Optik: Übungen AFB I – Physik Klasse 11

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Aufgabenblock — AFB I

Diese Übung deckt alle Unterkapitel 5.0.1 bis 5.3.5 des Themas „Optik“ ab. Du löst 10 Standardaufgaben der Anforderungsstufe AFB I (Reproduzieren) — also: Gesetz oder Formel kennen, Werte einsetzen, ausrechnen. Diese Aufgaben sind die sicheren Punkte in jeder Klausur. Wer hier flott durchkommt, hat die Grundlage. Bei jeder Aufgabe gibt es bei Bedarf eine Formel-Erinnerung und die Lösung.

Schatten — Kernschattenhöhe

AFB I

Eine punktförmige Lampe steht 40 cm vor einem 30 cm hohen Körper. Der Schirm ist 120 cm von der Lampe entfernt. Wie hoch ist der Kernschatten auf dem Schirm?

Höhe = cm

Zentrische Ähnlichkeit: Lampe, Körperkante und Schattenkante liegen auf einer Geraden. Also Höhe : 30 = 120 : 40.

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Höhe = 30 · (120 : 40) = 30 · 3 = 90 cm

Geradlinige Ausbreitung → Strahlensatz

Reflexionsgesetz — Reflexionswinkel

AFB I

Ein Lichtstrahl trifft unter dem Einfallswinkel α = 34° auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel α′?

α′ = °

Reflexionsgesetz: α = α′. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zur Spiegelfläche.

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α′ = α = 34°

Winkel immer zum Lot

Brechungsgesetz — Brechungswinkel

AFB I

Licht fällt aus Luft (n₁ = 1,00) unter α = 30° auf eine Glasoberfläche (n₂ = 1,5). Berechne den Brechungswinkel β. Runde auf eine Nachkommastelle.

β = °

Snellius: n₁ · sin α = n₂ · sin β. Also sin β = 1,00 · sin 30° : 1,5 = 0,5 : 1,5.

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sin β = 0,5 : 1,5 = 0,3333 → β = sin⁻¹(0,3333) = 19,5°

Ins dichtere Medium: zum Lot hin

Brechkraft einer Sammellinse

AFB I

Eine Sammellinse hat die Brennweite f = 25 cm. Berechne ihre Brechkraft D in Dioptrien.

D = dpt

D = 1 / f — aber f muss dazu in Metern stehen: 25 cm = 0,25 m.

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D = 1 : 0,25 m = 4 dpt

1 dpt = 1 m⁻¹

Gegenstand bei g = 2f

AFB I

Eine Linse hat f = 12 cm, der Gegenstand steht in g = 24 cm Abstand. Berechne die Bildweite b.

b = cm

b = g · f : (g − f). Hier: b = 24 · 12 : (24 − 12).

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b = 288 : 12 = 24 cm — der Fall g = 2f, also auch b = 2f = 24 cm

g = 2f → b = 2f, Bild gleich groß

Linsengleichung — Bildweite

AFB I

Eine Sammellinse hat f = 10 cm. Ein Gegenstand steht in g = 30 cm Abstand. Berechne die Bildweite b.

b = cm

1/f = 1/g + 1/b, umgestellt: b = g · f : (g − f) = 30 · 10 : 20.

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b = 300 : 20 = 15 cm

Zwei Größen bekannt → dritte bestimmt

Abbildungsmaßstab aus den Weiten

AFB I

Für eine Abbildung gilt g = 30 cm und b = 15 cm. Wie groß ist der Abbildungsmaßstab β?

β =

β = B / G = b / g. Hier reicht der rechte Teil: β = 15 : 30.

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β = 15 : 30 = 0,5 — also verkleinert = 0,5

β < 1 heißt verkleinert

Bildgröße berechnen

AFB I

Ein G = 6 cm großer Gegenstand steht in g = 40 cm Abstand, das Bild entsteht bei b = 10 cm. Berechne die Bildgröße B.

B = cm

B / G = b / g, also B = G · b : g = 6 · 10 : 40.

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B = 6 · 10 : 40 = 60 : 40 = 1,5 cm

B folgt aus G und den Weiten

Mikroskop — Gesamtvergrößerung

AFB I

Ein Mikroskop trägt ein 40er-Objektiv und ein 10er-Okular. Wie groß ist die Gesamtvergrößerung V?

V = -fach

V = V_Objektiv · V_Okular — die beiden Stufen werden multipliziert, nicht addiert.

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V = 40 · 10 = 400-fach

Zwei Stufen → Produkt

A10

Fernrohr — Vergrößerung

AFB I

Ein Kepler-Fernrohr hat f_Objektiv = 90 cm und f_Okular = 15 cm. Berechne die Vergrößerung V.

V = -fach

V = f_Objektiv : f_Okular. Achtung: nicht die Summe — die wäre die Baulänge L.

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V = 90 : 15 = 6-fach

Langbrennweitiges Objektiv → große Vergrößerung

Wie war es?

Wie sicher fühlst du dich nach diesen 10 AFB-I-Aufgaben?

Übung — AFB I

Aufgabenblock — AFB I

Wie war es?