Linsen und gekrümmte Spiegel – Strahlengang konstruieren
NaturwissenschaftenLicht und SchallAlter 14–15
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Zum Starten anmeldenZwei Bildschirme: Linse (Sammel- oder Zerstreuungslinse, die Brennweite wird aus Krümmungsradius und Brechzahl berechnet) und Spiegel (Hohlspiegel, Wölbspiegel oder ebener Spiegel). Ziehen Sie den Gegenstand, um seinen Abstand zu ändern, schalten Sie die drei Hauptstrahlen ein, um das Bild zu konstruieren, und ergänzen Sie Randstrahlen, einen zweiten Gegenstandspunkt, ein Lineal oder eine punktförmige Lichtquelle mit Schirm, um zu sehen, warum sich nur ein reelles Bild auf einem Schirm auffangen lässt. Nach der Simulation "Geometric Optics" von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); neu geschrieben.
Lektion: Linsen; Gekrümmte Spiegel
Was sie zeigt
Linsen und gekrümmte Spiegel sind zwei zentrale Lerneinheiten im Themenbereich Licht. Die Simulation verbindet zwei Bildschirme: Auf dem Bildschirm Linse entstehen Bilder durch eine Sammel- oder Zerstreuungslinse, deren Brennweite mit der Linsenschleiferformel direkt aus Krümmungsradius und Brechzahl berechnet wird; auf dem Bildschirm Spiegel entstehen Bilder an einem Hohlspiegel, Wölbspiegel oder ebenen Spiegel.
So funktioniert es
Die Lernenden ziehen den Gegenstand, um seinen Abstand d zur Linse oder zum Spiegel zu ändern, schalten die drei Hauptstrahlen ein (Parallelstrahl zur optischen Achse, Mittelpunktstrahl durch den optischen Mittelpunkt bzw. den Krümmungsmittelpunkt, Brennpunktstrahl), konstruieren das Bild selbst und vergleichen dann mit den angezeigten Werten (Lage, reell oder virtuell, Abbildungsmaßstab). Schalten Sie die Randstrahlen ein, um zu sehen, dass sich alle Strahlen eines Punktes im selben Bildpunkt treffen; schalten Sie einen zweiten Punkt ein, um zu sehen, dass der ganze Gegenstand abgebildet wird und nicht nur ein Punkt; oder wechseln Sie in den Modus punktförmige Lichtquelle und ziehen Sie den Schirm entlang der Achse: Der Lichtfleck schrumpft nur dann auf einen Punkt, wenn der Schirm genau in der Ebene des reellen Bildes steht – ein virtuelles Bild lässt sich nie auf einem Schirm auffangen.
Einstellbare Parameter
- Startbildschirm Linse, Gekrümmter Spiegel
- Linsenart Sammellinse, Zerstreuungslinse
- Krümmungsradius der Linse R 20–100 cm
- Brechzahl n 1,3–1,9
- Abstand Gegenstand–Linse d 5–150 cm
- Abstand Schirm–Linse 5–300 cm
- Spiegelart Hohlspiegel, Wölbspiegel, Ebener Spiegel
- Krümmungsradius des Spiegels R 20–200 cm
- Abstand Gegenstand–Spiegel d 5–150 cm
- 3 Hauptstrahlen
- Randstrahlen (Linse)
- Zweiter Gegenstandspunkt
- Lineal
- Punktlichtquelle + Schirm (Linse)
Fragen zum Erkunden
- Wie unterscheidet sich das Bild, wenn der Gegenstand innerhalb der Brennweite einer Sammellinse steht, von dem Bild bei einer Gegenstandsweite von 2f?
- Warum erzeugen Zerstreuungslinsen und Wölbspiegel immer virtuelle Bilder?
- Wie verändert sich der Lichtfleck auf dem Schirm, wenn Sie den Schirm von der Lage des reellen Bildes wegbewegen, und warum?
