Optik: Linsen
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3.2011 DOWNLOAD Nabil Gad 12:08 Uhr Optik: Linsen Seite 1 ennenlernen: richtsideen Die Bergedorfer® Produktpalette: Kopiervorlagen Unterrichtsideen Klammerkarten COLORCLIPS Lehrer- und Schülerkarteien Fachbücher Lernsoftware Bücherservice Edition Liebe Lehrerin, lieber Lehrer, Sie haben sich für Bergedorfer ® Kopiervorlagen entschieden. Darüber freuen wir uns und wüssten gern, ob Sie mit unserem Produkt zufrieden sind. Bitte geben Sie dieser Kopiervorlagenmappe eine Schulnote von 1 bis 6! Ethikunterricht – anschaulich und handlungsorientiert! AAP Lehrerfachverlage GmbH Postfach 16 56 21606 Buxtehude Nabil Gad Grundwissen Optik und Akustik Diese Mappe hat die Ziele, Schülerinnen und Schüler zu einer kritischen Auseinandersetzung mit der Umwelt und ihrem persönlichen Lebensbereich zu führen. Die fünf Themenstränge werden schülernah und handlungsorientiert erschlossen. Der Einsatz der Arbeitsblätter ist jederzeit in der Abfolge veränderbar. Diese Materialien sind eine wertvolle Hilfe auch für fachfremd unterrichtende Lehrerinnen und Lehrer. 5.–10. Klasse Aus dem Inhalt: Bergedorfer® Kopiervorlagen Unser Lebensweg Ordnungen regeln das Zusammenleben Menschen begegnen einander Glück haben – Freude empfinden Auch das Leid gehört zum Leben von Akteuren und PubliTheaterstücke verknüpfen n des Alten und Neuen Tese mit der Lebenswelt und sche Hinweise zur Umsetgestaltung, zu Requisiten hen es kinderleicht, die Downloadauszug aus dem Originaltitel: Bergedorfer® Kopiervorlagen Persen • ideenreiche, praxiserprobte Konzepte • moderne, zeitgemäße Gestaltung • methodische Offenheit • Erleichterung der Unterrichtsvorbereitungen Winfried Röser · Ethik – 5./6. Klasse erstücke nsunterricht Zur Sicherung einer langen Lebensdauer Ihrer hochwertigen Kopiervorlagen empfehlen wir, die einzelnen Blätter in Klarsichthüllen aufzubewahren. Pflegehinweis nferne Schülerinnen und r Geschichten auseinanlischen Inhalten finden. Persen Verlag Best.-Nr. 2291 Note: __________ e Bühne aufbereitet besuch von auswärts, Die nmal die Geduld verlor … ger, Der verlorene Sohn – Bitte ausreichend frankieren. Linsen Die Konvexlinse (Sammellinse) Aufgabe Vervollständige das Versuchsprotokoll. Material / Skizze Linsenebene _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ optische Achse Linsenmittelpunkt Durchführung Erzeugt mithilfe der __________________________ und einer 3-fach- bzw. 5-fach-Schlitzblende _____ bzw. _____ Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf die Linse auftreffen. Der mittlere Strahl soll dabei auf der optischen Achse liegen. Legt nun den Linsenmittelpunkt der ________________________ (Sammellinse) genau an den Mittelpunkt der Winkelscheibe an. Beobachtung _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Ergebnis Alle Lichtstrahlen, die auf einer _______________________________ auftreffen, werden zu einem Punkt hin _______________________. Der Punkt, an dem sich alle Lichtstrahlen sammeln, nennt man ___________________ F. Die ____________________ f ist dabei der Abstand des Brennpunktes F von der Linsenebene. Umso kleiner die ___________________ der Linse, umso stärker wird das Licht nach innen zum Brennpunkt hin gebrochen. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 18 1 Linsen Verbesserung der Lochbildkamera Aufgabe 1 Bei einer Lochbildkamera wird ______________________ an der Rückwand der Kamera abgebildet. Da das Loch ______________________ ist, gelangen nur wenige Lichtstrahlen zur Rückwand der Kamera. Dadurch entsteht ein lichtschwaches ________________. Möchte man ein lichtstärkeres Bild erhalten, so müssen _______________________________ die Rückwand erreichen. Dies erreicht man, indem man die Öffnung _________________. Der Nachteil ist jedoch, dass __________________ unschärfer abgebildet wird. Mithilfe einer _____________________ lässt sich das Bild jedoch wieder scharf abbilden. Das Bild wird wie bei der Lochkamera auf dem Kopf und _______________________ abgebildet. Aufgabe 2 Wird ein Gegenstand durch eine Linse ab- Linsenebene Schirm gebildet, so hängt die Bildgröße B von der __________________________________ , der _______________________________ G und von der ________________________ B ab. Der Gegenstand kann also in Originalgröße _______________________ oder Gegenstandsweite g Bildweite b ___________________ abgebildet werden. Die Bildweite b ist der Abstand zwischen _____________________ und Schirm. Die Gegenstandsweite g ist der Abstand zwischen ___________________ und Gegenstand. