Physik für Studierende der Elektrotechnik - Technische Universität ...

Technische Universität München Blatt 10
Fakultät für Physik SS 2009, 24.06.2009
Physik für Studierende der Elektrotechnik
Prof. Dr. Katharina Krischer, PD Dr. Andreas Ulrich
Hinweis: Zusätzlich zur Berechnung sollten wenn möglich Skizzen zu den jeweiligen
Aufgaben angefertigt werden!
1. Abbildung am Spiegel
Auf einem Messestand bei der “Laser World of Photonics” ist bei der Firma XY ein konkaver
Parabolspiegel ausgestellt. Er hat die Brennweite f = 1, 0 m. Der Spiegel ist so aufgestellt,
dass sich die Messebesucher beim vorbeigehen in ihm selbst betrachten können.
a) In welchem Abstandsbereich vor dem Spiegel ist diese Betrachtung möglich? Handelt
es sich dabei um ein virtuelles oder ein reelles Bild? Steht das Bild aufrecht?
b) Mit dem selben Spiegel soll nun eine Kerze auf einem Schirm abgebildet werden. In
welchem Abstand vom Spiegel muss sich die Kerze mindestens befinden, um ein Bild
von ihr auf einem Schirm auffangen zu können. Steht dieses Bild aufrecht?
2. Abbildung mit einer Linse
Eine Sammellinse erzeugt in 20 cm Entfernung ein Bild der Sonne.
a) Wie groß ist die Brennweite der Sammellinse?
b) Die Sonne erscheint von der Erde aus gesehen unter einem Winkel von (1/2) ◦ . Wie
groß ist das durch die Linse erzeugte Bild der Sonne?
c) Ein Objekt wird in 100 cm Entfernung von der Linse aufgestellt. An welchem Ort
entsteht das Bild des Objekts? Ist das Bild reell? Ist es aufrecht? Wie groß ist die
Vergrößerung?
d) Wiederholen Sie die Aufgabe b) für die Abstände 40 cm, 25 cm und 10 cm.
3. Brennweitenbestimmung nach Bessel
An einem Ende einer optischen Bank der Länge l = 50 cm ist eine Lichtquelle, am anderen
Ende ein Schirm befestigt. Dazwischen befindet sich eine verschiebbare Linse. Es gibt zwei
Positionen mit dem horizontalen Abstand d = 10 cm, in denen die Linse ein scharfes Bild
der Lichtquelle auf dem Schirm erzeugt. Wie groß ist die Brennweite der Linse?
bitte wenden!

4. Galileisches Teleskop
Ein galileisches Teleskop besteht aus einem Objektiv (Brennweite f Obj , Sammellinse) und
einem Okular (Brennweite f Ok , Zerstreuungslinse). Die beiden Linsen haben einen Abstand
d = f Obj −|f Ok |. Es sollen nur “weit” entfernte Objekte mit den Teleskop betrachtet werden.
a) Konstruieren Sie den Strahlengang durch ein Teleskop, in dem Linsen mit den Brennweiten
f Obj = 10 cm und f Ok = −2, 0 cm verwendet werden.
b) Zeigen sie, dass die Vergrößerung des Teleskops den Wert |f Obj /f Ok | hat.
c) Ist das Bild eines galileischen Teleskops aufrecht?
5. Diaprojektor
Ein Diaprojektor besteht aus einer punktförmigen Lichtquelle, einer ersten Linse (Kondensorlinse
mit f Kond = 5, 0 cm), dem Diapositiv (Gegenstand) 5, 0 mm dahinter, einer
zweiten Linse (Objektiv mit f Obj = 20 cm) und einem Schirm (Bild). Die Lichtquelle wird
mit der Kondensorlinse in das Objektiv abgebildet. Eine Person ist 1, 0 cm groß auf dem
Dia zu sehen und wird mit dem Objektiv auf den Schirm abgebildet. Der Abstand zwischen
Objektiv und Schirm ist 4, 0 m.
6. Lupe
a) Wie groß ist der Abstand zwischen Kondensorlinse und Objektiv?
b) Wie groß ist die Person auf dem Schirm?
c) Welchen Wert hat der Vergrößerungsfaktor?
Eine Gegenstand der Größe 5 mm wird zunächst wie in der Vorlesung beschrieben mit
einer Linse, die sich direkt vor dem Auge befindet und die Brennweite f = 3, 0 cm hat,
betrachtet.
a) Skizzieren Sie den Strahlengang und berechnen Sie die Vergrößerung bezogen auf die
Betrachtung des Gegenstandes in der “deutlichen Sehweite” von 25 cm.
b) Betrachten Sie die Situation, wenn sich der Gegenstand im Abstand g = 2, 5 cm von
der Linse befindet. Auf welche Entfernung muss dann das Auge adaptiert werden?
7. Mikroskop
Ein Mikroskop ist aufgebaut aus einem Objektiv mit der Brennweite f Obj = 3, 0 mm und
einem Okular mit der Brennweite f Ok = 2, 0 cm. Das Objektiv erzeugt ein reelles Bild des
betrachteten Gegenstandes.
a) In welchem Abstand vom Okular muss dieses Bild liegen, damit das Okular selbst ein
virtuelles Bild bei −25 cm erzeugen kann?
b) Die beiden Linsen seien 20 cm voneinander entfernt. Wie groß ist der Abstand zwischen
dem Objektiv und dem beobachtetem Gegenstand?
c) Welche Vergrößerung besitzt das Mikroskop?
d) Welchen Abstand müsste der Gegenstand von einer Lupe haben, die die selbe Vergrößerung
(bezogen auf die Betrachtung des Gegenstandes in der “deutlichen Sehweite”
von 25 cm) aufweist? Welche Brennweite müsste diese Lupe besitzen?
Besprechung der Aufgaben am 01.07.2009