PhysikmitExperimenten 7.Übung–Strahlenoptik WS2015/16 Physik mit Experimenten 7. Übung – Strahlenoptik 1. Aufgabe Eine Person habe die Größe 𝐺 und möchte ihr vollständiges Bild in einem ebenen Spiegel sehen. Ihre Augen befinden sich dabei im Abstand 𝑠 unter dem höchsten Punkt des Kopfes. Wie hoch muss der Spiegel dazu mindestens sein? In welcher Höhe über dem Boden muss er aufgehängt werden? 2. Aufgabe Ein Lichtstrahl treffe von Luft auf ein transparentes Material mit einer unbekannten Brechzahl 𝑛, welche größer als die von Luft ist. Fällt er unter einem bestimmten Winkel 𝛼 zur Normalen ein, stehen reflektierter und gebrochener Strahl senkrecht aufeinander. Bestimmen sie die Brechzahl und geben sie eine untere Grenze für 𝛼 an. 3. Aufgabe Ein Lichtstrahl treffe auf einen Glasquader ( 𝑛% = 1,5 ), der fast vollständig in Wasser (𝑛+ = 1,33) eingetaucht ist (siehe Abbildung). a) Berechnen Sie den Grenzwinkel 𝜃 , für den sich am Punkt P gerade noch Totalreflexion ergibt. b) Bleibt die Totalreflexion auch nach Entfernen des Wassers erhalten? 4. Aufgabe Konstruieren Sie das entstehende Bild an einer dünnen Sammellinse, wenn a. der Gegenstand zwischen Brennweite und doppelter Brennweite steht. b. der Gegenstand außerhalb der doppelten Brennweite steht. c. der Gegenstand innerhalb der Brennweite steht. Geben Sie jeweils die Eigenschaften des entstehenden Bildes (reell/virtuell, aufrecht/umgekehrt, vergrößert/verkleinert) an. 5. Aufgabe Zwei Sammellinsen mit jeweils 2 cm Brennweite haben einen Abstand von 7 cm. Ein Gegenstand stehe 4 cm vor der ersten Linse. a. Fertigen Sie eine Abbildungsskizze an und überprüfen Sie den so ermittelten Ort des Bilds mit Hilfe der Abbildungsgleichung. b. Ist das Bild reell oder virtuell, ist es aufrecht oder steht es auf dem Kopf? 6. Aufgabe Auf einer Oberfläche aus Glas mit der Brechzahl 1,50 befindet sich eine Wasserschicht (Brechzahl 1,33). Licht, dass sich im Glas ausbreitet, fällt auf die Glas-Wasser-Grenzfläche. Berechnen Sie den Grenzwinkel der Totalreflexion. 7. Aufgabe Mit einer dünnen Sammellinse der Brennweite 10 cm wird ein umgekehrtes Bild erzeugt, das doppelt so groß ist wie der Gegenstand. Wie groß sind Gegenstands- und Bildweite? Skizzieren Sie den Strahlengang! 8. Aufgabe Konstruieren Sie den Strahlengang an einer Zerstreuungslinse! PhysikmitExperimenten 7.Übung–Strahlenoptik WS2015/16 Hinweise zum Übungsblatt Die Übungsblätter sind auf den in der Vorlesung Physik (mit Experimenten) behandelten Stoff abgestimmte Aufgabensammlungen, sowohl zur Vorbereitung der Übung, zum eigenständigen Üben der in den Lehrveranstaltungen besprochenen Herangehensweise nach der Übung und auch zur Vorbereitung auf den Problemlösungsteil der Klausur. Ein Aufgabenblatt umfasst i.d.R. den Stoff von bis zu zwei Vorlesungen. Entsprechend ihres Schwierigkeits- und/oder Komplexitätsgrades sind die Aufgaben wie folgt markiert: in etwa Klausurniveau. Dieser Aufgabentyp sollte spätestens nach der Besprechung in der Übung ohne Probleme für Sie lösbar sein. etwas über Klausurniveau oder komplexer als die typische Klausuraufgabe - sie sollten diese Aufgaben nach der Übung trotzdem lösen können. Probieren Sie unbedingt, eine Lösung für diese Aufgaben zu finden! anspruchsvolle oder komplexe Aufgaben. Sie sollten spätestens nach der Übung in der Lage sein, eine Lösungsidee zu formulieren und den Ansatz anzugeben. Übungsaufgaben, die in der Übung besprochen werden, sind mit gekennzeichnet. Für diese Probleme sollten Sie unbedingt vor der Übung versuchen, eine Lösung zu erarbeiten - nur dann können Sie optimal von der Lehrveranstaltung profitieren! Für alle weiteren Übungsaufgaben stehen für Ihre eigene Nachbereitung zur Auswahl bereit - nutzen Sie dies eigenverantwortlich! Sie erhalten dazu Lösungsansätze und Endergebnisse als separates Dokument auf der Webseite zur Vorlesung/Übung. Rückfragen sind selbstverständlich in der Lehrveranstaltung möglich - entweder direkt im Anschluss an die Bearbeitung der Pflichtaufgaben, oder vor Beginn der Bearbeitung des nächsten Arbeitsblattes. Viel Erfolg & Spaß bei der Bearbeitung der Probleme! Sascha Gruner
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