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 19 2 Linsen Wie macht eine Konvexlinse scharfe Bilder? Aufgabe Vervollständige das Versuchsprotokoll. Schirm Material / Skizze ___________________________________ G ___________________________________ B ___________________________________ ___________________________________ g b Durchführung Stellt die Kerze (Gegenstand) im Abstand von _______ cm (Lehrervorgabe) auf. I) Ändert die Bildweite, indem ihr die Linse in beide Richtungen verschiebt. II) Stellt nun die Kerze (Gegenstand) im Abstand von _______ cm (Lehrervorgabe) auf, indem ihr die Kerze (Gegenstand) verschiebt. Beobachtung I) Die Kerze wird auf dem Schirm abgebildet. Ein scharfes Bild erhält man bei einer Bildweite b von _______ cm und einer Gegenstandsweite g von _____________ cm. II) Ändert man die Gegenstandsweite g, so wird das Bild wieder ______________. Ein scharfes Bild erhält man wieder bei einer Bildweite b von __________ cm (dazu die Linse verschieben). Die Bildgröße B hat sich jedoch ________________. Ergebnis Für die Abbildung eines scharfen Bildes gilt: Je größer die Gegenstandsweite g, umso ____________ die Bildweite b. Je größer die Gegenstandsweite g, umso ____________ wird die Bildgröße B. Das Verhältnis von B/G = b/g gibt das Abbildungsmaß A an. Ist A > 1 wird der Gegenstand ________________ abgebildet. Bei A < 1 wird er _________________ abgebildet. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 20 3 Linsen Bildkonstruktion bei einer Konvexlinse Aufgabe 1 G Gegenstand Parallelstrahl Mittelpun ktstrahl Bren npun ktstr ah F optische Achse l F B Bild Um das Bild zu ________________, das durch eine Konvexlinse (Sammellinse) auf dem Schirm entsteht, braucht man nur die folgenden drei wesentlichen Strahlen: _______________________________, ________________________________ und ________________________________. Dabei werden Parallelstrahlen zu _______________________________________, Mittelpunktstrahlen ________________________________________________ und Brennpunktstrahlen __________________________________________________. Aufgabe 2 Durch Veränderung der Gegenstandsweite g, ändert sich auch die Bildgröße B. a) Für den Fall: g = 2 f gilt B = G, d. h. der Gegenstand wird weder vergrößert noch verkleinert abgebildet, wenn die Gegenstandsweite g bei der doppelten Brennweite f liegt. b) Für den Fall: g > 2 f gilt _____________, d. h. der Gegenstand wird ______________________ abgebildet, wenn die Gegenstandsweite g ________________ bei der doppelten Brennweite (2 f ) ist. c) Für den Fall: f < g < 2 f gilt _____________, d. h. der Gegenstand wird __________________________ abgebildet, wenn die ____________________ zwischen der doppelten Brennweite (2 f ) und der _____________________liegt. d) Erkläre den besonderen Fall g < f. _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 21 4 Linsen Das Auge Auf der Netzhaut unseres Netzhaut Auges entstehen Bilder, die ________________ sind und Linse Blinder Fleck Pupille auf dem Kopf stehen. Ziliarmuskel Diese Bilder werden über den Sehnerv _______________ an das Gehirn weitergeleitet und dort korrigiert. Vergleich Auge / Kamera: Die Pupille ist vergleichbar mit _______________________. Sie sorgt dafür, dass nicht zu viel Licht auf ___________________________ fällt und diese zerstört. Ist es sehr hell, wird die Pupille ______________ und lässt somit ____________ Licht auf die Netzhaut auftreffen. In der Dämmerung hingegen ________________ sich die Pupille und lässt somit __________ Licht auf die Netzhaut auftreffen. Die Augenlinse ist vergleichbar mit ____________________________________. Sie sorgt dafür, dass auf der Netzhaut ein ______________________ Bild entsteht. Alle Eigenschaften, die für die Konvexlinse zutreffen, treffen auch für die _____________________ zu. Umso größer die Gegenstandsweite, je _____________ wird das _______________ auf der Netzhaut abgebildet. Wie kann es aber sein, dass auf der Netzhaut auch dann das Bild scharf bleibt, wenn man die Gegenstandsweite ändert? Der Ziliarmuskel ändert in Abhängigkeit der Gegenstandsweite ___________________________ der Linse. Bei heutigen Kameras übernimmt diese Aufgabe der Autofocus. Auch dieser sorgt dafür, dass nach Möglichkeit auf der Rückwand der Kamera ein scharfes Bild entsteht. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 22 5 Linsen Die Konkavlinse (Zerstreuungslinse) Aufgabe Vervollständige das Versuchsprotokoll. Material / Skizze Linsenebene ___________________ ___________________ ___________________ optische Achse ___________________ Linsenmittelpunkt Durchführung Erzeugt mithilfe der __________________ und einer 3-fach- bzw. 5-fach-Schlitzblende _____ bzw. _____ Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf die Linse auftreffen. Der mittlere Strahl soll dabei auf der optischen Achse liegen. Legt nun den Linsenmittelpunkt der ________________________ (Zerstreuungslinse) genau an den Mittelpunkt der Winkelscheibe an. Beobachtung _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Ergebnis Alle Lichtstrahlen, die auf einer __________________________ auftreffen, werden nach außen hin ____________________. Umso kleiner die ____________________ der Linse, umso stärker wird das Licht zerstreut. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 23 6 Sehfehler korrigieren Linsen Auf der Netzhaut eines gesunden ______________ entsteht ein verkleinertes scharfes Bild, dass __________________ und auf dem Kopf abgebildet wird. Einige Menschen tragen eine Brille, weil bei ihnen ohne die Korrektur durch eine Linse (Brille) _________ scharfes Bild auf der Netzhaut abgebildet wird. Sie haben also einen _____________________, der durch eine Linse (Brille) _________________ werden kann. Weitsichtigkeit Bei weitsichtigen Menschen werden Gegenstände mit einer großen Gegenstandsweite _______________ abgebildet. Rücken die Gegenstände hingegen _____________, so entsteht ein ______________ Bild. Dies liegt daran, dass der Augapfel von Geburt an zu ____________ ist, sodass die Brechkraft der Augenlinse nicht ausreicht, um ___________________________________ scharf abzubilden. Eine zusätzliche Brechkraft wird durch eine Brille mit einer ____________________ erreicht. Auch ______________________________ können dann wieder scharf abgebildet werden. Auch viele ältere Menschen sind weitsichtig, obwohl die Größe ihres Augapfels in Ordnung ist. Dies liegt daran, dass der _____________________ die Augenlinse nicht mehr so stark krümmen kann. Die fehlende Brechkraft kann durch eine Brille mit _______________________________ erzeugt werden. Kurzsichtigkeit Bei ___________________ Menschen werden Gegenstände mit einer ____________ Gegenstandsweite scharf abgebildet. Rücken die Gegenstände hingegen ___________________, so entsteht ein ____________ Bild. Dies liegt daran, dass der Augapfel von Geburt an zu _______ ist, sodass die Brechkraft der Augenlinse im entspannten Zustand noch zu stark ist, um __________________________ scharf abzubilden. Eine geringere Brechkraft wird durch eine Brille mit einer _____________________ erreicht. Auch _______________________________________ können dann wieder scharf abgebildet werden. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 24 7 Linsen Von der Lupe zum Mikroskop Die Lupe Die Lupe ist eine ____________________ (Sammellinse). Durch sie lassen sich Gegenstände auf unserer Netzhaut (Schirm) ________________ abbilden. Dazu muss die Gegenstandsweite innerhalb der Brennweite liegen, denn nur dann wird ein virtuelles Bild erzeugt. In diesem Bereich gilt: Je größer die Gegenstandsweite, umso größer ist die Bildgröße, die auf der Netzhaut abgebildet wird. Je kleiner die Brennweite, umso ________________ ist der Brechwert und umso __________________ ist die Vergrößerung. Jedoch kann man die Brennweite nicht beliebig verkleinern. Mit Lupengläsern erreicht man in etwa _____________________ Vergrößerung. Soll ein Gegenstand noch stärker vergrößert werden, geht dies mithilfe eines _____________________. Das Mikroskop Beim Mikroskop werden gleichzeitig zwei Konvexlinsen Okular verwendet. Die eine ____________________ im Objektiv erzeugt beispielsweise ein 50-fach vergrößertes Zwischenbild, das auf einem transparenten Schirm Objektiv _________________ wird. Dieses Zwischenbild wird durch ___________________________ im Okular, welches sich unmittelbar vor dem ___________ befindet, betrachtet. Mit dem _______________ wird also das Zwischenbild wie mit einer Lupe betrachtet. Das ________________________ wird daher nochmals z. B. 10-fach vergrößert. Die Gesamtvergrößerung beim Mikroskop entspricht dem ________________ der Einzelvergrößerungen. In diesem Beispiel vergrößert also das Mikroskop den Gegenstand ______________. Beim __________________ muss der Gegenstand sehr stark beleuchtet bzw. durchleuchtet werden, weil durch die mehrfache Vergrößerung nur noch ____________ Licht auf die Netzhaut unseres ____________ trifft. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 25 8 Linsen Der Overheadprojektor Der Overheadprojektor (OHP) Beim OHP wird eine auf der Glasplatte aufgelegte ______________________ Umlenkspiegel auf der Leinwand _________________ abgebildet. Im Objektiv befindet sich eine ___________________________. Objektiv Leinwand Glasplatte mit Folie Fresnellinse Lampe Hohlspiegel Die Einheit „Umlenkspiegel/Objektiv“ Der Umlenkspiegel hat die Aufgabe, dass das durch die ________________________ erzeugte Bild nicht an der __________________ entsteht, sondern auf der ____________________ abgebildet wird. Je weiter entfernt der OHP von der Leinwand aufgestellt wird, umso ________________ wird das Bild (Inhalt der Folie) abgebildet. Um ein scharfes Bild zu erhalten, lässt sich die Einheit „Umlenkspiegel/Objektiv“ in _________________ verstellen, denn dadurch verändert sich ________________________________. Die Einheit „Lampe/Hohlspiegel/Fresnellinse“ Der Hohlspiegel ____________________ das nach unten fallende Licht der Lampe zur Fresnellinse/Glasplatte, sodass dieses auch zur Ausleuchtung ________________ genutzt werden kann. Die Fresnellinse ________________ die Lichtstrahlen, sodass diese in das darüberliegende Objektiv gelangen und dann über den Klappspiegel auf die Leinwand reflektiert werden. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 26 9 Linsen Die Spiegelreflexkamera Die Spiegelreflexkamera Im Sucher der Kamera erscheint exakt Prisma Sucher Mattscheibe das gleiche Bild, das später durch die Belichtung eines ____________________ entsteht. Weiterhin kann man mit dem Film Zoom Bilder ______________ abbilden. Klappspiegel Verschluss Bildentstehung im Sucher Die _______________________ im Objektiv erzeugt auf dem Klappspiegel ein ____________________ und ____________________________ Bild. Dieser reflektiert das Licht _______________________, welche ein aufrechtes und __________________ Bild im Sucher erzeugt. Bildentstehung auf der Kamerarückwand Nachdem das Motiv durch den ___________ anvisiert wurde, wird der _______________ gedrückt. In diesem Augenblick klappt ________________________ zur Seite, sodass das Motiv, welches im Sucher zu sehen war, nun auf dem Kopf und ___________________ auf der Kamerarückwand abgebildet wird. Dort befindet sich ein Film bzw. ein CCD-Chip, der ________________ wird und somit das Bild „festhält“. Der Zoom Ähnlich wie bei einer Lupe lässt sich auch hier die Bildgröße _________________, indem die Bildweite verändert wird. Auch im Sucher erscheint die _________________ Bildgröße. Je stärker eine Vergrößerung sein soll, umso ___________ ist das Objektiv, damit die ___________________ stärker verändert werden kann. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude © Persen Verlag, Buxtehude 27 10 Vervollständige das Versuchsprotokoll. Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude Brechung und Totalreflexion Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude 0° Brechungswinkel β Differenz β – α 6° 10° 24° 28° 0° 0° 16° 30° 54° 68° 50° 60° 10° 20° 30° 40° 50° 60° Totalreflexion Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Totalreflexion _________________. zu dekorativen Zwecken. Auch die Luftspiegelung (Fata Morgana) beruht auf dem Phänomen der Totalreflexion Patienten schauen. Bei Glasfaserleuchten nutzt man das Phänomen der _____________________ kann mithilfe eines Endoskopes (Glasfaserbündel mit optischer Technik) in den Magen seines Lichtstrahlen Arzt Die ___________________ breiten sich dort in einer „Zick-Zack-Bewegung“ aus. Ein ___________ Glasfaserkabel Beim __________________________ nutzt man das Phänomen der Totalreflexion. Aufgabe 2 Totalreflexion Es tritt also eine __________________________ auf. reflektiert wird das einfallende Licht nach dem Reflexionsgesetz ________________. 17 größer 42° β – a wird mit steigendem Einfallswinkel immer ___________. Ab dem Grenzwinkel – hier _________ – Luft optisch dünneren Medium (hier: ____________), so wird es vom Lot weggebrochen. Die Differenz Lichtstrahl Fällt ein _____________________ von einem optisch dichteren Medium (hier: Glas) zu einem Ergebnis 0° 0° Einfallswinkel α Beobachtung Hinweis: Achtet darauf, dass der Lichtstrahl genau den Mittelpunkt der Kreisscheibe trifft. die Lichtbox Platziert ______________________ so, dass ihr einen Einfallswinkel von 20° erhaltet. Legt den Glaskörper genau an der Grundlinie der Winkeleinteilung (Kreisscheibe) an. der Lichtbox mit Einspaltblende Erzeugt mithilfe ___________________________________________ einen Lichtstrahl. Durchführung Lichtbox mit Einspaltblende ____________________________________ Glaskörper, Kreisscheibe, ____________________________________ Material / Skizze Aufgabe 1 Brechung und Totalreflexion optische Achse Linsen Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude hin gebrochen. 18 1 Brennweite f kleiner die ___________________ der Linse, umso stärker wird das Licht nach innen zum Brennpunkt Brennweite Die ____________________ f ist dabei der Abstand des Brennpunktes F von der Linsenebene. Umso Brennpunkt Der Punkt, an dem sich alle Lichtstrahlen sammeln, nennt man ___________________ F. gebrochen Punkt hin _______________________. Konvexlinse Alle Lichtstrahlen, die auf einer _______________________________ auftreffen, werden zu einem Ergebnis Punkt. _________________________________________________________________________________ Alle Lichtstrahlen werden zur optischen Achse hin gebrochen und verlaufen durch einen _________________________________________________________________________________ Beobachtung punkt der Winkelscheibe an. Konvexlinse Legt nun den Linsenmittelpunkt der ________________________ (Sammellinse) genau an den Mittel- soll dabei auf der optischen Achse liegen. 5 bzw. _____ Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf die Linse auftreffen. Der mittlere Strahl Lichtbox 3 Erzeugt mithilfe der __________________________ und einer 3-fach- bzw. 5-fach-Schlitzblende _____ Durchführung Schlitzblende _______________________ mit 3-fach- / 5-fach_______________________ Lichtbox _______________________ Konvexlinse, _______________________ Linsenebene Linsenmittelpunkt Vervollständige das Versuchsprotokoll. Material / Skizze Aufgabe Die Konvexlinse (Sammellinse) Lösungen 50 11 Linsen mehr Lichtstrahlen müssen _______________________________ die Rückwand erreichen. Dies erreicht man, indem man Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude G Gegenstandsweite g Linsenebene Bildweite b Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Linsenebene Die Gegenstandsweite g ist der Abstand zwischen ___________________ und Gegenstand. Linsenebene Die Bildweite b ist der Abstand zwischen _____________________ und Schirm. verkleinert ___________________ abgebildet werden. vergrößert größe _______________________ oder Der Gegenstand kann also in Original- ab. Bildweite b und von der ________________________ Gegenstandsgröße G der _______________________________ Gegenstandsweite g __________________________________ , gebildet, so hängt die Bildgröße B von der Aufgabe 2 Wird ein Gegenstand durch eine Linse ab- seitenverkehrt Bild wird wie bei der Lochkamera auf dem Kopf und _______________________ abgebildet. 19 2 B Schirm Konvexlinse bildet wird. Mithilfe einer _____________________ lässt sich das Bild jedoch wieder scharf abbilden. Das G g Ändert die Bildweite, indem ihr die Linse in beide Richtungen verschiebt. b B Schirm 16 34 (50–16) cm. _______ cm und einer Gegenstandsweite g von _____________ Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude verkleinert Bei A < 1 wird er _________________ abgebildet. vergrößert Ist A > 1 wird der Gegenstand ________________ abgebildet. Das Verhältnis von B/G = b/g gibt das Abbildungsmaß A an. kleiner Je größer die Gegenstandsweite g, umso ____________ wird die Bildgröße B. kleiner Je größer die Gegenstandsweite g, umso ____________ die Bildweite b. Für die Abbildung eines scharfen Bildes gilt: Ergebnis verkleinert (dazu die Linse verschieben). Die Bildgröße B hat sich jedoch ________________. 14 Ein scharfes Bild erhält man wieder bei einer Bildweite b von __________ cm 320 Linsen Die Kerze wird auf dem Schirm abgebildet. Ein scharfes Bild erhält man bei einer Bildweite b von unscharf II) Ändert man die Gegenstandsweite g, so wird das Bild wieder ______________. I) Beobachtung indem ihr die Kerze (Gegenstand) verschiebt. 80 II) Stellt nun die Kerze (Gegenstand) im Abstand von _______ cm (Lehrervorgabe) auf, I) 50 Stellt die Kerze (Gegenstand) im Abstand von _______ cm (Lehrervorgabe) auf. Durchführung Lineal ___________________________________ Schirm ___________________________________ Konvexlinse ___________________________________ vergrößert das Bild die Öffnung _________________. Der Nachteil ist jedoch, dass __________________ unschärfer abge- Kerze ___________________________________ Bild Dadurch entsteht ein lichtschwaches ________________. Möchte man ein lichtstärkeres Bild erhalten, so Vervollständige das Versuchsprotokoll. Material / Skizze Aufgabe Wie macht eine Konvexlinse scharfe Bilder? sehr klein das Loch ______________________ ist, gelangen nur wenige Lichtstrahlen zur Rückwand der Kamera. Aufgabe 1 das Bild Bei einer Lochbildkamera wird ______________________ an der Rückwand der Kamera abgebildet. Da Verbesserung der Lochbildkamera Lösungen 51 12 Parallelstrahl Mittelpunk tstrahl Bren npun ktstr ahl F F B Bild optische Achse Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Ziliarmuskel Pupille Linse kleiner weniger Ist es sehr hell, wird die Pupille ______________ und lässt somit ____________ Licht auf die Netzhaut werden zu Parallelstrahlen Brennpunktstrahlen __________________________________________________. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude _____________________________________________________________________ Es entsteht ein virtuelles Bild (d. h. es wird kein Bild abgebildet). _____________________________________________________________________ d) Erkläre den besonderen Fall g < f. einfachen Brennweite _____________________liegt. Gegenstandsweite zwischen der doppelten Brennweite (2 f ) und der wenn die ____________________ vergrößert d. h. der Gegenstand wird __________________________ abgebildet, B>G c) Für den Fall: f < g < 2 f gilt _____________, größer als wenn die Gegenstandsweite g ________________ bei der doppelten Brennweite (2 f ) ist. verkleinert d. h. der Gegenstand wird ______________________ abgebildet, B<G b) Für den Fall: g > 2 f gilt _____________, a) Für den Fall: g = 2 f gilt B = G, d. h. der Gegenstand wird weder vergrößert noch verkleinert abgebildet, wenn die Gegenstandsweite g bei der doppelten Brennweite f liegt. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Bild entsteht. Autofocus. Auch dieser sorgt dafür, dass nach Möglichkeit auf der Rückwand der Kamera ein scharfes die Brennweite f ___________________________ der Linse. Bei heutigen Kameras übernimmt diese Aufgabe der Gegenstandsweite ändert? Der Ziliarmuskel ändert in Abhängigkeit der Gegenstandsweite Wie kann es aber sein, dass auf der Netzhaut auch dann das Bild scharf bleibt, wenn man die abgebildet. kleiner Bild Umso größer die Gegenstandsweite, je _____________ wird das _______________ auf der Netzhaut Augenlinse Alle Eigenschaften, die für die Konvexlinse zutreffen, treffen auch für die _____________________ zu. scharfes Sie sorgt dafür, dass auf der Netzhaut ein ______________________ Bild entsteht. der Linse im Objektiv Die Augenlinse ist vergleichbar mit ____________________________________. Licht auf die Netzhaut auftreffen. 22 5 vergrößert mehr auftreffen. In der Dämmerung hingegen ________________ sich die Pupille und lässt somit __________ die Netzhaut Sie sorgt dafür, dass nicht zu viel Licht auf ___________________________ fällt und diese zerstört. bleiben Mittelpunktstrahlen Mittelpunktstrahlen ________________________________________________ und Aufgabe 2 Durch Veränderung der Gegenstandsweite g, ändert sich auch die Bildgröße B. der Blende Die Pupille ist vergleichbar mit _______________________. Sehnerv Blinder Fleck Netzhaut Linsen Brennpunktstrahlen Dabei werden Parallelstrahlen zu _______________________________________, Sehnerv _______________ an das Gehirn weitergeleitet und dort korrigiert. Diese Bilder werden über den auf dem Kopf stehen. seitenverkehrt sind und ________________ Auges entstehen Bilder, die Auf der Netzhaut unseres Das Auge Vergleich Auge / Kamera: 21 4 Linsen Parallelstrahlen ________________________________. Mittelpunktstrahlen Brennpunktstrahlen _______________________________, ________________________________ und konstruieren Um das Bild zu ________________, das durch eine Konvexlinse (Sammellinse) auf dem Schirm entsteht, braucht man nur die folgenden drei wesentlichen Strahlen: G Gegenstand Aufgabe 1 Bildkonstruktion bei einer Konvexlinse Lösungen 52 13 Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Sehfehler Sie haben also einen _____________________, der durch Konkavlinse ___________________ Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Brennweite f Umso kleiner die ____________________ der Linse, umso stärker wird das Licht zerstreut. gebrochen ____________________. Konkavlinse Alle Lichtstrahlen, die auf einer __________________________ auftreffen, werden nach außen hin Ergebnis 23 6 _________________________________________________________________________________ Alle Lichtstrahlen werden von der optischen Achse nach außen weg gebrochen (zerstreut). _________________________________________________________________________________ Beobachtung Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude werden. 