Optische Geräte
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Optische Geräte optische Achse F Mittelebene Zerstreuungslinsen Nach Durchgang durch eine Zerstreuungslinse laufen die Lichtstrahlen einer punktförmigen Lichtquelle stärker auseinander ( B1 ). F F Alle Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse auf eine Zerstreuungslinse treffen, werden von ihr so umgelenkt, als ob sie vom selben Punkt F vor der Zerstreuungslinse kämen. F B1 Wie ändert die Zerstreuungslinse Lichtwege? f PP’ F F Q’ Q Q’ Je stärker die Krümmung der Linsenoberfläche ist, desto stärker wird die Ablenkung, d. h. desto kürzer wird die Brennweite f der Linse. b B2 Bei der Zerstreuungslinse entsteht das virtuelle Bild durch Lichtbündel, die von Punkten vor der Linse herzukommen scheinen. Mittelebene B Glas optische Achse Bilder bei Zerstreuungslinsen Zerstreuungslinsen erzeugen virtuelle, aufrechte, verkleinerte Bilder der Gegenstände ( B2). Sammellinsen Nach Durchgang durch eine Sammellinse laufen die Lichtstrahlen einer punktförmigen Lichtquelle weniger stark auseinander ( B3 ). Parallele Strahlen laufen hinter der Sammellinse durch einen Punkt, den Brennpunkt F der Linse. P’ P Optische Linsen Durchsichtige Körper, deren Oberflächen wie Kugelkappen geformt sind heißen optische Linsen. Sie verändern den Weg des Lichts, wobei die Lichtwege durch optische Linsen umkehrbar sind. Bilder bei Sammellinsen Größe und Lage der mit einer Sammellinse erzeugten Bilder hängen von der Entfernung des Gegenstandes zur Linse ab. Ist sie größer als die Brennweite, so sind die Bilder reell, andernfalls sind sie virtuell ( B4 ). Gegenstands- Bildweite b Eigenschaften des weite g Bildes F A B3 Wie lenken Sammellinsen die Lichtstrahlen um? 8 Impulse Physik kompakt Bild Q’ F 1 f 1 g Q P’ B1 So lässt sich ein Bild konstruieren; beachte die Lage der Pfeile! Sehwinkel ohne Lupe Sehwinkel mit Lupe 1 b _ = _ + _ Das Linsengesetz gilt sowohl für Sammel- als auch für Zerstreuungslinsen, allerdings werden die Brennweiten im Falle der Zerstreuungslinsen als negativ definiert. Sehwinkel Der Sehwinkel bestimmt die Bildgröße ( B2 ). Je größer der Sehwinkel, desto größer wird das Bild auf der Netzhaut. Bei gleich bleibender Gegenstandsgrö­ße wird der Sehwinkel mit wachsender Gegenstandsweite (Entfernung) kleiner. optische Achse F Linsengesetz Bei einer Linsenabbildung besteht zwischen Gegenstands- und Bildweite folgender Zusammenhang: B2 Bildentstehung im Auge mit und ohne Lupe Objektiv Zwischenbild Okular (Lupe) Sehwinkel ohne Mikroskop B G Bz Lupe Eine Lupe enthält eine Sammellinse, mit der kleine Gegenstände innerhalb der Brennweite betrachtet werden. Ihre Vergrößerung wird aus dem Verhältnis von Sehwinkel mit Lupe zu Sehwinkel ohne Lupe bestimmt: g ≈ fObj b Sehwinkel mit Mikroskop fOku B3 Bildentstehung beim Mikroskop Sehwinkel mit Lupe Vergrößerung = ___________ Sehwinkel ohne Lupe Mikroskop Eine hoch brechende Sammel­ linse im Objektiv erzeugt im Mikroskop ein stark vergrößertes Zwischenbild. Dieses wird durch die Linse im Okular wie mit einer Lupe vergrößert ( B3 ). Das Mikroskop vergrößert für sehr nahe Gegenstände den Sehwinkel erheblich. Seine Vergrößerung ist das Produkt aus der Objektiv- und der Okularvergrößerung f < b < 2 f reell, umgekehrt, verkleinert g = 2 f b = 2 f reell, umgekehrt, gleich groß f < g < 2 f b > 2 f reell, umgekehrt, vergrößert g=f — kein Bild auf dem Schirm VM = VObj · VOku g<f b>g virtuell, aufrecht, vergrößert Fernrohr Das Objektiv des Fernrohrs erzeugt ein Zwischenbild, das aufgrund der großen Gegenstandsweite stark verkleinert ist. Dieses Zwischenbild wird durch das Okular betrachtet, welches als Lupe wirkt. So erscheint der Ge- B4 Zusammenhang zwischen Gegenstands- und Bildweite bei Sammellinsen Gegenstand P Um ein von einer Sammellinse erzeugtes Bild zu konstruieren, benötigt man zwei dieser drei Strahlen ( B1 ). g > 2 f F f Es gibt drei Lichtstrahlen, deren Verlauf durch eine Sammellinse vorhersagbar ist: – Lichtstrahlen durch die Linsenmitte; sie ändern ihre Richtung nicht, – Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse verlaufen; sie laufen hinter der Linse durch den Brennpunkt, – Lichtstrahlen, die durch den Brennpunkt vor der Linse gehen; sie verlaufen hinter der Linse parallel zur optischen Achse. Objektiv Okular a0 Zwischenbild BZ a0 fObj b aF aF B aF fOku B4 Die Bildentstehung beim Fernrohr ist mit der beim Mikroskop vergleichbar. genstand unter einem größeren Sehwinkel. Für die Vergrößerung gilt ( B4 ): fObj VF = _ f Oku Impulse Physik kompakt 9
