Optik - Bildkonstruktion an Spiegel und Linse - Physikaufgaben

Aufgaben zur Reflexion am ebenen Spiegel und zu Linsenabbildungen - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

Hilfe
  • Allgemeine Hilfe zu diesem Level
    Bilderzeugung bei einer dünnen Sammellinse
    Begriffe:

    • Die optische Achse oA geht waagerecht durch den Mittelpunkt der Linse.
    • Die Mittelachse m geht senkrecht durch den Mittelpunkt der Linse.
    • Im Brennpunkt F bündelt die Linse parallel einfallende Lichtstrahlen.
    • Die Brennweite f ist umso kürzer, je stärker die Linse gekrümmt ist.
    • Die Gegenstandsgröße G ist die Höhe des Gegenstands.
    • Die Gegenstandsweite g ist der Abstand des Gegenstands zur Mittelachse.
    • Die Bildgröße B ist die Höhe des scharfen Abbilds des Gegenstands.
    • Die Bildweite b ist der Abstand des scharfen Abbilds zur Mittelachse.

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  • Im einer Sammellinse werden alle parallel einfallenden Lichtstrahlen gebündelt. Seine Position hängt von der der Linse ab. Seinen Abstand von der Mittelachse bezeichnet man als .
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Bilderzeugung bei einer dünnen Sammellinse
Begriffe:

  • Die optische Achse oA geht waagerecht durch den Mittelpunkt der Linse.
  • Die Mittelachse m geht senkrecht durch den Mittelpunkt der Linse.
  • Im Brennpunkt F bündelt die Linse parallel einfallende Lichtstrahlen.
  • Die Brennweite f ist umso kürzer, je stärker die Linse gekrümmt ist.
  • Die Gegenstandsgröße G ist die Höhe des Gegenstands.
  • Die Gegenstandsweite g ist der Abstand des Gegenstands zur Mittelachse.
  • Die Bildgröße B ist die Höhe des scharfen Abbilds des Gegenstands.
  • Die Bildweite b ist der Abstand des scharfen Abbilds zur Mittelachse.
Bilder und Beziehungen der Größen:
    Reelles Bild bei g > f:
    • Bild ist umgekehrt und seitenverkehrt.
    • Kann man z.B. mit Schirm/Scheibe auffangen.
    • Je größer g, desto kleiner b und B.
    • Je größer f, desto größer b und B.
    • Bei g = 2f ist g = b und G = B.
    Virtuelles Bild bei g < f:
    • Bild ist aufrecht und seitenrichtig.
    • Kann man nicht auffangen. Nutzt man bei der Lupe.
    • Je größer g, desto größer b und B.
    • Je größer f, desto kleiner b und B.
Reflexions-Gesetz für den ebenen Spiegel
  • Ein Lichtstrahl wird so reflektiert, dass Einfallswinkel und Reflexionswinkel gleich groß sind.
  • Einfalls- und Reflexionswinkel werden zum Spiegellot hin gemessen. Das Spiegellot ist eine Hilfslinie senkrecht zum Spiegel. Möchtest du den reflektierten Strahl konstruieren, so musst du dort, wo der eintreffende Strahl den Spiegel trifft, also zuerst das Lot einzeichnen.
  • Einfallender Lichtstrahl, reflektierter Lichtstrahl und Einfallslot liegen in einer Ebene. Dies bedeutet nur, dass ein Lichtstrahl am Spiegel nicht einfach noch oben abgeknickt wird.
Beispiel
An einer Hauswand ist schräg ein Spiegel angebracht, damit du von deiner Position aus der Einfahrt heraus im Spiegel sehen kannst, ob ein Auto kommt. Das Bild zeigt eine Ansicht von oben:
graphik
Verwende für deine Konstruktion folgende Koordinaten:
X(5,7|0)
Endpunkte des Spiegels (5,7|7,5) und (10|10)
Auto A (14|8,5)
Auto B(10|4,5)
Konstruiere den Bereich, den du von deiner Position aus (X) mit dem Verkehrsspiegel einsehen kannst, und entscheide dann, ob die Autos im Spiegel sichtbar sind.
Konstruktion an Sammellinsen
Es gibt drei ausgezeichnete Strahlen:
  • Der Mittelpunktsstrahl (Strahl durch den Mittelpunkt der Linse) geht gerade durch.
  • Ein Parallelstrahl (parallel zur optischen Achse) wird hinter der Linse zum Brennpunktstrahl (d.h. er verläuft hinter der Linse durch den Brennpunkt der Linse).
  • Ein Brennpunktstrahl wird hinter der Linse zum Parallelstrahl.
Ein scharfes Bild entsteht dort, wo sich die Konstruktionsstrahlen schneiden.
Im Beispiel kannst du all dies im Bild sehen!
Beispiel
Konstruiere das Bild eines 2 cm hohen Gegenstands, der 5 cm von einer Linse entfernt steht. Die Brennweite der Linse beträgt 2 cm. Bestimme Bildweite und Bildgröße.