Bild von Albert Teichrew
Geometrische Optik
Diese GeoGebra-Modelle sind Teil des Unterrichtskonzepts [i]Optik mit Modellen und Experimenten[/i], das in der Arbeit [i]Physikalische Modellbildung mit dynamischen Modellen[/i] beschrieben wird: https://doi.org/10.30819/5710
Índice
- Lochkamera
- Lochkamera
- Fermatsches Prinzip
- Länge des geradlinigen Lichtwegs
- Länge des reflektierten Lichtwegs
- Optische Länge des gebrochenen Lichtwegs
- Brechung und Totalreflexion
- Lichtweg durch eine Halbkreisscheibe
- Dynamische Winkelscheibe
- Optische Hebung
- Optische Verschiebung
- Totalreflexion
- Abbildungen durch Linsen
- Brechung an gekrümmten Flächen
- Brechung an einer Sammellinse
- Abbildung an einer Sammellinse
Lochkamera
Modell
Ein orangener Pfeil wird als Gegenstand betrachtet. Die Öffnung wird im Vergleich zur Ausdehnung des Gegenstandes als sehr klein angenommen. Nur einzelne Lichtwege werden konstruiert, die von den Enden des Gegenstandes durch das Loch im Punkt [i]L[/i] auf die andere Seite gelangen. Das Licht trifft auf eine Streufläche als Schirm auf und kann von dort ins Auge gelangen. Zwischen den Auftreffpunkten erstreckt sich das Bild des Gegenstandes als hellblauer Pfeil. Das Bild ist zunächst halb so groß wie der Gegenstand, was mit der halb so großen Bildweite[i] b [/i]im Vergleich zur Gegenstandsweite [i]g [/i]erklärt werden kann.[br][br]Variiere mit dem Schieberegler die Bildweite.
Hypothese
Experiment
Im Experiment mit einem selbstleuchtenden Gegenstand (z. B. einer beleuchteten Perl-Eins), einer Irisblende und einem Schirm auf der optischen Bank lässt sich das [i]Abbildungsgesetz[/i] überprüfen. Indem das Modell und der Aufbau in AR in Einklang gebracht werden, werden die für die Bildentstehung verantwortlichen Lichtwege der obersten und untersten Leuchtpunkte visualisiert. Die modellierte Bildgröße entspricht ungefähr der beobachteten Bildgröße auf dem Schirm.
Länge des geradlinigen Lichtwegs
Modell
Als Ausgangspunkt dient ein Modell zum [url=https://www.geogebra.org/m/hbrpz6tv]Schatten[/url], das eine Punktlichtquelle [i]Q[/i] und den Zylinder als Hindernis aufweist. Auf einem der beiden gestrichelten Randstrahlen werden außerdem der Empfänger[i] E [/i]und ein Punkt[i] P [/i]zwischen[i] Q [/i]und[i] E [/i]konstruiert. [br][br]Verschiebe mit dem Schieberegler den Punkt[i] P [/i]senkrecht zur Verbindungslinie von[i] Q [/i]und[i] E. [/i]Beobachte, wie sich die Summe der Längen der beiden Strecken kontinuierlich ändert.
Hypothese
Experiment
Die im Modell visualisierte Anordnung lässt sich im Experiment nachstellen, sodass die Untersuchung der Länge möglicher Lichtwege in AR erfolgen kann. [br][br]Das Fermatsche Prinzip wird dadurch zunächst in einer vereinfachten Form anhand der realen Beobachtung eingeführt.
Bilder von Albert Teichrew
Lichtweg durch eine Halbkreisscheibe
Modell
Der Lichtweg durch eine Halbkreisscheibe wird unter Anwendung des Brechungsgesetzes modelliert. Das Licht trifft ausgehend von der Luft ([i]n[/i][sub]1 [/sub]= 1) auf die flache Seite der Halbkreisscheibe aus Acrylglas ([i]n[/i][sub]2 [/sub]= 1,49).[br][br]Verschiebe mit dem Schieberegler den Punkt [i]P[/i] an der flachen Seite der Halbkreisscheibe an die Stelle, bei der das Licht nur beim Eintritt gebrochen wird.
Hypothese
Brechung an gekrümmten Flächen
Modell
Im Modell zum Lichtweg durch eine Halbkreisscheibe wird der Einfallswinkel auf 0° eingestellt, sodass das Licht nur beim Austritt gebrochen wird. [br][br]Verschiebe mit dem Schieberegler die Eintrittsstelle. Die Lichtwege hinterlassen Spuren, die mit der Taste gelöscht werden können.
Hypothese
Experiment
Mit einer Experimentierleuchte wird ein breites paralleles Lichtbündel durch eine Halbkreisscheibe geschickt. Es läuft auf der optischen Achse ungefähr so zusammen, wie es das Modell voraussagt, wobei das reale Phänomen und die Vorhersage mithilfe von AR verglichen werden können.
Bild von Albert Teichrew