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Linsen
Inhalt
Sammellinsen
Brennpunkt
Hält man eine Lupe ins Sonnenlicht, so entsteht auf der sonnenabgewandten Seite ein besonders heller, heißer Fleck. Die Licht- und Wärmestrahlen werden durch die Lupe so abgelenkt, dass sie dann durch einen Punkt, den Brennpunkt, verlaufen.
Eine Lupe ist ein Glaskörper, der in der Mitte dicker ist als am Rand. Ein solcher Glaskörper heißt Konvexlinse oder Sammellinse.
Je kleiner die Brennweite der Linse ist, desto größer ist ihre brechende Wirkung (Brechkraft).
Sammellinse
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Lass parallele Lichtstrahlen auf eine Sammellinse fallen.
Beschreibe den weiteren Verlauf der Lichtstrahlen.
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Brennweite und Sammellinsen
Parallele Lichtstrahlen werden so gebrochen, dass sie sich in einem Punkt hinter der Linse treffen. Dieser heißt Brennpunkt. Der Abstand zwischen Linse und Brennpunkt wird Brennweite genannt. Je kleiner die Brennweite ist, desto größer ist die brechende Wirkung (Brechkraft) der Linse.
In Wirklichkeit wird der Lichtstrahl beim Übergang von Luft in Glas und von Glas in Luft gebrochen. Der Einfachheit halber werden die beiden Brechungen durch eine Brechung in der Mitte der Linse gezeichnet.
Ein Lichtstrahl durch den Mittelpunkt der Linse wird nicht gebrochen.
Sammellinse als Lupe
Hält man eine Sammellinse nahe an einen Gegenstand, so sieht man ein vergrößertes, aufrechtes Bild. Dieses Bild ist virtuell. Voraussetzung dafür ist, dass sich der Gegenstand innerhalb der Brennweite der Linse befindet.
Sammellinse als Abbildungslinse
Befindet sich der Gegenstand außerhalb der doppelten Brennweite, ergibt sich ein reelles, verkehrtes, verkleinertes Bild. So entsteht das Bild in unserem Auge und beim Fotoapparat.
Zerstreuungslinsen
Was sind Zerstreuungslinsen?
Linsen, die in der Mitte dünner als am Rand sind, heißen Konkavlinsen oder Zerstreuungslinsen. Sie brechen ein Bündel paralleler Lichtstrahlen so, dass sie aus – einanderlaufen (divergent sind). Sie scheinen aus einem Punkt auf der anderen Seite der Linse zu kommen (aus dem Zerstreuungspunkt).
Zerstreuungslinsen erzeugen immer nur virtuelle Bilder. Das Bild ist verkleinert und aufrecht. Ein Vorteil ist, dass der einsehbare Bereich größer ist.
Zerstreuungslinse
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Lass parallele Lichtstrahlen auf eine Zerstreuungslinse fallen.
Beschreibe den weiteren Verlauf der Lichtstrahlen.
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Fresnel-Linsen
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Flache Linsen, die weniger Raum benötigen, aber die gleiche Wirkung wie dicke Linsen haben, nennt man Fresnellinsen nach ihrem Erfinder Augustin Jean Fresnel. Die Herstellung erfolgt so, dass die dicke Linse in Kreisringe geteilt wird, deren Oberfläche die gleiche Krümmung wie eine entsprechende dicke Linse erhält.
Der große Vorteil liegt im geringeren Materialverbrauch und damit kleinerem Gewicht. In Leuchttürmen werden Fresnellinsen verwendet, um weithin strahlendes Licht zu erhalten.
Training
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Lass parallele Lichtstrahlen auf eine Sammellinse fallen. Markiere den Brennpunkt.
Verwende dann eine dickere Linse.
Gib an, wie sich der Brennpunkt verändert.
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Bildkonstruktion bei Sammellinsen
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Man verwendet dazu drei besondere Lichtstrahlen, die vom Gegenstand ausgehen, weil man deren weiteren Verlauf kennt.
Mittelpunktstrahl (Hauptstrahl): Er geht durch den Mittelpunkt der Linse und wird nicht gebrochen.
Parallelstrahl: Er fällt parallel zur optischen Achse auf die Linse und wird so gebrochen, dass er durch den Brennpunkt auf der anderen Seite der Linse verläuft.
