Musterprüfung: Wellenlehre und Optik

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Musterprüfung: Wellenlehre und Optik
1.
Wie schnell breitet sich Licht in Wasser aus, wenn für die Brechzahl in Wasser
gilt nw = 4/3?
2.
Wie gross ist der Brechungswinkel, wenn ein Lichtstrahl (in der Luft) mit einem
Einfallswinkel von 60º auf eine Glasplatte mit n = 1.5 trifft?
3.
Ein Lichtstrahl trifft mit einem Einfallswinkel von 45º (in der Luft) auf eine
Flüssigkeit. Beim Eintauchen in die Flüssigkeit wird der Strahl gebrochen. Der
Brechungswinkel misst 30º.
a) Wie gross ist die Brechzahl der Flüssigkeit?
b) Wie schnell breitet sich Licht in der Flüssigkeit aus?
4.
Ein Lichtstrahl trifft auf ein Glasprisma mit gleichseitig-dreieckiger Grundfläche.
Für welchen Einfallswinkel verläuft der Lichtstrahl im Innern des Prismas parallel
zu einer Seitenfläche, wenn nGlas = 1.5?
5.
Ein Lichtstrahl (in der Luft) trifft mit einem
Einfallswinkel von 60º auf eine 6mm
dicke horizontale Glasplatte mit der
Brechzahl n = 1.5. Der Brechungswinkel
misst 35º. Auf der Unterseite der Glasplatte haftet eine spiegelnde Schicht. Der
Lichtstrahl wird an dieser Schicht
reflektiert und auf der Oberseite der Glasplatte erneut gespiegelt.
a) Wie schnell breitet sich Licht in der Glasplatte aus?
b) Welche Wegstrecke legt das Licht im Glas zurück und wie viel Zeit wird benötigt, um diese Wegstrecke zurückzulegen?
6.
In ein mit Wasser gefülltes Glas wird ein
Holzstab getaucht. (Siehe dazu nebenstehende Skizze!). Wenn man den
Stab von der Seite her betrachtet, erscheint der eingetauchte Teil dicker, als
der über dem Wasser befindliche Teil.
Erkläre!
7.
Ein Lichtstrahl trifft (aus der Luft) mit einem Einfallswinkel von 45º auf die
Oberfläche einer Flüssigkeit. Wie gross ist die Brechzahl der Flüssigkeit, wenn
der gebrochene Strahl mit dem Lot einen Winkel von 31º einschliesst?
8.
Ein weisser Lichtstrahl trifft mit einem Einfallswinkel von 60º auf eine dicke
Glasplatte. Um wie viel Prozent unterscheiden sich die Brechzahlen für rotes
und blaues Licht, wenn die Brechungswinkel für rotes und blaues Licht 35.3º,
resp. 34.0º messen?
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9.
Ein Lichtstrahl trifft (aus der Luft kommend) mit einem Einfallswinkel von 60º
auf eine 5 mm dicke Glasscheibe mit einer Brechzahl von 1.5.
a)
b)
c)
d)
Wie gross ist der Brechungswinkel?
Welche Wegstrecke legt das Licht im Glas zurück?
Wie schnell bewegt sich das Licht im Glas?
Wie lange dauert es, bis das Licht das Glas durchdrungen hat?
10. Eine Dame steht in einem Schuhgeschäft im Abstand von 2 m von einem vertikal aufgehängten Spiegel. Sie betrachtet im Spiegel ihre neuen roten Schuhe
mit hohen Absätzen. Wie lang ist der Weg des Lichts, das von den Schuhen
ausgeht und, nach einer Reflexion am Spiegel, auf die Augen der Trägerin trifft,
die sich im Abstand von 150 cm über den Schuhen befinden?
11. Bei einer seismischen Untersuchung werden seismische Wellen von einem
Geophon im Abstand von 2.4 km von der Quelle nach 3.2 s registriert. Nach
weiteren 0.8 s trifft aus dem Untergrund ein „Echo“ ein. Wir nehmen an, dass
dieses „Echo“ von einer reflektierenden horizontalen Schicht in einer Tiefe h
erzeugt wurde. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der seismischen Wellen sei
überall gleich. Wie gross ist h?
12.
Ein Fisch sieht über dem Wasser eine
Mücke schweben. Der Fisch will aus
dem Wasser springen und nach der
Mücke schnappen. Sieht der Fisch die
Mücke dort wo sie sich tatsächlich befindet? Erkläre mithilfe nebenstehender
Skizze.
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13. Der Eisbär Knut hat scheinbar ein weisses Fell. In Wirklichkeit sind seine Haare
durchsichtig und hohl. Seine Haut ist schwarz, genau wie seine Schnauze.
Erkläre in jeweils max. zwei kurzen Sätzen warum die
a) Haare weiss erscheinen.
b) durchsichtigen Haare und die schwarze Haut für den Eisbären in der Arktis
von Vorteil sind.
14. Eine Transversalwelle taucht zur Zeit t = 0 im Punkt A auf. Die Transversalwelle bewege sich auf der x-Achse und der Punkt A sei im Koordinatenursprung. Fünf Sekunden später taucht die Welle im Punkt B auf, der 15m vom
Punkt A entfernt liegt. Untenstehende Abbildungen zeigen die Welle zum
Zeitpunkt t = 0 und t = 5s.
a) Wie gross ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle?
b) Wie gross ist die Wellenlänge?
15.
Eine Oberflächenwelle im Wasser trifft, von links her kommend, auf eine Wand
mit zwei dünnen Spalten. Was geschieht auf der rechten Seite der Wand?
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