3. Klausur Physik Grundkurs Klasse 12 11.11.11

3. Klausur Physik Grundkurs Klasse 12
11.11.11
Dauer: 45 min
1. Schreiben Sie das Huygensche Prinzip auf. (3)
2. a) Vergleichen Sie die Welleneigenschaften Brechung und Beugung. (3)
b) Erklären Sie eine der beiden Eigenschaften mit dem Huygenschen Prinzip. (3)
3. Ein einfarbiger Lichtstrahl fällt unter dem
Einfallswinkel 50° auf ein Glasprisma, dessen
Grundfläche ein gleichschenkliges Dreieck ist.
Das Glasprisma hat für diese Lichtfarbe die
Brechzahl 1,5.
a) Um welchen Winkel wird der Lichtstrahl durch
das Prisma aus seiner ursprünglichen Richtung
abgelenkt? (5)
b) Skizzieren Sie den Strahlenverlauf durch das
Prisma für den Fall, dass der Lichtstrahl weißes
Licht ist. Kennzeichnen Sie dabei deutlich die
Farben des Lichtes. (2)
4. Die Abbildung zeigt den Strahlenverlauf eines
einfarbigen Lichtstrahls durch eine Glasplatte, bei dem
Reflexion als auch Brechung auftritt.
a) Orden Sie in der Tabelle die Zahlen den richtigen
Begriffen zu. (4)
EinfallsEinfallsReflexionsBrechungslot
winkel
winkel
winkel
b) Zeigen Sie, dass bei Veränderung des ersten
Einfallswinkels an einer Stelle Totalreflexion auftreten
kann. (3)
Lösungen:
1. Huygensches Prinzip:
Jeder Punkt einer Welle ist Ausgangspunkt für kugel- oder kreisförmige Elementarwellen.
Die Elementarwellen überlagern sich und bilden die neue Wellenfront.
2. Gemeinsamkeiten: Die Welle breitet sich nicht mehr geradlinig aus.
Unterschiede:
Beugung: Die Welle breitet sich an Kanten auch in dem abgeschatteten Bereich aus.
Brechung: Trifft eine Welle schräg auf ein Gebiet mit einer anderen
Ausbreitungsgeschwindigkeit, ändert es seine geradlinige Ausbreitung.
3. a)
1. Wie groß ist der Brechungswinkel des
einfallenden Lichtstrahls am Übergang LuftGlas?
sin α
=n
sin β
sin α
sin β =
n
β = 30,7°
Der Einfallswinkel auf der gegenüberliegenden
Seite berechnet sich über die
Innenwinkelsumme im Dreieck.
Es ist:
∢ CAB = 90° − 30,7°
∢ CAB = 59,3°
Damit kann ∢ BCA über die Innenwinkelsumme
berechnet werden.
∢ BCA = 80,7°
Der neue Einfallswinkel ist dann 9,3° groß.
Die zweite Brechung findet am Übergang
optisch dicht zu optisch dünn statt. es gilt:
sin α 1
=
sin β n
sin β = sin α⋅ n
β = 14°
Nun ist aber nicht der Winkel gefragt, unter dem
der Lichtstrahl das Glas verlässt, sonder der
Winkel, unter dem der Strahl aus seiner
ursprünglichen Richtung abgelenkt wurde.
Wenn der Strahl in das Glas eintritt, wird er um
γ1 = α1 −β1
γ1 = 50° − 30,7°
γ1 = 19,3°
abgelenkt.
Beim Austritt sind es
γ 2 =β2 − α 2
γ1 = 14° − 9,3°
γ1 = 4,7°
Das ergibt zusammen eine Ablenkung um 24°.
b) Es muss erkennbar sein, dass blaues Licht stärker gebrochen wird als rotes Licht.
4. a)
Einfallslot Einfallswinkel Reflexionswinkel Brechungswinkel
4, 7, 11
1, 6, 8
2, 9
3, 5, 10
b) Wird der Winkel 1 vergrößert, vergrößert sich auch der Winkel 8. Da an dieser Stelle eine
Brechung vom Lot weg erfolgt, ist Winkel 10 immer größer als Winkel 8 und kann damit auch
größer als 90° werden. Dann erfolgt an dieser Stelle Totalreflexion.