Klausur vom 7.11.2012
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3. <strong>Klausur</strong> Physik Grundkurs Klasse 12<br />
11.11.11<br />
Dauer: 45 min<br />
1. Schreiben Sie das Huygensche Prinzip auf. (3)<br />
2. a) Vergleichen Sie die Welleneigenschaften Brechung und Beugung. (3)<br />
b) Erklären Sie eine der beiden Eigenschaften mit dem Huygenschen Prinzip. (3)<br />
3. Ein einfarbiger Lichtstrahl fällt unter dem<br />
Einfallswinkel 50° auf ein Glasprisma, dessen<br />
Grundfläche ein gleichschenkliges Dreieck ist.<br />
Das Glasprisma hat für diese Lichtfarbe die<br />
Brechzahl 1,5.<br />
a) Um welchen Winkel wird der Lichtstrahl durch<br />
das Prisma aus seiner ursprünglichen Richtung<br />
abgelenkt? (5)<br />
b) Skizzieren Sie den Strahlenverlauf durch das<br />
Prisma für den Fall, dass der Lichtstrahl weißes<br />
Licht ist. Kennzeichnen Sie dabei deutlich die<br />
Farben des Lichtes. (2)<br />
4. Die Abbildung zeigt den Strahlenverlauf eines<br />
einfarbigen Lichtstrahls durch eine Glasplatte, bei dem<br />
Reflexion als auch Brechung auftritt.<br />
a) Orden Sie in der Tabelle die Zahlen den richtigen<br />
Begriffen zu. (4)<br />
Einfalls-<br />
lot<br />
Einfallswinkel <br />
Reflexionswinkel <br />
Brechungswinkel<br />
b) Zeigen Sie, dass bei Veränderung des ersten<br />
Einfallswinkels an einer Stelle Totalreflexion auftreten<br />
kann. (3)
Lösungen:<br />
1. Huygensches Prinzip:<br />
Jeder Punkt einer Welle ist Ausgangspunkt für kugel- oder kreisförmige Elementarwellen.<br />
Die Elementarwellen überlagern sich und bilden die neue Wellenfront.<br />
2. Gemeinsamkeiten: Die Welle breitet sich nicht mehr geradlinig aus.<br />
Unterschiede:<br />
Beugung: Die Welle breitet sich an Kanten auch in dem abgeschatteten Bereich aus.<br />
Brechung: Trifft eine Welle schräg auf ein Gebiet mit einer anderen<br />
Ausbreitungsgeschwindigkeit, ändert es seine geradlinige Ausbreitung.<br />
3. a)<br />
1. Wie groß ist der Brechungswinkel des<br />
einfallenden Lichtstrahls am Übergang Luft-<br />
Glas?<br />
sinα<br />
= n<br />
sinβ<br />
sinα<br />
sinβ=<br />
n<br />
β= 30,7°<br />
Der Einfallswinkel auf der gegenüberliegenden<br />
Seite berechnet sich über die<br />
Innenwinkelsumme im Dreieck.<br />
Es ist:<br />
∢CAB<br />
= 90° − 30,7°<br />
∢CAB<br />
= 59,3°<br />
Damit kann ∢BCA über die Innenwinkelsumme<br />
berechnet werden.<br />
∢ BCA = 80,7°<br />
Der neue Einfallswinkel ist dann 9,3° groß.<br />
Die zweite Brechung findet am Übergang<br />
optisch dicht zu optisch dünn statt. es gilt:<br />
sinα 1<br />
=<br />
sinβ n<br />
sinβ= sinα⋅ n<br />
β= 14°
Nun ist aber nicht der Winkel gefragt, unter dem<br />
der Lichtstrahl das Glas verlässt, sonder der<br />
Winkel, unter dem der Strahl aus seiner<br />
ursprünglichen Richtung abgelenkt wurde.<br />
Wenn der Strahl in das Glas eintritt, wird er um<br />
γ =α −β<br />
1 1 1<br />
γ = 50°− 30,7°<br />
1<br />
γ 1 = 19,3°<br />
abgelenkt.<br />
Beim Austritt sind es<br />
γ =β −α<br />
2 2 2<br />
γ = 14°− 9,3°<br />
1<br />
γ 1 = 4,7°<br />
Das ergibt zusammen eine Ablenkung um 24°.<br />
b) Es muss erkennbar sein, dass blaues Licht stärker gebrochen wird als rotes Licht.<br />
4. a)<br />
Einfallslot Einfallswinkel Reflexionswinkel Brechungswinkel<br />
4, 7, 11<br />
1, 6, 8<br />
2, 9<br />
3, 5, 10<br />
b) Wird der Winkel 1 vergrößert, vergrößert sich auch der Winkel 8. Da an dieser Stelle eine<br />
Brechung <strong>vom</strong> Lot weg erfolgt, ist Winkel 10 immer größer als Winkel 8 und kann damit auch<br />
größer als 90° werden. Dann erfolgt an dieser Stelle Totalreflexion.