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Schulphysik 2 3. Linsen. Schulphysik 2.3 Grundregeln der geometrischen Optik 1. Licht breitet sich geradlinig aus, solange es sich in einem einzigen Medium.

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1 Schulphysik 2 3. Linsen

2 Schulphysik 2.3 Grundregeln der geometrischen Optik 1. Licht breitet sich geradlinig aus, solange es sich in einem einzigen Medium bewegt. 2. Licht kommt von einer Lichtquelle (selbstleuchtend oder angeleuchtet) 3. Der Lichtkegel einer Lichtquelle besteht aus unendlich vielen, unendlich dicht liegenden Lichtstrahlen 4. Wo kein Licht ist, ist Schatten 5. Nur Gegenstände, von denen Licht ins Auge fällt, sind sichtbar 6. Der Lichtweg ist umkehrbar 7. Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant, ihr Wert ist materialspezifisch (im Vakuum c = km/s)

3 Schulphysik 2.3 Linsen Defintion und Begriffe Linsen bestehen aus zwei gegeneinander gekrümmten optischen Grenzflächen bikonvexkonvexkonkavbikonkav Mittelebene optische Achse

4 Schulphysik 2.3 Linsen Charakteristische Größe: Brennweite bei (dünnen) Linsen sammeln sich alle parallel zur optischen Achse einfallenden Lichtstrahlen in einem Punkt: dem Brennpunkt. Er ist für jede Linse typisch (charakteristische Größe) Bezeichnung: Brennpunkt: F, Brennweite (Abstand Mittelebene - Brennpunkt): f; Brennebene: Ebene parallel zur Mittelebene durch den Brennpunkt

5 Schulphysik 2.3 Charakteristische Linsengrößen Brennweite: - Maßeinheit festgelegt durch die Maßeinheiten von Gegenstands- und Bildweite (z.B. cm) - je kleiner die Brennweite, desto stärken die Brechung der Lichtstrahlen - Sammelinsen: positive Brennweite, Streulinsen: negative Brennweite Brechkraft: - Maßeinheit Dioptrien (1 dpt): Eine Dioptrie ist der Kehrwert der Brennweite gemessen in Metern z.B. f = 20 cm = 1/5 m => 5 dpt 2 dpt => 1/2 m = 50cm = f - je größer die Brechkraft, desto größer die Dioptrienzahl - Sammellinsen: positive Dioptrienzahl, Streulinse: negative Dioptrienzahl

6 Schulphysik 2.3 Linsen: Brennweitenbestimmung 1. Direkte Brennpunktsbestimmung 2. Aus den Abbildungseigenschaften - Entfernung zum Objekt, bei dem keine Abbildung möglich ist (Umkehrung des Lichtwegs) - Entfernung, bei der sich die Lage des Bildes umdreht =>

7 Schulphysik 2.3 Abbildungseigenschaften der Sammellinse b g

8 Schulphysik 2.3 Linsengleichungen Experimentelle Bestimmung des Zusammenhangs von g,b und G (Objektgröße) und B (Bildgröße) - hell leuchtendes, gut messbares Objekt auf Bildschirm abbilden - Sammellinse mit definierter Brennweite - Berechnungen aus den Messwerten: b*g, b+g, (b*g)/(b+g): ergibt sich als konstant: f G B b/g erweist sich als gleichgroß mit B/G b-g ergibt keinen erklärbaren Effektg b (b*g)/(b+g) = f; lässt sich umformen zu 1/b + 1/g = 1/f (Linsengleichung) b/g = B/G ( = k ) ist die bekannte Abbildungsgleichung

9 Schulphysik 2.3 Konstruktion von Linsenbildern: besondere Strahlen Mittelpunktsstrahl: achsenparalleler Strahl: Brennpunktsstrahl

10 Schulphysik 2.3 Konstruktion von Linsenbildern: besondere Strahlen Mittelpunktsstrahl: achsenparalleler Strahl: Brennpunktsstrahl

11 Schulphysik 2.3 Konstruktion von Linsenbildern mit Hilfe der besonderen Strahlen Von jedem Punkt des Gegenstandes gehen beliebige Lichtstrahlen aus; dort, wo sich mehrere (mindestens zwei) dieser Lichtstrahlen wieder treffen, entsteht ein Bild des Gegenstandes Randbedingungen: dünne Linse, kleines Objekt

12 Schulphysik 2.3 Konstruktion von Linsenbildern: Streulinsen Die Konstruktion erfolgt nach dem gleichen Prinzip, jedoch mit seitenverkehrt liegenden Brennpunkten als Bezugsstellen: virtuelles Bild durch Projektion des Betrachters

13 Schulphysik 2.3 Vergleich: virtuelles Bild reelles Bild aufrechtumgekehrt seitenverkehrtseitenrichtig Lage objektseitigLage gegenüber Objekt nur vom Betrachterals Bild aufzeichenbar erkennbar

14 Schulphysik 2.3 Beispiel: Augenlinse Schema:

15 Schulphysik 2.3 Beispiel: Augenlinse Nahadaption:

16 Schulphysik 2.3 Beispiel: Augenlinse Kurzsichtigkeit:

17 Schulphysik 2.3 Beispiel: Augenlinse Fernadaption:

18 Schulphysik 2.3 Beispiel: Augenlinse Weitsichtigkeit:

19 Schulphysik 2.3


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