Brechung und Linsen

Refraction and Lenses

Physik Klasse 8 20 Aufgaben
OptikBrechungLinsenAuge

Beim Übergang zwischen Medien Ă€ndert Licht seine Richtung: zum Lot hin ins optisch dichtere, vom Lot weg ins dĂŒnnere Medium. Eine Sammellinse bildet damit ab; die drei ausgezeichneten Strahlen (Parallel-, Mittelpunkt-, Brennpunktstrahl) legen Lage und Art des Bildes fest, das je nach Gegenstandsweite reell oder virtuell ist. Zentrale Anwendung ist das Auge: die Abbildung auf die Netzhaut, Kurz- und Weitsichtigkeit und ihre Korrektur durch Linsen. Setzt das Punkt-fĂŒr-Punkt-VerstĂ€ndnis der Bildentstehung voraus und trĂ€gt Totalreflexion und optische GerĂ€te.

Leicht
Multiple Choice #1 12s ▶ Testen

Ein Laserstrahl trifft unter 40° zum Lot schrÀg auf eine GlasflÀche. Unter welchem Winkel zum Lot lÀuft er im Glas weiter?

  • ● 25°
  • ○ 40°
  • ○ 55°
Beim Übergang vom optisch dĂŒnneren Medium (Luft) ins optisch dichtere Medium (Glas) wird der Strahl zum Lot hin gebrochen — der Brechungswinkel ist kleiner als der Einfallswinkel. 40° hieße gar keine Brechung, 55° wĂ€re vom Lot weg.
Wahr / Falsch #2 12s ▶ Testen

Eine Taucherin richtet ihre Lampe schrÀg nach oben zur WasseroberflÀche. Beim Austritt in die Luft knickt der Strahl vom Lot weg.

✓ Wahr
Richtig — beim Übergang vom optisch dichteren Medium (Wasser) ins optisch dĂŒnnere Medium (Luft) wird der Strahl vom Lot weg gebrochen. Der Brechungswinkel ist grĂ¶ĂŸer als der Einfallswinkel.
Multiple Choice #3 12s ▶ Testen

Drei Glaskörper liegen auf dem Tisch. Mit welchem kannst du Sonnenlicht in einem hellen Punkt auf einem Blatt Papier bĂŒndeln?

  • ● Mit dem Glas, das in der Mitte dicker ist als am Rand
  • ○ Mit dem Glas, das in der Mitte dĂŒnner ist als am Rand
  • ○ Mit der ĂŒberall gleich dicken Glasplatte
Das ist eine Sammellinse (konvexe Linse) — in der Mitte dicker als am Rand. Sie bĂŒndelt parallel einfallende Sonnenstrahlen im Brennpunkt F. Die randdicke Linse zerstreut das Licht, die Glasplatte lĂ€sst es parallel weiterlaufen.
LĂŒckentext #4 15s ▶ Testen

Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer Sammellinse und ihrem Brennpunkt heißt ___.

✓ Antwort: Brennweite
Die Brennweite f ist der Abstand zwischen der Linsenmitte und dem Brennpunkt. Sie ist eine wichtige KenngrĂ¶ĂŸe jeder Linse.
Multiple Choice #5 12s ▶ Testen

Ein Brillenglas ist in der Mitte dĂŒnner als am Rand. Was macht es mit einem parallelen Laserstrahl-BĂŒndel?

  • ● Es fĂ€chert die Strahlen auseinander
  • ○ Es bĂŒndelt die Strahlen in einem Punkt
  • ○ Es lĂ€sst die Strahlen parallel weiterlaufen
Ein in der Mitte dĂŒnnes Glas ist eine Zerstreuungslinse (konkave Linse). Sie zerstreut parallele Lichtstrahlen, sodass sie scheinbar von einem virtuellen Brennpunkt vor der Linse kommen.
Wahr / Falsch #6 10s ▶ Testen

Das Bild, das ein Beamer an die weiße Wand wirft, ist ein reelles Bild.

✓ Wahr
Richtig! Die Lichtstrahlen treffen sich tatsĂ€chlich an der Wand — deshalb lĂ€sst sich das Bild dort auffangen. Genau das ist das Kennzeichen eines reellen Bildes.
LĂŒckentext #7 15s ▶ Testen

Die Sammellinse im Auge fokussiert das Licht auf die ___.

✓ Antwort: Netzhaut
Die Augenlinse bĂŒndelt das einfallende Licht so, dass auf der Netzhaut (Retina) ein scharfes, reelles, umgekehrtes Bild entsteht. Gedreht wird dabei nichts — das Gehirn hat gelernt, das Netzhautbild richtig zu deuten.
Wahr / Falsch #8 10s ▶ Testen

Du betrachtest eine Kirchturmspitze. Auf deiner Netzhaut zeigt die Spitze nach unten.

✓ Wahr
Richtig! Die Augenlinse erzeugt ein reelles, umgekehrtes, verkleinertes Bild auf der Netzhaut — die Spitze landet unten. Das Gehirn verarbeitet das Signal so, dass wir die Welt trotzdem aufrecht wahrnehmen.
Multiple Choice #9 10s ▶ Testen

Ein Lichtstrahl trifft senkrecht auf eine Glasplatte. Was passiert?

  • ● Er geht ohne RichtungsĂ€nderung hindurch
  • ○ Er wird zum Lot hin geknickt
  • ○ Er wird an der OberflĂ€che totalreflektiert
Bei senkrechtem Einfall (Einfallswinkel = 0°) findet keine Brechung statt — der Strahl geht geradlinig durch die GrenzflĂ€che. Gebrochen wird nur bei schrĂ€gem Einfall; Totalreflexion gibt es nur beim Übergang vom dichteren ins dĂŒnnere Medium.
Wahr / Falsch #10 12s ▶ Testen

Ein Sonnenstrahl fĂ€llt schrĂ€g auf einen Teich. Im Wasser lĂ€uft er steiler — also nĂ€her am Lot — weiter als in der Luft.

✓ Wahr
Richtig! Wasser ist optisch dichter als Luft. Beim Eintritt ins dichtere Medium wird der Strahl zum Lot hin gebrochen und verlÀuft steiler.
Mittel
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Mit einer Sammellinse (Brennweite 10 cm) willst du ein verkleinertes, umgekehrtes Bild einer Kerze auf einem Schirm auffangen. Wo muss die Kerze stehen?

  • ● 30 cm vor der Linse
  • ○ 10 cm vor der Linse
  • ○ 5 cm vor der Linse
Ist der Gegenstand mehr als zwei Brennweiten (hier 20 cm) von der Linse entfernt, entsteht auf der anderen Seite ein reelles, verkleinertes, umgekehrtes Bild — so funktioniert eine Kamera. Bei 10 cm (im Brennpunkt) entsteht gar kein Bild, bei 5 cm nur ein virtuelles, vergrĂ¶ĂŸertes.
Multiple Choice #2 15s ▶ Testen

Ein kleines LĂ€mpchen steht genau im Brennpunkt einer Sammellinse (f = 5 cm). Was findest du, wenn du hinter der Linse einen Schirm hin- und herschiebst?

  • ● Nirgends ein scharfes Bild — das Licht lĂ€uft als paralleles BĂŒndel weiter
  • ○ Ein scharfes Bild genau 5 cm hinter der Linse
  • ○ Ein scharfes Bild direkt an der LinsenrĂŒckseite
Steht der Gegenstand genau im Brennpunkt, verlaufen die gebrochenen Strahlen parallel zueinander. Sie treffen sich in keinem Punkt — auf keinem Schirmabstand entsteht ein Bild.
Multiple Choice #3 15s ▶ Testen

Du benutzt eine Linse mit Brennweite 6 cm als Lupe und willst eine Briefmarke aufrecht und vergrĂ¶ĂŸert sehen. In welchem Abstand vor der Linse hĂ€ltst du die Briefmarke?

  • ● 4 cm
  • ○ 6 cm
  • ○ 15 cm
Nur wenn der Gegenstand nĂ€her als der Brennpunkt steht (hier nĂ€her als 6 cm), entsteht ein virtuelles, aufrechtes, vergrĂ¶ĂŸertes Bild — das Prinzip der Lupe. Bei genau 6 cm entsteht kein Bild, bei 15 cm ein umgekehrtes reelles.
Multiple Choice #4 15s ▶ Testen

Eine Sammellinse wirft ein scharfes Bild einer Kerze auf einen Schirm. Du klebst die untere HĂ€lfte der Linse mit Papier ab. Was passiert mit dem Bild?

  • ● Das ganze Bild bleibt, wird aber lichtschwĂ€cher
  • ○ Die untere HĂ€lfte des Bildes verschwindet
  • ○ Die obere HĂ€lfte des Bildes verschwindet
Jeder Bildpunkt entsteht aus einem breiten StrahlenbĂŒndel, das durch die ganze Linse lĂ€uft. Deckt man die halbe Linse ab, sammelt jeder Bildpunkt weniger Licht — das vollstĂ€ndige Bild bleibt, nur dunkler. Kein Bildteil fĂ€llt weg.
Multiple Choice #5 12s ▶ Testen

Jonas liest BĂŒcher mĂŒhelos, erkennt aber Gesichter auf dem Pausenhof erst aus der NĂ€he. Wo entsteht in seinem Auge das Bild der fernen Gesichter?

  • ● Vor der Netzhaut
  • ○ Genau auf der Netzhaut
  • ○ Hinter der Netzhaut
Jonas ist kurzsichtig: Der Augapfel ist zu lang oder die Brechkraft zu groß, das Bild ferner GegenstĂ€nde entsteht vor der Netzhaut und ist dort schon wieder unscharf. Korrektur: Zerstreuungslinse (Minusglas).
Multiple Choice #6 12s ▶ Testen

Opa hĂ€lt die Zeitung auf ArmlĂ€nge von sich weg — erst dann werden die Buchstaben scharf. Welches Brillenglas braucht er zum Lesen?

  • ● Eine Sammellinse (Plusglas)
  • ○ Eine Zerstreuungslinse (Minusglas)
  • ○ Eine Zylinderlinse
Opa ist weitsichtig — die Brechkraft seines Auges reicht fĂŒr die NĂ€he nicht, das Bild wĂŒrde hinter der Netzhaut entstehen. Eine Sammellinse (Plusglas) verstĂ€rkt die Brechung und verlagert das Bild auf die Netzhaut.
LĂŒckentext #7 20s ▶ Testen

Bei der Abbildung durch eine Sammellinse nutzt man drei besondere Strahlen: den Parallelstrahl, den Mittelpunktstrahl und den ___.

✓ Antwort: Brennpunktstrahl
Die drei Hauptstrahlen sind: Parallelstrahl (parallel zur optischen Achse, geht nach Brechung durch den Brennpunkt), Mittelpunktstrahl (durch die Linsenmitte, ungebrochen) und Brennpunktstrahl (durch den Brennpunkt, wird nach Brechung parallel).
Multiple Choice #8 12s ▶ Testen

Ein Gegenstand steht in doppelter Brennweite (2f) vor einer Sammellinse. Wie ist das Bild?

  • ● Gleich groß und umgekehrt
  • ○ Verkleinert und umgekehrt
  • ○ VergrĂ¶ĂŸert und umgekehrt
Bei Gegenstandsweite = 2f entsteht das Bild ebenfalls in 2f Entfernung auf der anderen Seite — gleich groß, reell und umgekehrt. 2f ist genau die Grenze zwischen verkleinert (weiter weg) und vergrĂ¶ĂŸert (nĂ€her dran).
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Eine Kamera (f = 50 mm) ist auf einen Baum in 10 m Entfernung scharf gestellt. Jetzt fotografierst du eine Blume 50 cm vor dem Objektiv. Wohin musst du das Objektiv schieben?

  • ● Weiter vom Sensor weg
  • ○ NĂ€her an den Sensor
  • ○ An dieselbe Stelle wie beim Baum
Weiter vom Sensor weg. FĂŒr den Baum liegt das scharfe Bild etwa 50,3 mm hinter der Linse, fĂŒr die Blume bei etwa 55,6 mm (1/b = 1/50 − 1/500). RĂŒckt der Gegenstand nĂ€her, wandert sein Bild nach hinten und wird grĂ¶ĂŸer — deshalb fĂ€hrt ein Objektiv beim Scharfstellen auf nahe Dinge heraus. Die Brennweite bleibt gleich, der Bildabstand nicht.
Schwer
Multiple Choice #1 25s ▶ Testen

Im Projektor steht ein kleines Dia 10,5 cm vor dem Objektiv (f = 10 cm). Wie weit hinter dem Objektiv muss die Leinwand stehen, damit das Bild scharf ist?

  • ● 2,1 m
  • ○ 10 cm
  • ○ 10,5 cm
2,1 m. Aus 1/f = 1/g + 1/b folgt 1/b = 1/10 − 1/10,5, also b = 210 cm. Steht der Gegenstand knapp außerhalb der Brennweite, liegt sein Bild weit hinten und ist stark vergrĂ¶ĂŸert — hier 20-fach. Im Brennpunkt (10 cm) sammelt sich nur Licht von sehr weit entfernten GegenstĂ€nden. So weit hinten wie vorn (b = g) liegt das Bild nur, wenn der Gegenstand in doppelter Brennweite steht.