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Linsen

Optische Linsen sind durchsichtige Scheiben mit gebogenen Oberflächen. Sie brechen Lichtstrahlen, wobei konkave Linsen nach innen und konvexe Linsen nach außen gewölbt sind. Mithilfe der Strahlenoptik entstehen Bilder durch Linsen, wie zum Beispiel reale bei Sammellinsen und virtuelle bei Zerstreuungslinsen. Lust auf mehr? Hier erfährst du alles Wichtige dazu!

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Die Autor*innen
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Team Digital
Linsen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse

Linsen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Linsen kannst du es wiederholen und üben.
  • Vervollständige die Zeichnung zum Strahlenverlauf an einer Sammellinse.

    Tipps

    Eine Sammellinse ist nach außen gewölbt.

    Brennpunktstrahlen gehen alle durch den Brennpunkt.

    Lösung

    Eine Sammellinse ist eine nach außen gewölbte Linse. Sie hat eine konvexe Form. Durch den Mittelpunkt einer Sammellinse kann horizontal eine optische Achse gezeichnet werden. Lichtstrahlen, die parallel auf eine Linse auftreffen, heißen Parallelstrahlen. Sie werden beim Durchgang durch die Linse gebrochen. Danach sammeln sich die Strahlen hinter der Linse in einem Punkt $F$. Dieser Punkt wird als Brennpunkt bezeichnet. Die Strahlen, die durch den Brennpunkt der Linse gehen, werden folglich Brennpunktstrahlen genannt.

  • Gib an, welche Aussagen zu Linsen physikalisch richtig sind.

    Tipps

    Es gibt zwei physikalisch falsche Aussagen.

    Eine Linsensuppe wird nicht aus Sammel- oder Zerstreuungslinsen zubereitet.

    Eine Sammellinse ist nicht konkav.

    Lösung

    Die vier physikalisch richtigen Aussagen sind:

    • Linsen werden genutzt, um Gegenstände größer und schärfer darzustellen.
    • Es wird zwischen Sammellinsen und Zerstreuungslinsen unterschieden.
    • Sammellinsen sammeln und fokussieren das Licht.
    • Zerstreuungslinsen zerstreuen das Licht.

    Aus dem Alltag sind optische Geräte wie die Lupe, die Brille und das Fernrohr bekannt. Alle diese Geräte sind aus einer oder mehreren Linsen aufgebaut. Mit einer Lupe kann ein sehr kleines Objekt vergrößert werden: Mit einer Brille wird die Sehschärfe eines Menschen verbessert. Mit einem Fernrohr kann ein sehr weit entferntes Objekt vergrößert werden.
    Es kann zwischen Sammellinsen und Zerstreuungslinsen unterschieden werden: Sammellinsen sind nach außen gewölbt. Diese Form wird auch als konvex bezeichnet. Zerstreuungslinsen sind nach innen gewölbt. Diese Form wird auch als konkav bezeichnet. Fällt paralleles Licht auf eine Seite der Sammellinse, wird es auf der anderen Seite der Linse gesammelt und fokussiert. Fällt paralleles Licht auf eine Zerstreuungslinse, wird es auf der anderen Seite der Linse zerstreut.

  • Bestimme die geeigneten optischen Geräte zum Beobachten von Objekten.

    Tipps

    Mit einer Lupe kann ein naher Gegenstand vergrößert werden.

    Mit einem Fernrohr kann ein entfernter Gegenstand vergrößert werden.

    Mit einem Mikroskop kann die Struktur eines sehr kleinen Gegenstandes betrachtet werden.

    Lösung

    1. Der Käfer im Bernstein ist klein. Mit einer Lupe kann das Bild des Käfers vergrößert werden. Nur so kannst du herausfinden, ob er dir zuwinkt.

    2. Deine Lieblingsfussballerin ist weit weg und sehr klein. Du kannst sie mit einem Fernrohr beobachten. Dann kannst du ihr Gesicht einmal ganz nah und groß sehen.

    3. Libellenflügel haben eine sehr zarte Struktur, die mit dem Auge kaum sichtbar ist. Auch mit einer Lupe kannst du hier nicht viel ausrichten. Du kannst die Flügel mit einem Mikroskop betrachten und die zarte Struktur bewundern.

  • Beschreibe den Strahlenverlauf an einem Fernrohr.

    Tipps

    Das Bild an einer Zerstreuungslinse entsteht beim Auffallen von parallelem Licht auf der Seite der Linse, auf der sich auch der Gegenstand befindet.

    Treffen Lichtstrahlen aus verschiedenen Richtungen auf eine Zerstreuungslinse, werden diese zu Parallelstrahlen gebündelt.

    Galileo hat das Fernrohr konstruiert. Dieses besteht aus zwei Linsen.

    Lösung

    Durch Zerstreuungslinsen werden parallel auftreffende Lichtstrahlen zerstreut. Wird ein Gegenstand durch eine Zerstreuungslinse betrachtet, ist ein virtuelles, verkleinertes und aufrechtes Bild zu sehen. Das entstehende Bild wird virtuell genannt, weil es sich auf der selben Seite der Linse wie der Gegenstand befindet. Solche Bilder können nicht auf einem Schirm abgebildet werden. Durch Konstruktion der Strahlenverläufe ergibt sich das aufrechte und verkleinerte Bild des Gegenstandes. Der Lichtweg an einer Linse ist umkehrbar. Durch Zerstreuungslinsen können daher auch Lichtstrahlen, die aus verschiedenen Richtungen kommen, zu parallelen Strahlen gebündelt werden.
    Diese Eigenschaft wird beim Fernrohr von Galileo genutzt: Das Fernrohr besteht aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse. Die von der Sammellinse erfassten Lichtstrahlen werden von der Zerstreuungslinse wieder zu parallelen Strahlen gebündelt. Das geschieht, bevor die Lichtstrahlen im Fernrohr fokussiert werden. Diese parallelen Strahlen werden dann auf das Auge projiziert. Durch das Fernrohr von Galileo wird von einem entfernten Gegenstand ein vergrößertes und aufrechtes Bild erzeugt.

  • Gib an, in welchen Bildern Linsen genutzt werden.

    Tipps

    In den Bildern musst du nach Linsen und optischen Geräten suchen: Schaue dir die Bilder genau an und suche nach Brillen, Kameras, Lupen und Mikroskopen. Es gibt vier Bilder, in denen Linsen verwendet werden.

    Der Schäferhund und seine Familie haben keine Brillen.

    Eine Taucherbrille schützt die Augen nur vor dem Wasser. Daher kommen keine Linsen zum Einsatz: Die Taucherbrille ist kein optisches Gerät.

    Lösung

    Insgesamt findest du in diesen Bildern Linsen und optische Geräte:

    • Die rothaarige Frau im Labor benutzt ein Mikroskop.
    • Der Regisseur verwendet eine Filmkamera und sein Kuscheltier trägt eine Sonnenbrille.
    • Der Mann beobachtet eine Minifrau mit einer Lupe und trägt eine Brille.
    • Der Opa mit dem Hund im Arm trägt ebenfalls eine Brille.

    Die Taucherbrille des Jungen schützt die Augen des Jungen vor dem Wasser. Sie helfen ihm nicht, besser zu sehen. In dem Bild mit der Familie mit dem Schäferhund trägt niemand eine Brille und es werden keine anderen optischen Geräte mit Linsen verwendet.

  • Entscheide, welche Aussagen zur Fehlsichtigkeit von Menschen zusammengehören.

    Tipps

    Bei einer Weitsichtigkeit wird das Bild eines Gegenstandes hinter der Netzhaut abgebildet: Das Auge ist zu kurz.

    Normalsichtige Menschen können in der Nähe und in der Ferne scharf sehen: Der Brennpunkt des Auges liegt auf der Netzhaut.

    Die Kurzsichtigkeit kann mit einer Brille korrigiert werden: Die Brille hat Zerstreuungslinsen.

    Lösung

    Bei normalsichtigen Menschen ist das Auge so gebaut, dass Gegenstände in der Ferne und in der Nähe gut gesehen werden können. Der Brennpunkt des Auges liegt auf der Netzhaut und das Bild des Gegenstandes ist somit scharf.

    Bei kurzsichtigen Menschen ist das Auge zu lang: Weit entfernte Gegenstände erzeugen im Auge ein unscharfes Bild, da der Brennpunkt des Auges weit vor der Netzhaut liegt. Nur Gegenstände in der Nähe können scharf gesehen werden. Die Kurzsichtigkeit kann mit einer Brille korrigiert werden, die Zerstreuungslinsen besitzt.

    Bei weitsichtigen Menschen ist das Auge zu kurz: Nahe Gegenstände erzeugen im Auge ein unscharfes Bild, da der Brennpunkt des Auges weit hinter der Netzhaut liegt. Nur Gegenstände in der Ferne können scharf gesehen werden. Die Weitsichtigkeit kann mit einer Brille korrigiert werden, die Sammellinsen besitzt.


    Folgende Aussagen gehören also zusammen:

    • Jemand braucht eine Korrektur durch eine Brille mit einer Zerstreuungslinse: Der Brennpunkt des Auges liegt vor der Netzhaut.
    • Nur Gegenstände in der Ferne können gut gesehen werden: Das Auge ist zu kurz.
    • Der Brennpunkt des Auges liegt auf der Netzhaut: Gegenstände in der Nähe und in der Ferne können gut gesehen werden.
    • Ein Besuch bei einem Augenarzt bzw. einer Augenärztin ist notwendig: Eine Person sieht Gegenstände in der Nähe oder in der Ferne unscharf.