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Physik · Klasse 9 und 10 · Kapitel

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Licht und Sehen

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe, wie Licht sich ausbreitet, und erkläre Schatten.

MerkenLicht breitet sich geradlinig aus

Deshalb entstehen scharfe Schatten – und deshalb sieht man um die Ecke nichts.

BeispielLängen und Massen umrechnen

Rechne um: 3 kg = ? g
Schritt für Schritt
  1. 1 kg = 1000 g
  2. 3 · 1000 = 3000
  3. 3 kg = 3000 g
  1. 1 kg = 1000 g
  2. 3 · 1000 = 3000
  3. 3 kg = 3000 g
Ergebnis:
3000 g

AchtungMinuten als Dezimalstellen

So nicht
¼ h = 25 min
So richtig
¼ h = 60 : 4 = 15 min

Denk an die Uhr: Eine Stunde hat 60 Minuten.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Rechne um: 320 cm = ? m
    So fängst du an:
    1 m = 100 cm
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 100 cm
    2. 320 : 100 = 3,2
    3. 320 cm = 3,2 m
    Ergebnis:
    3,2 m
  2. ●2
    Rechne um: 80 cm = ? m
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 100 cm
    2. 80 : 100 = 0,8
    3. 80 cm = 0,8 m
    Ergebnis:
    0,8 m
  3. ★3
    Rechne um: 750 mg = ? g
    Lösung zeigen
    1. 1 g = 1000 mg
    2. 750 : 1000 = 0,75
    3. 750 mg = 0,75 g
    Ergebnis:
    0,75 g

2Ich unterscheide Lichtquelle, beleuchteten Körper und Auge.

MerkenSehen

Wir sehen einen Körper, wenn Licht von ihm in unser Auge fällt.

Das Auge sendet kein Licht aus.

BeispielZeiten umrechnen

Rechne um: 2,5 h = ? min
Schritt für Schritt
  1. 1 h = 60 min
  2. 2,5 · 60 = 150
  3. 2,5 h = 150 min
  1. 1 h = 60 min
  2. 2,5 · 60 = 150
  3. 2,5 h = 150 min
Ergebnis:
150 min

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Rechne um: 8 min = ? s
    So fängst du an:
    1 min = 60 s
    Lösung zeigen
    1. 1 min = 60 s
    2. 8 · 60 = 480
    3. 8 min = 480 s
    Ergebnis:
    480 s
  2. ●5
    Rechne um: 2 min = ? s
    Lösung zeigen
    1. 1 min = 60 s
    2. 2 · 60 = 120
    3. 2 min = 120 s
    Ergebnis:
    120 s
  3. ★6
    Rechne um: 150 min = ? h
    Lösung zeigen
    1. 1 h = 60 min
    2. 150 : 60 = 2,5
    3. 150 min = 2,5 h
    Ergebnis:
    2,5 h

3Ich wende das Reflexionsgesetz an.

MerkenReflexionsgesetz

Einfallswinkel = Reflexionswinkel. Beide werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.

BeispielReflexionsgesetz

Ein Lichtbündel trifft unter 15° zum Lot auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
Lotα = 15°β = ?
Schritt für Schritt
  1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
  2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
  3. β = α = 15°
  1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
  2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
  3. β = α = 15°
Ergebnis:
15°

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Lichtbündel trifft unter 70° zum Lot auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 70°β = ?
    So fängst du an:
    Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
    Lösung zeigen
    1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
    2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
    3. β = α = 70°
    Ergebnis:
    70°
  2. ●8
    Ein Lichtbündel trifft unter 55° zum Lot auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 55°β = ?
    Lösung zeigen
    1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
    2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
    3. β = α = 55°
    Ergebnis:
    55°
  3. ★9
    Ein Lichtbündel trifft auf einen ebenen Spiegel. Einfallender und reflektierter Strahl schließen 140° ein. Wie groß ist der Einfallswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = ?140°
    Lösung zeigen
    1. Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind gleich groß, beide zum Lot gemessen.
    2. Zusammen bilden sie den Winkel zwischen den Strahlen: α + β = 140°
    3. α = 140° : 2 = 70°
    Ergebnis:
    70°

4Ich beschreibe die Brechung an der Grenzfläche.

MerkenBrechung

Licht knickt beim schrägen Übergang in einen optisch dichteren Stoff zum Lot hin.

Von Wasser oder Glas in Luft knickt es vom Lot weg.

BeispielBrechung: zum Lot hin oder vom Lot weg?

Ein Lichtbündel geht unter 20° zum Lot aus dem Wasser ins Glas. Wird es zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?
WasserGlas20°?
Schritt für Schritt
  1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
  2. Glas ist optisch dichter als Wasser.
  3. Ins optisch dichtere zum Lot hin, ins optisch dünnere vom Lot weg. Also: zum Lot hin.
  1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
  2. Glas ist optisch dichter als Wasser.
  3. Ins optisch dichtere zum Lot hin, ins optisch dünnere vom Lot weg. Also: zum Lot hin.
Ergebnis:
zum Lot hin

AchtungRichtung der Brechung vertauscht

So nicht
Luft → Wasser: vom Lot weg gebrochen
So richtig
Luft → Wasser: ins optisch dichtere, zum Lot hin

Frag, welcher Stoff optisch dichter ist. Ins dichtere zum Lot hin, ins dünnere vom Lot weg.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Lichtbündel geht senkrecht aus dem Glas in die Luft, also unter 0° zum Lot. Wie wird es gebrochen?
    GlasLuft0°?
    So fängst du an:
    Gebrochen wird nur Licht, das schräg auf die Grenzfläche trifft.
    Lösung zeigen
    1. Gebrochen wird nur Licht, das schräg auf die Grenzfläche trifft.
    2. Hier fällt das Licht entlang des Lots ein.
    3. Also: gar nicht gebrochen.
    Ergebnis:
    gar nicht gebrochen
  2. ●11
    Ein Lichtbündel geht unter 70° zum Lot aus dem Glas in die Luft. Wird es zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?
    GlasLuft70°?
    Lösung zeigen
    1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
    2. Luft ist optisch dünner als Glas.
    3. Ins optisch dichtere zum Lot hin, ins optisch dünnere vom Lot weg. Also: vom Lot weg.
    Ergebnis:
    vom Lot weg
  3. ★12
    Ein Fisch schwimmt 30 cm tief im Teich. Von schräg oben sieht es so aus, als wäre er weiter oben. Warum?
    AugeFisch30 cmWoher kommt das Licht?
    Lösung zeigen
    1. Sehen heißt: Licht kommt vom Gegenstand ins Auge. Hier kommt es von unter Wasser.
    2. Von Wasser in Luft geht es ins optisch dünnere: Es wird vom Lot weg gebrochen.
    3. Das Auge nimmt an, das Licht kam gerade. Es verlängert den Strahl rückwärts, deshalb erscheint der Gegenstand höher.
    Ergebnis:
    Das Licht vom Gegenstand knickt beim Austritt vom Lot weg, das Auge verlängert es gerade zurück.

5Ich untersuche Bilder an der Sammellinse.

MerkenSammellinse

Parallele Strahlen treffen sich im Brennpunkt. Der Abstand dorthin ist die Brennweite f.

BeispielWelches Bild macht die Sammellinse?

Ein leuchtender Pfeil steht 20 cm vor einer Sammellinse mit f = 8 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
2FFF2FGg = 20 cmf = 8 cmBild = ?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
  2. 2f = 16 cm, g = 20 cm
  3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
  1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
  2. 2f = 16 cm, g = 20 cm
  3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
Ergebnis:
umgekehrt und verkleinert

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Ein beleuchtetes L steht 45 cm vor einer Sammellinse mit f = 15 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
    2FFF2FGg = 45 cmf = 15 cmBild = ?
    So fängst du an:
    Vergleiche g mit f und mit 2f.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
    2. 2f = 30 cm, g = 45 cm
    3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
    Ergebnis:
    umgekehrt und verkleinert
  2. ●14
    Ein beleuchtetes Dia steht 15 cm vor einer Sammellinse mit f = 5 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
    2FFF2FGg = 15 cmf = 5 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
    2. 2f = 10 cm, g = 15 cm
    3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
    Ergebnis:
    umgekehrt und verkleinert
  3. ★15
    Ein Käfer liegt 4 cm vor einer Lupe mit f = 8 cm. Was für ein Bild entsteht?
    2FFF2FKäferg = 4 cmf = 8 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Gegenstandsweite mit der Brennweite.
    2. g = 4 cm ist kleiner als f = 8 cm.
    3. Innerhalb der Brennweite gibt es kein Bild auf dem Schirm. Durch die Lupe sieht man es aufrecht und vergrößert.
    Ergebnis:
    aufrecht und vergrößert, nur durch die Lupe zu sehen

6Ich erkläre Kurz- und Weitsichtigkeit.

