Sexl Physik 7, Schulbuch

| 18 w 1.4 Optische Instrumente Optische Geräte, wie Brillen, Lupen, Mikroskope, Fernrohre oder Projektoren er­ zeugen Bilder von Gegenständen. Die Bilder können den Gegenstand vergrößert oder verkleinert, aufrecht oder verkehrt, seitenrichtig oder seitenverkehrt zeigen. Dazu werden neben Glasprismen vor allem Sammel und Zerstreuungslinsen ver­ wendet bzw. auch kombiniert. Untersuche, überlege, forsche: Optische Bauelemente 18.1 Welche optischen Geräte besitzt du? Wie sind sie aufgebaut und wodurch unter- scheiden sie sich? 18.2 Untersuche verschiedene Brillen und probiere aus, wie durch das Aufsetzen einer Brille Bilder von Gegenständen verändert werden. 18.3 Hast du zu Hause optische Linsen? In welchen Geräten werden sie verwendet? 18.4 Wozu könnte man totalreflektierende Prismen ( 13.3 ) in optischen Geräten ver- wenden? 18.5 In deiner Klasse befindet sich bestimmt ein Overheadprojektor. Öffne gemeinsam mit deinem Lehrer, deiner Lehrerin den Projektor und untersuche die Funktionsweise der verschiedenen Bauelemente (vorher Stecker ziehen!). Sammel- und Zerstreuungslinsen Optische Linsen werden meist durch zwei Kugelflächen begrenzt. Durch die Ku­ gelmittelpunkte geht die optische Achse der Linse. Sammellinsen (Konvexlinsen) sind in der Mitte dicker als am Rand. Da sich die Lichtstrahlen im Glas langsamer fortpflanzen als in Luft, erfahren sie in der Mitte eine größere Verzögerung als am Rand ( 18.2 ). Das Licht wird daher beim Durchgang gebündelt ( 18.3 ). Bei Zerstreuungslinsen (Konkavlinsen) ist es genau umgekehrt, sie sind in der Mitte dünner als am Rand, das Licht wird zerstreut ( 18.4 ). Fallen Strahlen parallel zur optischen Achse auf eine Sammellinse, so schnei­ den sie einander hinter der Linse im sogenannten Brennpunkt F . Sein Abstand vom Linsenmittelpunkt heißt Brennweite f . Je stärker die Oberfläche der Linse gekrümmt ist, desto kleiner ist die Brennweite. Auch Zerstreuungslinsen haben einen Brennpunkt. Er ist allerdings nicht reell, weil die Strahlen einander dort nicht tatsächlich schneiden, sondern von diesem nur herzukommen scheinen. Aus diesem Grund liefern Zerstreuungslinsen immer virtuelle Bilder (s. S. 11). Das Auge bündelt die von der Linse herkommenden Lichtstrahlen so, dass auf der Netzhaut ein Bild entsteht. w  Experiment: Optische Linsen 18.1 Du brauchst: (a–c) verschiedene Sammellinsen, Halterung für Linse, Kerze, Schirm; (d) Experimentierleuchte, optische Scheibe, Mehrfachschlitz, Modelle verschiedener Sammellinsen; (e) Experimentierleuchte, optische Bank, Spalt, Sammellinse, Modell ei- nes Gegenstands, Schirm; (f) Sammellinse; (g) verschiedene Lupen Was ist zu tun? a) Lass Sonnenlicht durch eine Sammellinse auf ein Blatt Papier fallen. Verändere den Abstand Linse-Papier und beschreibe deine Beobachtung. In welchem Abstand der Linse beginnt das Papier zu brennen? (Achtung!) b) Nimm eine Sammellinse und betrachte durch die Linse verschiedene Gegenstände deiner Umgebung. Betrachte ferne und nahe Gegenstände. Notiere deine Beobach- tungen. c) Nimm als Lichtquelle eine Kerze und erzeuge mit einer Sammellinse ein möglichst scharfes Bild der Kerze auf einer Projektionsfläche. Wie musst du vorgehen, damit du ein sehr großes (sehr kleines) Bild erhältst? d) Erzeuge ein paralleles Strahlenbündel (Mehrfachschlitz). Befestige in der Mitte der optischen Scheibe das Modell einer Sammellinse so, dass die Lichtstrahlen achsen- parallel einfallen. Verwende zuerst das Modell einer dünnen Linse, dann das einer dicken Linse. Was beobachtest du? 18.1 Die mehrzellige Grünalge Volvox aureus in 100-facher Vergrößerung. F F 18.2 Die Verzögerung einer ebenen Welle in einer Sammellinse und einer Zerstreuungs- linse. Der Strahlengang innerhalb der Linse ist hier und in den folgenden Abbildungen verein- facht durch eine Brechung an der Mittelebene dargestellt. F 1 F 2 18.3 Dünne Sammellinsen sammeln (fokussieren) achsenparallele Lichtstrahlen im Brennpunkt F (F für Fokus). Sammellinsen haben zwei Brennpunkte. Die Verbindungslinie zwischen F 1 und F 2 wird als optische Achse bezeichnet, der Abstand des Brennpunktes F vom Linsenmittelpunkt als Brennweite f . 18.4 Zerstreuungslinse. Ein parallel zur optischen Achse einfallendes Lichtbündel wird gestreut (divergiert), und zwar so, dass die Strahlen von einem Punkt herzukommen scheinen. F wird daher als scheinbarer Brenn- punkt bezeichnet. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv