Über dieses Experiment
Schiebe einen Gegenstand auf eine Sammellinse zu und beobachte, wie sich das Bild von klein und kopfstehend zu groß und schließlich zu einem aufrechten virtuellen Bild verändert. Drei Hauptstrahlen werden in Echtzeit eingezeichnet, sodass Schülerinnen und Schüler genau sehen können, wo das Bild entsteht und warum. Das Bedienfeld zeigt an, welcher der fünf klassischen Fälle auf die aktuelle Anordnung zutrifft.
Lernziele
- Zeichne die drei Hauptstrahlen einer Sammellinse
- Beschreibe die Bildeigenschaften für jede Gegenstandsposition relativ zu F und 2F
- Verwende die Linsengleichung, um Bildweite und Vergrößerung zu berechnen
- Ordne jeden Fall einem realen Gerät zu: Kamera, Projektor und Lupe
Anleitung
- 1Ziehe den Gegenstandspfeil entlang der optischen Achse oder nutze den Schieberegler für die Gegenstandsweite.
- 2Beobachte, wie sich der hervorgehobene Fall im Bedienfeld ändert, wenn der Gegenstand 2F und F passiert.
- 3Verschiebe einen Brennpunkt, um die Brennweite zu ändern und zu sehen, wie die Linse dicker oder dünner wird.
- 4Bewege das Objekt innerhalb von F. Die gestrichelten Linien zeichnen die gebrochenen Strahlen bis zum virtuellen Bild zurück.
Das Modell
Annahmen
- Die Linse ist dünn, daher wird die gesamte Brechung auf der Mittellinie der Linse dargestellt.
- Die Strahlen bleiben nahe an der Achse (paraxial), daher werden Abbildungsfehler vernachlässigt.
- Ein negativer Bildabstand bedeutet, dass das Bild virtuell ist und sich auf derselben Seite wie das Objekt befindet.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Wo muss sich das Objekt befinden, damit das Bild genauso groß ist wie das Objekt?
- Q2Ein Projektor erzeugt ein großes Bild auf einer weit entfernten Leinwand. Welchen Fall nutzt er?
- Q3Was geschieht mit dem Bild, wenn sich das Objekt von außen sehr nahe an F bewegt?
- Q4Kann ein virtuelles Bild auf einer Leinwand dargestellt werden? Erkläre es anhand der Strahlen.
Häufig gestellte Fragen
Warum sind nur drei Strahlen eingezeichnet?
Jeder Strahl von der Spitze des Objekts verläuft durch die Spitze des Bildes. Drei besondere Strahlen lassen sich leicht konstruieren, und zwei reichen aus, um die Bildposition zu bestimmen.
Was ist der Unterschied zwischen einem reellen und einem virtuellen Bild?
Bei einem reellen Bild treffen sich die Lichtstrahlen tatsächlich, sodass es auf einem Schirm aufgefangen werden kann. Bei einem virtuellen Bild scheinen die gebrochenen Strahlen lediglich von dort zu kommen.
Warum entsteht kein Bild, wenn sich der Gegenstand in F befindet?
Die gebrochenen Strahlen verlassen die Linse parallel zueinander und treffen sich nie. Daher sagt man, das Bild liege im Unendlichen.