MerkenAuge und Brille

Kurzsichtig: Bild vor der Netzhaut, Zerstreuungslinse hilft. Weitsichtig: umgekehrt.

BeispielBrechkraft in Dioptrien

Eine Sammellinse hat die Brennweite 40 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
Ff = 40 cmD = ?
Schritt für Schritt
  1. Die Brechkraft rechnet mit der Brennweite in Metern, ihre Einheit ist die Dioptrie.
  2. f = 40 cm = 0,4 m
  3. D = 1 : 0,4 m = 2,5 dpt
  1. Die Brechkraft rechnet mit der Brennweite in Metern, ihre Einheit ist die Dioptrie.
  2. f = 40 cm = 0,4 m
  3. D = 1 : 0,4 m = 2,5 dpt
Ergebnis:
2,5 dpt

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Eine Lupe hat die Brennweite 50 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
    Ff = 50 cmD = ?
    So fängst du an:
    Die Brechkraft rechnet mit der Brennweite in Metern, ihre Einheit ist die Dioptrie.
    Lösung zeigen
    1. Die Brechkraft rechnet mit der Brennweite in Metern, ihre Einheit ist die Dioptrie.
    2. f = 50 cm = 0,5 m
    3. D = 1 : 0,5 m = 2 dpt
    Ergebnis:
    2 dpt
  2. ●17
    Eine Lesebrille hat die Brennweite 5 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
    Ff = 5 cmD = ?
    Lösung zeigen
    1. Die Brechkraft rechnet mit der Brennweite in Metern, ihre Einheit ist die Dioptrie.
    2. f = 5 cm = 0,05 m
    3. D = 1 : 0,05 m = 20 dpt
    Ergebnis:
    20 dpt
  3. ★18
    Eine Sammellinse hat die Brechkraft 2 dpt. Wie groß ist ihre Brennweite in Zentimetern? Berechne mit Einheit.
    Ff = ?D = 2 dpt
    Lösung zeigen
    1. D = 1 : f, also f = 1 : D, mit f in Metern
    2. f = 1 : 2 dpt = 0,5 m
    3. 0,5 m = 50 cm
    Ergebnis:
    50 cm

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●19
    Ein Lichtbündel trifft unter 20° zum Lot auf einen Badezimmerspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 20°β = ?
    Lösung zeigen
    1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
    2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
    3. β = α = 20°
    Ergebnis:
    20°
  2. ●20
    Ein Lichtbündel trifft unter 80° zur Spiegelfläche auf einen Fahrradspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lot80° zum Spiegelβ = ?
    Lösung zeigen
    1. Der Reflexionswinkel wird zum Lot gemessen. Das Lot steht senkrecht auf dem Spiegel.
    2. Einfallswinkel α = 90° − 80° = 10°
    3. β = α = 10°
    Ergebnis:
    10°
  3. ●21
    Ein Lichtbündel geht unter 20° zum Lot aus dem Glas in die Luft. Wird es zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?
    GlasLuft20°?
    Lösung zeigen
    1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
    2. Luft ist optisch dünner als Glas.
    3. Ins optisch dichtere zum Lot hin, ins optisch dünnere vom Lot weg. Also: vom Lot weg.
    Ergebnis:
    vom Lot weg
  4. ●22
    Licht geht unter 65° zum Lot aus der Luft ins Wasser und hat dort 43°. Nun läuft Licht im Wasser unter 43° zurück in die Luft. Welcher Winkel zum Lot?
    LuftWasser43°?Messung: 65° → 43°
    Lösung zeigen
    1. Der Lichtweg ist umkehrbar: Rückwärts nimmt das Licht denselben Weg.
    2. Aus der Luft 65° wird im Wasser 43°, ins dünnere wird es vom Lot weg gebrochen.
    3. Winkel in der Luft: α = 65°
    Ergebnis:
    65°
  5. ●23
    Ein beleuchtetes L steht 60 cm vor einer Sammellinse mit f = 12 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
    2FFF2FGg = 60 cmf = 12 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
    2. 2f = 24 cm, g = 60 cm
    3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
    Ergebnis:
    umgekehrt und verkleinert
  6. ●24
    Ein leuchtender Pfeil steht 50 cm vor einer Sammellinse mit f = 25 cm. In welchem Abstand hinter der Linse ist das Bild scharf? Berechne mit Einheit.
    2FFF2FGg = 50 cmf = 25 cmb = ?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche g mit der Brennweite.
    2. g = 50 cm = 2 · 25 cm, der Gegenstand steht genau bei 2f.
    3. Dann entsteht das Bild ebenfalls bei 2f: b = 50 cm, gleich groß und umgekehrt.
    Ergebnis:
    50 cm

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Licht breitet sich geradlinig aus
Deshalb entstehen scharfe Schatten – und deshalb sieht man um die Ecke nichts.
Sehen
Wir sehen einen Körper, wenn Licht von ihm in unser Auge fällt.
Reflexionsgesetz
Einfallswinkel = Reflexionswinkel. Beide werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
Brechung
Licht knickt beim schrägen Übergang in einen optisch dichteren Stoff zum Lot hin.
Sammellinse
Parallele Strahlen treffen sich im Brennpunkt. Der Abstand dorthin ist die Brennweite f.
Auge und Brille
Kurzsichtig: Bild vor der Netzhaut, Zerstreuungslinse hilft. Weitsichtig: umgekehrt.

AchtungWinkel zum Spiegel statt zum Lot

So nicht
Einfallswinkel 30° zum Spiegel → Reflexionswinkel 30° zum Spiegel
So richtig
zum Lot gemessen: 60° → Reflexionswinkel 60°  (zum Spiegel wären es 30°)

Beide Winkel werden IMMER zum Lot gemessen – der Strich senkrecht auf dem Spiegel.

AchtungBrennweite mit Bildweite verwechselt

So nicht
Linse f = 5 cm, Gegenstand bei g = 15 cm → Bild bei b = 5 cm
So richtig
1/f = 1/g + 1/b → 1/b = 1/5 − 1/15 = 2/15 → b = 7,5 cm  (f bleibt 5 cm, b ändert sich)

f gehört zur Linse und ändert sich nie. b hängt davon ab, wo der Gegenstand steht.

AchtungDas Auge sendet Licht aus

So nicht
Im völlig dunklen Raum sehe ich nichts, weil mein Auge zu schwach strahlt
So richtig
Kein Licht → nichts fällt ins Auge → nichts zu sehen. Lampe an: Licht Lampe → Gegenstand → Auge

Wir sehen, weil Licht ins Auge fällt – nicht, weil das Auge etwas aussendet.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich beschreibe, wie Licht sich ausbreitet, und erkläre Schatten.

    25
    Rechne um: 1500 m = ? km
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,5 km

  2. Ich unterscheide Lichtquelle, beleuchteten Körper und Auge.

    26
    Rechne um: 5 min = ? s
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    300 s

  3. Ich wende das Reflexionsgesetz an.

    27
    Ein Lichtbündel trifft unter 60° zum Lot auf einen Fahrradspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 60°β = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60°

  4. Ich beschreibe die Brechung an der Grenzfläche.

    28
    Ein Lichtbündel geht unter 70° zum Lot aus dem Wasser in die Luft. Wird es zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?
    WasserLuft70°?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    vom Lot weg

  5. Ich untersuche Bilder an der Sammellinse.

    29
    Eine kleine Lampe steht 12 cm vor einer Sammellinse mit f = 8 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
    2FFF2FGg = 12 cmf = 8 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    umgekehrt und vergrößert

  6. Ich erkläre Kurz- und Weitsichtigkeit.

    30
    Eine Sammellinse hat die Brennweite 5 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
    Ff = 5 cmD = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 dpt

  7. Ich erkläre Farben als Zerlegung von weißem Licht.

    31
    Ein Lichtbündel trifft unter 50° zum Lot auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 50°β = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    50°

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    32
    Ein Lichtbündel trifft unter 70° zum Lot auf einen Badezimmerspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 70°β = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    70°

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Lösungen

  1. 3,2 m
  2. 0,8 m
  3. 0,75 g
  4. 480 s
  5. 120 s
  6. 2,5 h
  7. 70°
  8. 55°
  9. 70°
  10. gar nicht gebrochen
  11. vom Lot weg
  12. Das Licht vom Gegenstand knickt beim Austritt vom Lot weg, das Auge verlängert es gerade zurück.
  13. umgekehrt und verkleinert
  14. umgekehrt und verkleinert
  15. aufrecht und vergrößert, nur durch die Lupe zu sehen
  16. 2 dpt
  17. 20 dpt
  18. 50 cm
  19. 20°
  20. 10°
  21. vom Lot weg
  22. 65°
  23. umgekehrt und verkleinert
  24. 50 cm
  25. 1,5 km
  26. 300 s
  27. 60°
  28. vom Lot weg
  29. umgekehrt und vergrößert
  30. 20 dpt
  31. 50°
  32. 70°