Reelle und virtuelle Bilder mit Sammellinsen.
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man die Java-Runtime-Environment. |
Beginne erst mit der Arbeit, wenn im Feld des Applets eine Linse (im Schnitt) mit Strahlen zu sehen ist.
Wir bringen einen Gegenstand vor eine optische Linse. Wir wollen hier
untersuchen, wie Bildgröße und Abbildungseigenschaften von der
Entfernung des Gegenstandes von der Linse und der Brennweite f der
Linse abhängen.
Die Brennweite f kann hier nicht verändert werden. Sie beträgt
fest 10 cm.
Man kann mit gedrückter linker Maustaste die Koordinaten der Maus "abtasten" und damit Längen messen. Diese werden im Applet in einem kleinen Fenster unten links eingeblendet.
Fragen / Aufgaben:
1.) Gegenstandsweite g > Brennweite f.
Zunächst beträgt die Gegenstandsweite g (Abstand Pfeil-Linsenmitte) 20 cm. Sie ist damit genau doppelt so groß wie die Brennweite f (10 cm).
- Wie groß ist die Bildweite b? (Entfernung Linse-Bildpfeil)
- Vergleiche dabei die Bildgröße B und Gegenstandgröße G.
- Ist das Bild aufrecht oder "auf dem Kopf"?
Entferne nun mit dem Regler "Gegenstandsweite g " den Gegenstand von der Linse.
- Wie verändern sich dabei die Bildweite b und die Bildgröße B?
Bringe nun den Gegenstand immer näher an die Linse heran.
Dabei soll die Gegenstandsweite g immer noch größer als die
Brennweite f sein, d.h. der Pfeil bleibt immer noch
links von (roten) Brennpunkt.
- Wie ändert sich die Bildweite b nun?
- Vergleiche die Bildgröße B mit der Gegenstandsgröße G.
Bringe den Gegenstand immer näher an den Brennpunkt heran.
- Wie verlaufen nun Achsenparallelstrahl und Mittelpunktsstrahl?
- Wo schneiden sich die beiden Stahlen?
- Wo entsteht also das Bild?
2.) Gegenstandsweite g < Brennweite f.
Bewege nun den Pfeil so nahe an die Linse heran, dass er zwischen
Brennpunkt und Linse liegt.
Nun ist also die Gegenstandsweite g kleiner als die Brennweite f.
- Wo entsteht das Bild nun?
- Ist das Bild aufrecht oder "auf dem Kopf"?
Gilt die Linsengleichung 1/f=1b + 1/g hier immer noch?
- Berechne die Bildweite b für den Fall, dass die Gegenstandsweite g
gerade halbe Brennweite f beträgt.
(Der Pfeil befindet sich dann genau in der Mitte zwischen Linsenmitte und Brennpunkt) - Bringe den Pfeil dorthin und prüfe nach!
- Vergleiche Bildgröße B und Gegenstandsgröße G für diesen Fall!
3.) Der Verlauf der einzelnen Strahlen.
Klicke auf die Kontrollkästchen bis nur noch
"Achsenparallelstrahl" ein Häkchen hat.
Es wird nun nur der Achsenparallelstrahl angezeigt.
Verschiebe anschließend mit dem Regler "Gegenstandsweite g" den Pfeil so, dass er einmal links vom Brennpunkt und einmal rechts vom Brennpunkt liegt.
- Wie verändert sich der Verlauf des Strahls dabei?
Klicke "Achsenparallelstrahl" nochmals an, er wird
ausgeblendet. Klicke nun "Mittelpunktstrahl".
Verschiebe wieder den Regel "Gegenstandsweite g".
- Mache Dir den Verlauf des Mittelpunktstrahles klar
Verfahre mit dem "Brennpunktstrahl" genauso.
- Wie verläuft der Brennpunktstrahl für g > f und für g < f ?
Hast Du alles verstanden?
- Nimm ein Blatt Papier und zeichen die Optische Achse, die Mittelachse und
eine Linse mit Brennpunkten ein.
Zeichne genau in der Mitte zwischen Linse und Brennpunkt einen Gegenstand (Pfeil).
Konstruiere das Bild.
Versuche dabei, nicht auf den Computerbildschirm zu sehen.
Wenn du Hilfe brauchst, benutze die Simulation der einzelnen Strahlen noch einmal.
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang
Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA ( |