Physik I, Praktikum, Blatt 2

HOCHSCHULE BOCHUM
Fachbereich Geodäsie
Praktikum Physik
WS 2012/2013
Übung 2: Brennweitenbestimmung von Linsen- und Linsensystemen
Die Lage der gegenstands- und bildseitigen Brennpunkte sowie die beiden Hauptebenen von
einer plankonvexen und einer plankonkaven Linse sind an der Phywe-Tafel mit Hilfe von
achsparallelen Lichtstrahlen auszumessen. Für die plankonvexe Linse sind zusätzlich die Lage
der Brennpunkte für blaues, gelbes und rotes Licht auszumessen. Die beiden Linsen sind
anschließend zu einem Linsensystem mit einem vorgegebenen Abstand zu kombinieren. Für
dieses Linsensystem sind ebenfalls die Lage der beiden Brennpunkte sowie der beiden Hauptebenen zu bestimmen. Die Messergebnisse sind mit den rechnerisch zu ermittelden Größen zu
vergleichen. Als Brechungsindex ist der in Übung 1 ermittelte Brechungsindex zu verwenden.
Sämtliche Berechnungen sind jeweils sowohl für die gegenstandsseitige als auch für die bildseitige Lage durchzuführen und zu kontrollieren.
Im einzelnen handelt es sich um folgende Aufgaben:
1. Bestimmung der Lage der Brennpunkte der Plankonvexlinse in Abhängigkeit von der
Lichtfarbe
Die Lage der beiden Brennpunkte (Abstand von den beiden Scheitelpunkten der Linse) sind für
weißes, blaues, gelbes und rotes Licht zu bestimmen. Aus den Ergebnissen ist der Brechungsindex für die jeweilige Lichtfarbe zu berechnen.
Lage I
Austrittsfläche
Lage II
Austrittsfläche
2. Bestimmung der Lage der beiden Brennpunkte und der beiden Hauptebenen von zwei
Linsen
1
Für die Plankonvexlinse und die Plankonkavlinse sind die Lage der beiden Brennpunkte und der
beiden Hauptebenen (nur für weißes Licht) zu bestimmen. Die gemessenen Ergebnisse sind mit
den rechnerisch zu bestimmenden Größen zu vergleichen, wobei zunächst die ABCD-Matrizen
für beide Strahlrichtungen aufzustellen sind. Hierzu sind für die verwendeten Linsen folgende
Krümmungsradien zu verwenden:
Plankonvexlinse:
r = 90 mm
d = 90 mm
Plankonkavlinse:
r = 150 mm
d = 15 mm
3. Bestimmung der Lage der beiden Brennpunkte und der beiden Hauptebenen für ein
Linsensystem
Die beiden Linsen sind zu einem Linsensystem zu kombinieren. Die plankonkave Linse ist die
erste Linse, wobei die ebene Seite nach außen zeigen soll. Im Abstand d ist die plankonvexe
Linse mit der gekrümmten Seite nach außen symmetrisch zur optischen Achse anzuordnen (s.
nachstehende Abbildung). Jede Gruppe erhält einen individuellen Abstand.
Linsensystem aus Plankonkav- und Plankonvexlinse
Abstand d
Lage I
Abstand d
Lage II
2
Die ABCD-Matrizen sind sowohl für die Einzellinsen als auch für das Linsensystem für beide
Strahlrichtungen aufzustellen. Aus den Elementen der ABCD-Matrizen sind die Lage der
beiden Brennpunkte sowie der beiden Hauptebenen zu berechnen (ebenfalls für beide Strahlrichtungen). Die Ergebnisse sind graphisch maßstabsgetreu einzutragen. Die gemessenen Größen
sind darin mit einer anderen Farbe einzuzeichnen.
Jede Gruppe hat eine Auswertung anzufertigen.
Anmerkung: Sämtliche Größen sind in Bezug auf die Austrittsfläche zu messen (s. nachfolgende
Skizze)! Die Vorzeichen sind entsprechend dem Vordruck Strahlengang durch eine dicke Linse
zu vereinbaren.
Lage I
Austrittsfläche
Lage II
Austrittsfläche
Strahlengang durch eine dicke Linse
r1 H
n1
r2
n2
S
F
H'
n3
F'
S'
ψ
h
ψ'
d
∆
h'
f
f'
r : positiv
1
r : negativ
2
sämtliche anderen Größen positiv
3
Feldbuch
1. Lage des Brennpunktes für die Plankonvexlinse
Lichtfarbe
ψ' weiß
Lage I
Lage II
ψ' blau
ψ' gelb
ψ' rot
2. Lage der beiden Brennpunkte und der beiden Hauptebenen
Linse 1
Lage I
Lage II
Lage I
Lage II
Brennpunkt ψ'
Hauptebene h'
Linse 2
Brennpunkt ψ'
Hauptebene h'
3. Lage der beiden Brennpunkte und der beiden Hauptebenen für
ein Linsensystem
Linsensystem
Lage I
Brennpunkt ψ'
Hauptebene h'
Länge des
Zwischenraumes
4
Lage II

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