Brennpunktstrahl: Er fällt durch den Brennpunkt auf die Linse und verläuft nach der Linse parallel zur optischen Achse.
Zur Auffindung der Lage des Bildpunktes genügt es, zwei besondere Lichtstrahlen zu zeichnen.
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Lückentext
Lupe
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Verwendet man eine Sammellinse als Lupe, muss sich der Gegenstand innerhalb der Brennweite befinden.
Die gebrochenen Lichtstrahlen treffen sich nicht in einem Bildpunkt. Verlängert man diese Lichtstrahlen, ergeben sie den virtuellen Bildpunkt. Bild und Gegenstand liegen auf der gleichen Seite der Linse, man schaut von der anderen Seite auf den Gegenstand.
Bildkonstruktion
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In dem gezeigten Beispiel wird die Lage des Bildpunktes der Spitze des Gegenstands ermittelt.
Fertige eine derartige Zeichnung für einen Gegenstand an, der zwischen der einfachen und der doppelten Brennweite liegt.
Beschreibe das Bild.
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Abgedeckte Linse
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Das durch eine Linse erzeugte Bild einer Kerze wird auf einem Schirm aufgefangen.
Nun wird die obere Hälfte der Linse abgedeckt.
Gib an, welches der vorgeschlagenen Bilder am Schirm zu sehen ist.
Begründe deine Vermutung.
Wassertropfen
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An einem heißen, wolkenlosen Sommertag soll man die Pflanzen im Garten nicht um die Mittagszeit gießen.
Gib eine Begründung dafür an.
Nenne Auswirkungen, die das Gießen haben könnte.
Verwende für deine Erklärung folgende Begriffe: Lupe, Brennglas, braune Flecken, Sonnenlicht.
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Bildkonstruktion bei Zerstreuungslinsen
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Auch bei Zerstreuungslinsen verwendet man zur Konstruktion des Bildpunktes die drei besonderen Lichtstrahlen. Der Mittelpunktstrahl wird nicht gebrochen. Ein Parallelstrahl wird so gebrochen, als käme er aus dem Zerstreuungspunkt der Linse.
Ein Brennpunktstrahl in Richtung des Zerstreuungspunktes auf der anderen Seite der Linse wird so gebrochen, dass er parallel zur optischen Achse verläuft.
Die gebrochenen Lichtstrahlen treffen sich nicht in einem Bildpunkt. Verlängert man sie nach hinten, ergeben sie den virtuellen Bildpunkt.
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Stelle deiner Sitznachbarin, deinem Sitznachbarn zwei Fragen zu diesem Vertiefungstext.
Frage 1:
Frage 2:
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Fertige eine Zeichnung an, wie im Vertiefungstext gezeigt ist. Der Gegenstand soll allerdings eine größere Entfernung von der Linse haben.
Gib an, wie sich Größe und Ort des Bildes verändern.
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Suche nach Informationen über August Fresnel.
Gib an, wann und wo er gelebt hat:
… und womit er sich beschäftigt hat:
Leeuwenhoek Mikroskop
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Der Holländer Antoni von Leeuwenhoek lebte von 1632 bis 1723. Er baute aus winzigen Glaskugeln Mikroskope, die bis zu 250-fach vergrößern konnten. Er hielt das Verfahren, wie er die Glaskugeln herstellte, jedoch geheim. Erst mehr als 200 Jahre später wurden wieder Mikroskope ähnlicher Qualität hergestellt.
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Recherchiere, welche Phänomene Leeuwenhoek zum ersten Mal gesehen und beschrieben hat.
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Luftballon
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Halte einen möglichst hellen Luftballon in die Sonne. Du kannst zwei helle Flächen sehen. Diese sind Bilder der Sonne.
Die Innenwand des Luftballons wirkt wie ein Hohlspiegel, die Außenwand wie ein Wölbspiegel.
Begründe, ob es sich um virtuelle oder reelle Bilder handelt.
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Merke
Linsen – Zusammenfassung
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Linsen sind Glaskörper, mit denen infolge der Lichtbrechung Gegenstände abgebildet werden können.
Eine Sammellinse erzeugt ein reelles, verkehrtes Bild, wenn sich der Gegenstand außerhalb der Brennweite befindet, andernfalls ein virtuelles, aufrechtes und vergrößertes Bild.
