
1) Parabolischer Hohlspiegel / 2) Kugelförmiger Hohlspiegel / 3) Kugelförmiger Wölbspiegel.
Verkehrs-Spiegel (bei unübersichtlichen Kreuzungen) 3, Hohlspiegel bei Sonnenkraftwerk
1, verspiegelte Glaskugel (z.B. in Kaufhaus) 3, Autoscheinwerfer-Reflektor 1, Kosmetikspiegel im Bad 2, Taschenlampen-Reflektor 1, silberne Weihnachtsbaumkugel 3.
15. Erklären Sie die Begriffe „Konvex-Spiegel“ und „Konkav-Spiegel“.
Konvex-Spiegel ist eine andere Bezeichnung für Wölbspiegel, vom Wort „ex“ nach aussen.
Konkav-Spiegel ist eine andere Bezeichnung für Hohlspiegel.
16. Erklären Sie die Begriffe Brennweite und optische Achse eines gekrümmten Spiegels.
Die Brennweite ist der Abstand vom Brennpunkt zum Scheitelpunkt.
Die optische Achse ist das Lot auf den Scheitelpunkt. (Der Scheitelpunkt ist der tiefste
oder höchste Punkt in der Mitte des Hohl- oder Wölbspiegels.)
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17. Sie haben einen kugelförmigen Hohlspiegel mit der Brennweite 5cm. Ihr Gegenstand ist
ein aufrecht stehender Pfeil von 2cm Länge im Abstand von 7cm. Konstruieren sie das
Bild dazu. Zeichnen Sie die Situation im Massstab 1:1 auf 5mm kariertes Papier. Wo
kommt das Bild zu stehen?
bei 7cm  ca. 14.8cm
18. Sie haben einen kugelförmigen Wölbspiegel mit der Brennweite 5cm. Ihr Gegenstand ist
ein aufrecht stehender Pfeil von 2cm Länge im Abstand von 2cm zum Spiegel. Konstruieren sie das Bild dazu.
Zeichnen Sie die Situation im Massstab 1:1 auf 5mm kariertes Papier. Wo kommt das Bild
zu stehen? Ist es ein reelles Bild?
bei 2cm  ca. 1.7cm hinter dem Spiegel Sie kriegen unabhängig vom Abstand immer ein
verkleinertes, virtuelles, aufrechtes Bild hinter dem Spiegel.
Gegenstand bei 2cm:
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19. Befindet sich ein Gegenstand ausserhalb der doppelten Brennweite eines Hohlspiegels,
so ist das Bild...
Geben Sie mind. drei Schlagworte (Adjektive) an, die das Bild beschreiben.
umgekehrt , verkleinert, reell
20. Befindet sich ein Gegenstand innerhalb der einfachen Brennweite eines Hohlspiegels, so
ist das Bild....
Geben Sie mind. drei Schlagworte (Adjektive) an, die das Bild beschreiben.
aufrecht, vergrössert, virtuell
21. Befindet sich ein Gegenstand genau bei der doppelten Brennweite eines Hohlspiegels,
so ist das Bild...
Geben Sie mind. drei Schlagworte (Adjektive) an, die das Bild beschreiben.
umgekehrt, gleich gross, reell
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