Physik verstehen 4, Schulbuch

2 ! Wie arbeite ich mit diesem Buch? Christian Mašin und Gerald Grois Liebe Schülerin, lieber Schüler! In der vierten Klasse wirst du die Physik des Lichts genauer kennen lernen. Hast du gewusst, dass die meisten Lichtarten für uns nicht sichtbar sind? Du verwendest sie aber, um „unsichtbar“ Informationen zu übertragen, zB beim Telefonieren und bei der Übertragung von Funksignalen. Weitere wichtige Themen in diesem Schuljahr werden zB Elektrizität und Magnetismus, Kräfte und Bewegungen sowie die Nutzung radioaktiver Stoffe sein. Auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie dieses Buch aufgebaut ist. Das Schulbuch hat vier große Kapitel (zB „Die Welt des Sichtbaren“). Jedes Kapitel besteht aus mehreren Themen (zB „Sammel- und Zerstreuungs­ linse“). Zwei gegenüberliegende Seiten behandeln ein Thema. 18 19 DieWeltdesSichtbaren 1 Sammel- und Zerstreuungslinse 1. Welche Besonderheiten zeigen Sammellinsen? Sammellinsenerkennenwirdaran,dass sie inderMittedicker sindalsamRand. Mannennt sieauch Konvexlinsen (lat. convexus …gewölbt). Richtungswechsel (Abb.18.1) E1 Fülleein zylindrischesGlasmitWasserund lasseinSpielzeugautodahinter vorbeifahren. BlickstdudurchdasGlas, fährtes indieandereRichtung. Lässtdueinzelneparallele LichtstrahlendurcheineSammellinse fallen, erkennstdu,dassdiese ineinemPunkt zusammentreffen (Abb.18.2).Dieser Punktwird BrennpunktF (für lat. focus )genannt. DieEntfernung vomBrennpunkt F zum Linsenmittelpunktheißt Brennweite f . ImBrennpunkt! (Abb.18.3) E1 LegeeinegroßeflacheSammellinse (Fresnellinse)aufeinenOverhead- Projektor.Suchemiteinem schwarzenStückNaturpapierdenBrennpunkt. Nach kurzerZeit fängtdasPapier zu rauchenan. UmdieEntstehung vonBildernaneinerSammellinseerklären zu können, benötigenwiralsKonstruktionshilfebesondere Lichtstrahlen (Abb.18.6): 2. Wie erzeugen Sammellinsen wirkliche Bilder? EinkleinerProjektor (Abb.18.5) E1 StelleeineKerze,eineSammellinseundeineMattscheibe ineinerReihe auf.VerschiebedieKerzeunddieMattscheibe so,dassduein Lichtbildder KerzeaufderMattscheibe sehen kannst. Mithilfe vonSammellinsen kannman zBbei Projektoren und Fotoapparaten wirkliche (reelle)Bildererzeugen.Dazumuss sichderGegenstandaußerhalb dereinfachenBrennweite f befinden. JeweiterderGegenstand vomBrennpunktentfernt ist,desto kleinerwirddas reelle Lichtbild. V1 18.1 Richtungswechsel DasgefüllteGlasändertdieRichtungdes Spielzeugautos. a a optischeAchse F f 18.2 Paralleleinfallende Lichtstrahlen treffen imBrennpunkt zusammen. V2 18.3 ImBrennpunkt AuchWärmestrahlung isteineArt von Licht undwirddurch Linsenabgelenkt. Parallelstrahlen tretendurchdenBrennpunktaus. Brennpunktstrahlen tretenparallel zuroptischenAchseaus. Mittelpunktstrahlen behalten ihreRichtungbei. M M 1 F 1 f 1 f 2 F 2 M 2 a O M Krümmungsmittelpunkt,O Linsen- mittelpunkt ,F Brennpunkt, f Brennweite, a optischeAchse Mittelpunktstrahl Brennpunktstrahl Parallelstrahl 18.6 Soentstehtein reellesBildander Sammellinse. V3 18.5 Ein kleinerProjektor–ReelleBilder könnenwiraufder Leinwandauffangen. EineSammellinse liefert verkehrte , wirkliche ( reelle ) Bilder ,wenn sich derGegenstand außerhalbderBrennweite f befindet. M 18.4 Konkav-undKonvexlinseerzeugen unterschiedlicheBilder. 3. Wie funktioniert eine Lupe? Eine Lupe (Abb.19.1) E1 BeobachteeineKerzenflammedurcheineSammellinse so,dassdu ihrBild vergrößertundaufrecht siehst.KannstdudasBildderKerzeauchaufeiner Mattscheibeeinfangen? BeimVersuch,das LichtderKerzebeiV4einzufangen,wirddiretwasaufgefallen sein.Der Lichtfleck läuft immerweiterauseinanderunderzeugt kein Lichtbild, das sichaufeiner Leinwandauffangen lässt.DasBild,dasdu inder Lupe siehst, ist scheinbar (virtuell,Abb.19.2). 4. Wie entstehen Bilder an Zerstreuungslinsen? Zerstreuungslinsen sind inderMittedünneralsamRand.Sieheißenauch Konkavlinsen (lat. concavus …ausgehöhlt). VerkleinerteBilder (Abb.19.3) E1 BetrachteeineKerzedurcheineZerstreuungslinse.VeränderedenAbstand und versuche,ein LichtbildmiteinerMattscheibeaufzufangen. Fallenparallele Lichtstrahlendurcheine Zerstreuungslinse, laufen sienachder Linse soauseinander,als kämen sie vom ZerstreuungspunktZ (Abb.19.4). Dadurch treffendie Lichtstrahlennachder Linsenichtmehr zusammenund können kein reelles Lichtbilderzeugen,dasmanaufeiner Leinwandauffangen kann.AlleBilderander Zerstreuungslinse sinddaher virtuell. AuchhierhelfenunsdiebesonderenStrahlen (Abb.19.5): Parallelstrahlen verlaufennachder Linse so,als kämen sie vom Zerstreuungs- punkt Z 1 . Strahlen inRichtungdesZerstreuungspunktesZ 2 verlaufennachder Linseparallel. Mittelpunktstrahlen werdennichtabgelenkt. 5. Was sind Abbildungsfehler? Um inderPhysikVorgängebeschreiben zu können,werdenoft vereinfachte Annahmengetroffen.Linsenwerden zBalsdünneroder flacherbetrachtet,als sie inWirklichkeit sind.Daher können Linsen inderPraxisunscharfeoder verzerrteBildererzeugen.Abbildungsfehler könnenauftreten. V4 19.1 Eine Lupe –VirtuelleBilder könnenwir nichtaufeine Leinwandprojizieren. EineSammellinsewirktals Lupe ,wenn sichderGegenstand innerhalb derBrennweite f befindet. DasBild ist scheinbar ( virtuell ), aufrechtund vergrößert . M F 2 a virtuellesBild F 1 19.2 Soentstehtein virtuellesBildander Sammellinse. V5 19.3 VerkleinerteBilder –AlleBilder sind verkleinertund virtuell. Z 19.4 DerStrahlenverlaufanderZerstreu- ungslinse a virtuellesBild Z 1 Z 2 19.5 Soentstehtein virtuellesBildander Zerstreuungslinse. Durch Zerstreuungslinsen siehtmannur scheinbare ( virtuelle ), verklei- nerteundaufrechteBilder . M 19.6 Eine leereGlaskugelwirkt imWasser wieeineKonkavlinse. Infobox: Focus bedeutet „Feuerstätte“. DerBrennpunkthat seinen Namen vomheißenBildder SonnedurcheineSammellinse. Infobox: Sammellinsenhaben 2Brennpunkte (F 1 und F 2 ), Zerstreuungslinsen 2 Zerstreu- ungspunkte (Z 1 undZ 2 )! Jenachdem,wiedas Licht durchdie Linsen läuft.  Arbeitsheft-Seite 10–11 Jedes Thema ist durch Fragen gegliedert. Physikerinnen und Physiker stellen Fragen an die Natur und versuchen, sie durch Versuche und logisches Denken zu beantworten. Die Beantwortung liefert meist ein Versuch. Die Versuche sind oft einfach nachzumachen, ob im Physikunterricht oder zu Hause. Physik ohne Versuche funktioniert nicht! Manchmal benötigst du zusätzliche Hinweise zu den Versuchen. Du findest sie auf den Seiten 96 bis 98. Versuche für Lehrerinnen und Lehrer sind mit LV gekennzeichnet. Erklärungen zu den Ergebnissen der Versuche und weitere Inhalte findest du im Text. Merktexte fassen die wichtigsten Informationen kurz zusammen. Infoboxen stellen Sachverhalte einfach dar und liefern zusätzliche Informationen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv