Bildentstehung bei Sammellinsen - Schülerexperiment - Experiment: Unterschied zwischen den Versionen

 
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Lichtquellen sind Körper,die Licht erzeugen und aussenden. Dabei breitet sich das Licht in homogenen Stoffen gradlinig und allseitig aus. Durch Lichtblenden kann man das Licht begrenzen und bündeln. Wir stellen uns dieses Licht als Lichstrahlen vor und zeichnen diese als eine grafische Linie, die als optische Achse des Lichtbündels beschrieben werden kann. Treffen diese Lichtstrahlen auf einen Gegenstand so können kann diesedieser mithilfe von Linsen auf anderen Flächen ( Schirmen) als Bild abgebildet werden. Dabei kann der Gegenstand als Bild vergrößert und verkleinert werden. Je nach Versuchsaufbau entstehen reelle oder virtuelle Bilder, die größer bzw. kleiner als der Gegenstand sind. Virtuelle Bilder entstehen am Schnittpunkt der rückwärtigen Verlängerung divergenter Strahlen und sind nicht auffangbar. Reele Bilder hingegen enstehen an den Schnittpunkten von Strahlen , die vom gleichen Punkt des Gegenstandes ausgehen, und auf einen Schirm auffangbar sind.
 
In meinem Versuch verwende ich eine Sammellinse. Eine Sammellinse ist ein durchsichtiger Glaskörper, der die Form einer „Linse“ hat und somit von gekrümmten Flächen begrenzt wird. Diese Form hat Einfluss auf den Strahlenverlauf auftreffender Strahlen, weil diese an den Grenzflächen gebrochen werden. Da bei unserem Glaskörper das einfallende parallele Licht gesammelt ( gebündelt) wird, sprechen Wirwir von einer Sammellinse.
 
[[File:F8E97FFB0B352826-A512B2A2-4E9A445F-9D37B675-A3FAF8B213616C69AC9256F5.jpeg|400px]]
 
Beim Strahlenverlauf an Sammellinsen, also Strahlen die auf unsere Linse auftreffen, werden folgende Hauptstrahlen unterschieden:
Wir unterscheiden folgende Strahlen, die auf unserer Linse auftreffen: -Paralellstrahlen
-Brennpunktstrahlen
-Mittelpunktstrahlen
Folgende Eigenschaften beim Auftreffen dieser Strahlen auf unserer Linse istsind zu beachten:
 
Strahlen die parallel zur optischen Achse der Linse verlaufen werden von der Linse so gebrochen, dass sie einander hinter der Linse in einem Punkt der optischen Achse schneiden. Dieser Punkt heißt Brennpunkt. Paralellelstrahlen werden an der Sammelinse zu Brennpunktstrahlen. Wegen der Umkehrung des Lichtes werden Brennpunktstrahlen nach der Brechung zu Paralellstrahlen. Mittelpunktstrahlen hingegen durchlaufen die Linse ohne Richtungsänderung.
[[File:91D6E6D9-05D8-4AD2-AC65-3AF192A54A82.jpeg|400px]]
 
Je nachdem wo sich unser zu abbildener Gegenstand vor unserer Sammellinse befindet wird unser Bild entsprechend vergrößert oder verkleinert. Man spricht in diesem Zusammenhang von der sogenannten Gegenstandsweite. Unser Gegenstand kann sich innerhalb der einfachen, zwischen der einfachen und doppelten und außerhalb der doppelten Brennweite unserer Sammellinse befinden. Wenn sich unser Gegenstand außerhalb der doppelten Brennweite befindet, wird unser Bild zwischen der einfachen und doppelten Brennweite bildseitig verkleinert reeell abgebildet. Befindet sich unser Gegenstand zwischen der einfachen und doppelten Brennweite so wird unser Bild vergrößert und außerhalb der doppelten Brennweite reeellreell abgebildet.
 
Hinweis: Durch die Sammelwirkung von Linsen können Glasscherben und ähnliche Glaskörper wie Brenngläser wirken, da sich im Brennpunkt dieser Körper alle Parallelenparallel Strahlen sammeln, entsteht dort eine hohe Temperatur, die zum entzündenEntzünden brennbarer Stoffe führen kann (Brandgefahr).
Je nachdem wo sich unser zu abbildener Gegenstand vor unserer Sammellinse befindet wird unser Bild entsprechend vergrößert oder verkleinert. Man spricht in diesem Zusammenhang von der sogenannten Gegenstandsweite. Unser Gegenstand kann sich innerhalb der einfachen, zwischen der einfachen und doppelten und außerhalb der doppelten Brennweite unserer Sammellinse befinden. Wenn sich unser Gegenstand außerhalb der doppelten Brennweite befindet, wird unser Bild zwischen der einfachen und doppelten Brennweite bildseitig verkleinert reeell abgebildet. Befindet sich unser Gegenstand zwischen der einfachen und doppelten Brennweite so wird unser Bild vergrößert und außerhalb der doppelten Brennweite reeell abgebildet.
 
Hinweis: Durch die Sammelwirkung von Linsen können Glasscherben und ähnliche Glaskörper wie Brenngläser wirken, da sich im Brennpunkt dieser Körper alle Parallelen Strahlen sammeln, entsteht dort eine hohe Temperatur, die zum entzünden brennbarer Stoffe führen kann (Brandgefahr)
 
 
===Versuchsaufbau/Schaltplan===
[[File:B066178EE5738262-B75C3D7F-497E4598-B11CA0AA-4088524741BE86C761990B0A.jpeg|400px]]
 
===Verwendete Geräte===
-Lichtquelle/
-optische Bank ( SchienensysthemSchienensystem)/
-Halterungen (beweglich/bewegliche Schlitten)/
-Sammellinse /
-Schirm/
-Blende/
-Gegenstand bzw. Blende mit Lochmuster
 
==Durchführung==
===Beschreibung der Versuchsdurchführung===
Beschreibung der Versuchsdurchführung: (Bild)
1.Baue die Versuchsanordnung auf .
2.Prüfe, ob die optische Bank waagerecht ausgerichtet ist, damit, die Linse, Schirm,Lichtquelle und Blende senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet sind.
3.Schließe die Lichtquelle an dichdie Stromquelle an und Prüfeprüfe deren Funktion.
14.Führe die Blende mit dem L-Lochmuster in die entsprechende Halterung vor der Lichtquelle ein.
25.Richte jetzt die Sammelinse mit dem beweglichen Schlitten so aus, dass die Gegenstandsweite (Abstand zwischen Lochblende und Sammellinse) 15cm beträgt.
Beschreibung der Versuchsdurchführung :
36.Danach ist der Schirm (Bildebene ) mit dem 2. beweglichen Schlitten auf das Schienensystem zu positionieren.
1.Führe die Blende mit dem L-Lochmuster in die entsprechende Halterung vor der Lichtquelle ein.
47.Anschließend ist der Schirm so auszurichten (vorsichtig den Schirm nach vorne und hinten schieben), das unser Lochmuster deutlich und scharf abgebildet wird.
2.Richte jetzt die Sammelinse mit dem beweglichen Schlitten so aus, dass die Gegenstandsweite (Abstand zwischen Lochblende und Sammellinse) 15cm beträgt.
58.Jetzt kannst du die Bildweite (Abstand der Sammellinse zum Schirm) und die Länge des horizontalen Lochschenkels Messenmessen.
3.Danach ist der Schirm (Bildebene ) mit dem 2. beweglichen Schlitten auf das Schienensystem zu positionieren.
69.Nun verändern wir die Gegenstandsweite s auf einen Wert von 20cm und richten danach den Schirm wieder aus, damit das neue Bild wieder scharf abgebildet wird. Danach ermitteln wir wieder alle relevanten Werte .
4.Anschließend ist der Schirm so auszurichten (vorsichtig den Schirm nach vorne und hinten schieben), das unser Lochmuster deutlich und scharf abgebildet wird.
710.Wenn du möchtest, kannst du den Versuch nochmals unter veränderten Werten durchführen.
5.Jetzt kannst du die Bildweite (Abstand der Sammellinse zum Schirm) und die Länge des horizontalen Lochschenkels Messen.
Erhöhe die Gegenstandsweite auf 25cm. Dann müsstest du bei einer Bildweite von ca. 40-45cm eine Länge (bei scharfer Abbildung) von 2,5cm erhalten.
 
===Beobachtung/Messwertaufnahme===
bzg. Position 5
 
bzg. Position 58
Messwerte : Gegenstandsweite s: = 15cm
 
Messwerte :
 
Messwerte : Gegenstandsweite s: = 15cm
Bildweite s‘: = ca. 36,5cm
Länge des Lochschenkels: l = 7cm
bzg. Position 6
 
bzg. Position 69
 
Messwerte : Gegenstandsweite s: = 20cm
Gegenstandsweite s: = 20cm
Bildweite s‘: = 22,5cm
Länge des Lochschenkels: l = 3,5cm
 
bzg. Position 710
 
Messwerte : Gegenstandsweite s: = 25cm
Messwerte :
Messwerte : Gegenstandsweite s: = 25cm
Bildweite s‘: = 22cm
Länge des Lochschenkels:2,5cm
 
6.Nun verändern wir die Gegenstandsweite s auf einen Wert von 20cm und richten danach den Schirm wieder aus, damit das neue Bild wieder scharf abgebildet wird. Danach ermitteln wir wieder alle relevanten Werte .
 
7.Wenn du möchtest, kannst du den Versuch nochmals unter veränderten Werten durchführen.
Erhöhe die Gegenstandsweite auf 25cm. Dann müsstest du bei einer Bildweite von ca. 40-45cm eine Länge (bei scharfer Abbildung) von 2,5cm erhalten.
 
===Video===
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===Weitere Fotos===
==Auswertung==
===MesswertaufnahmeMesswertauswertung===
 
===Erklärung===
1.Versuch: Bei diesem Versuch betrug die Gegenstandsweite 15cm und unser Bild war mit einer Länge von 7cm deutlich gegenüber der Länge des Lochmuster vergrößert. Demnach war unsere bewegliche Sammellinse so ausgerichtet, dass sich unser Gegenstand (Lochblende) zwischen der einfachen und doppelten Brennweite der Sammellinse befand. Somit ist ein vergrößerstes Bild entstanden.Die gemessende Bildweite von 36,5cm bestätigt zusätzlich , dass sich das Bild außerhalb der doppelten Brennweite bildseitig befand.
 
2.Versuch: Bei diesem Versuch haben wir die Gegenstandsweite um 5cm vergrößert, somit hat sich vermutlich die Position unserer Lochblende entscheiden verändert. Da die Bildlänge nur noch 3,5cm beträgt hat sich das Bild verkleinert. Die Lochblende muss sich der doppelten Brennweite genähert haben. Es wäre auch möglich, dass diese sich ziemlich genau dem zweifachen Brennpunkt genährt hat. Diese Vermutung ist darin begründet, das die Gegenstandsweite von 20cm fast der Bildweite von ca. 22cm entspricht. Demnach könnte die Brennweite der Linse bei ca. 20cm10cm liegen.
 
3.Versuch: Bei diesem Versuch liegt die Vermutung sehr nah, das sich nun die Lochblende außerhalb der doppelten Brennweite der Linse gegenstandsseitig befand, weil die Länge des Schenkels der Lochblende mit nur 2,5cm ,also deutlich verkleinert abgebildet wurde. Demnach müsste sich das Bild zwischen der einfachen und doppelten Brennweite der Linse bildseitig befinden.
 
===Fehlerbetrachtung===
Fehlerbetrachung:
Damit man scharfe Abbildungen erhält, muss man die Lichtquelle (Lichtstrahlen) Linse und Schirm in der Form ausrichten, das sie eine optische Achse bilden, damit die Strahlen möglichst parallel und gebündelt senkrecht zur Linsenachse auftreffen.
Somit werden auch die gebrochenen Strahlen senkrecht zum Schirm auftreffen und scharfe Abbildungen werden ermöglicht. Ansonsten kann das Bild verzerrt und ungenau abgebildet werden. Eventuell ist ein „scharf stellen“ des Bildes nicht möglich. Eine Leistungstarke Lichtquelle, saubere Linse und ein weißer Schirm sorgen für deutliche Abbildungen. Sinnvoll kann es auch sein, wenn man die Umgebung etwas abdunkelt, damit die Abbildungen deutlich sichtbar sind.Eine weitere Fehlerquelle ist das positionieren der Linse und des Schirmes. Erst wenn die Abbildung ihre maximale Schärfe durch probieren erhalten hat, können die relevanten Daten (Bildweite, Gegenstandsweite und Bildgröße) gemessen werden. Auch beim messen bzw. ablesen auf der Messskala ist Sorgfalt geboten. Nicht schräg sondern senkrecht auf die Skala schauen damit die Werte möglichst exakt abgelesen werden können.