24 7 weit entfernte Gegenstände erreicht. Auch _______________________________________ können dann wieder scharf abgebildet Konkavlinse scharf abzubilden. Eine geringere Brechkraft wird durch eine Brille mit einer _____________________ einen Gegenstand Brechkraft der Augenlinse im entspannten Zustand noch zu stark ist, um __________________________ groß ist, sodass die unscharfes Bild. Dies liegt daran, dass der Augapfel von Geburt an zu _______ ein ____________ weiter weg weite scharf abgebildet. Rücken die Gegenstände hingegen ___________________, so entsteht kurzsichtigen geringen Bei ___________________ Menschen werden Gegenstände mit einer ____________ Gegenstands- Kurzsichtigkeit einer Konvexlinse kann durch eine Brille mit _______________________________ erzeugt werden. Ziliarmuskel _____________________ die Augenlinse nicht mehr so stark krümmen kann. Die fehlende Brechkraft Menschen sind weitsichtig, obwohl die Größe ihres Augapfels in Ordnung ist. Dies liegt daran, dass der nähere Gegenstände ______________________________ können dann wieder scharf abgebildet werden. Auch viele ältere Konkavlinse Legt nun den Linsenmittelpunkt der ________________________ (Zerstreuungslinse) genau an den Mittelpunkt der Winkelscheibe an. Konvexlinse Eine zusätzliche Brechkraft wird durch eine Brille mit einer ____________________ erreicht. Auch die Gegenstände linse nicht ausreicht, um ___________________________________ scharf abzubilden. kurz Dies liegt daran, dass der Augapfel von Geburt an zu ____________ ist, sodass die Brechkraft der Augen- näher unscharfes abgebildet. Rücken die Gegenstände hingegen _____________, so entsteht ein ______________ Bild. scharf Bei weitsichtigen Menschen werden Gegenstände mit einer großen Gegenstandsweite _______________ Weitsichtigkeit dabei auf der optischen Achse liegen. 5 Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf die Linse auftreffen. Der mittlere Strahl soll _____ Lichtbox 3 Erzeugt mithilfe der __________________ und einer 3-fach- bzw. 5-fach-Schlitzblende _____ bzw. Durchführung Bild auf der Netzhaut abgebildet wird. Schlitzblende, ___________________ korrigiert eine Linse (Brille) _________________ werden kann. kein die Korrektur durch eine Linse (Brille) _________ scharfes seitenverkehrt __________________ und auf dem Kopf abgebildet wird. mit 3-fach- / 5-fach___________________ optische Achse Linsen Auges Auf der Netzhaut eines gesunden ______________ entsteht ein verkleinertes scharfes Bild, dass Sehfehler korrigieren Einige Menschen tragen eine Brille, weil bei ihnen ohne Linsenebene Linsen Lichtbox ___________________ Linsenmittelpunkt Vervollständige das Versuchsprotokoll. Material / Skizze Aufgabe Die Konkavlinse (Zerstreuungslinse) Lösungen 53 14 Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude vergrößert auf der Leinwand _________________ abgebildet. Im Objektiv befindet sich Konvexlinse eine ___________________________. Dazu muss die Gegenstandsweite innerhalb der Brennweite liegen, denn nur dann wird ein virtuelles Bild erzeugt. In diesem Bereich gilt: Je größer die Gegenstandsweite, umso größer ist die Bildgröße, die auf der Netzhaut abgebildet wird. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude das auf einem transparenten Schirm über den Klappspiegel auf die Leinwand reflektiert werden. Zwischenbild Das ________________________ wird daher nochmals z. B. 10-fach vergrößert. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude 25 8 wenig Auges die mehrfache Vergrößerung nur noch ____________ Licht auf die Netzhaut unseres ____________ trifft. Mikroskop __________________ muss der Gegenstand sehr stark beleuchtet bzw. durchleuchtet werden, weil durch 500-fach rungen. In diesem Beispiel vergrößert also das Mikroskop den Gegenstand ______________. Beim 26 9 bündelt ________________ die Lichtstrahlen, sodass diese in das darüberliegende Objektiv gelangen und dann schenbild wie mit einer Lupe betrachtet. Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude der Folie platte, sodass dieses auch zur Ausleuchtung ________________ genutzt werden kann. Die Fresnellinse Okular betrachtet. Mit dem _______________ wird also das Zwi- Produkt Die Gesamtvergrößerung beim Mikroskop entspricht dem ________________ der Einzelvergröße- reflektiert Der Hohlspiegel ____________________ das nach unten fallende Licht der Lampe zur Fresnellinse/Glas- der Höhe die Gegenstandsweite g in _________________ verstellen, denn dadurch verändert sich ________________________________. Die Einheit „Lampe/Hohlspiegel/Fresnellinse“ Objektiv der Folie) abgebildet. Um ein scharfes Bild zu erhalten, lässt sich die Einheit „Umlenkspiegel/Objektiv“ größer weiter entfernt der OHP von der Leinwand aufgestellt wird, umso ________________ wird das Bild (Inhalt Decke Leinwand an der __________________ entsteht, sondern auf der ____________________ abgebildet wird. Je Auge ches sich unmittelbar vor dem ___________ befindet, Okular Leinwand Konvexlinse Der Umlenkspiegel hat die Aufgabe, dass das durch die ________________________ erzeugte Bild nicht Hohlspiegel Lampe Fresnellinse Glasplatte mit Folie Objektiv Umlenkspiegel Linsen eine Konvexlinse durch ___________________________ im Okular, wel- abgebildet _________________ wird. Dieses Zwischenbild wird schenbild, zeugt beispielsweise ein 50-fach vergrößertes Zwi- Konvexlinse Die eine ____________________ im Objektiv er- verwendet. Beim Mikroskop werden gleichzeitig zwei Konvexlinsen Das Mikroskop Mikroskopes Soll ein Gegenstand noch stärker vergrößert werden, geht dies mithilfe eines _____________________. eine 10-fache _____________________ Vergrößerung. Jedoch kann man die Brennweite nicht beliebig verkleinern. Mit Lupengläsern erreicht man in etwa ist die Vergrößerung. Die Einheit „Umlenkspiegel/Objektiv“ Folie aufgelegte ______________________ größer stärker Je kleiner die Brennweite, umso ________________ ist der Brechwert und umso __________________ Beim OHP wird eine auf der Glasplatte Der Overheadprojektor (OHP) Der Overheadprojektor vergrößert rer Netzhaut (Schirm) ________________ abbilden. Linsen Konvexlinse Die Lupe ist eine ____________________ (Sammellinse). Durch sie lassen sich Gegenstände auf unse- Die Lupe Von der Lupe zum Mikroskop Lösungen 54 15 Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude Klappspiegel Mattscheibe Prisma Verschluss Film Sucher Linsen Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude werden kann. 27 10 länger Bildweite b rung sein soll, umso ___________ ist das Objektiv, damit die ___________________ stärker verändert veränderte verändert wird. Auch im Sucher erscheint die _________________ Bildgröße. Je stärker eine Vergröße- verändern Ähnlich wie bei einer Lupe lässt sich auch hier die Bildgröße _________________, indem die Bildweite Der Zoom belichtet Dort befindet sich ein Film bzw. ein CCD-Chip, der ________________ wird und somit das Bild „festhält“. seitenverkehrt zu sehen war, nun auf dem Kopf und ___________________ auf der Kamerarückwand abgebildet wird. der Klappspiegel diesem Augenblick klappt ________________________ zur Seite, sodass das Motiv, welches im Sucher Sucher Auslöser Nachdem das Motiv durch den ___________ anvisiert wurde, wird der _______________ gedrückt. In Bildentstehung auf der Kamerarückwand seitenrichtiges welche ein aufrechtes und __________________ Bild im Sucher erzeugt. auf dem Kopf stehendes Richtung Prisma und ____________________________ Bild. Dieser reflektiert das Licht _______________________, Konvexlinse seitenverkehrtes Die _______________________ im Objektiv erzeugt auf dem Klappspiegel ein ____________________ Bildentstehung im Sucher vergrößert Zoom Bilder ______________ abbilden. entsteht. Weiterhin kann man mit dem Films/CCD-Chips Belichtung eines ____________________ das gleiche Bild, das später durch die Im Sucher der Kamera erscheint exakt Die Spiegelreflexkamera Die Spiegelreflexkamera Vervollständige das Versuchsprotokoll. Leinwand Licht und Farbe Leinwand Nabil Gad: Grundwissen Optik und Akustik © Persen Verlag, Buxtehude 28 _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ die in verschiedener Intensität leuchten, erzeugt. _________________________________________________________________________________ Beim Farbfernseher (RGB) werden alle Farben Rot, Grün und Blau, _________________________________________________________________________________ Durch die Überlagerung der Farben Rot, Grün und Blau entsteht Weiß. _________________________________________________________________________________ Ergebnis _______________________________ (z. B. Wasserfarben). _______________________________ von Farbpigmenten _______________________________ dieselben wie beim Mischen _______________________________ Die Mischfarben sind nicht _______________________________ Beobachtung Auf der Leinwand sollen mithilfe der Lichtquelle(n) 3 farbige Spots in den Farben Rot, Grün und Blau erzeugt werden. Die Spots sollen sich, wie in der obigen Skizze dargestellt, überlappen. Durchführung ggf. 3 Farbfilter _______________________________ Lichtquelle(n), _______________________________ Material / Skizze Aufgabe Mischung farbiger Lichter (Farbaddition) Lösungen 55 16 Impressum © 2011 Persen Verlag, Buxtehude AAP Lehrerfachverlage GmbH Alle Rechte vorbehalten. Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. 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Illustrationen: Seite 22: Tulpe, Auge (Marion El-Khalafawi), Seite 24: Brille (Marion El-Khalafawi), Seite 25: Mikroskop (Marion El-Khalafawi), Seite 26: Overheadprojektor (Marion El-Khalafawi), Seite 16: Spiegelreflexkamera (Marion El-Khalafawi) Konstruktionen: dtp-design Wahner und Loch Satz: dtp-design Wahner und Loch GbR, Leipzig Bestellnr.: 2404DA4 www.persen.de Nabil Gad: Optik: Linsen © Persen Verlag, Buxtehude 17
