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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: 4000 g = ? kg
Schritt für Schritt
  1. 1 kg = 1000 g
  2. 4000 : 1000 = 4
  3. 4000 g = 4 kg
  1. 1 kg = 1000 g
  2. 4000 : 1000 = 4
  3. 4000 g = 4 kg
Ergebnis:
4 kg

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: 1,5 m = ? cm
    So fängst du an:
    1 m = 100 cm
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 100 cm
    2. 1,5 · 100 = 150
    3. 1,5 m = 150 cm
    Ergebnis:
    150 cm
  2. ●2
    Rechne um: 2,5 km = ? m
    Lösung zeigen
    1. 1 km = 1000 m
    2. 2,5 · 1000 = 2500
    3. 2,5 km = 2500 m
    Ergebnis:
    2500 m
  3. ★3
    Rechne um: 75 mm = ? m
    Lösung zeigen
    1. 1 m = 1000 mm
    2. 75 : 1000 = 0,075
    3. 75 mm = 0,075 m
    Ergebnis:
    0,075 m

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: 10 min = ? s
Schritt für Schritt
  1. 1 min = 60 s
  2. 10 · 60 = 600
  3. 10 min = 600 s
  1. 1 min = 60 s
  2. 10 · 60 = 600
  3. 10 min = 600 s
Ergebnis:
600 s

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Rechne um: 15 min = ? s
    So fängst du an:
    1 min = 60 s
    Lösung zeigen
    1. 1 min = 60 s
    2. 15 · 60 = 900
    3. 15 min = 900 s
    Ergebnis:
    900 s
  2. ●5
    Rechne um: 2 h = ? min
    Lösung zeigen
    1. 1 h = 60 min
    2. 2 · 60 = 120
    3. 2 h = 120 min
    Ergebnis:
    120 min
  3. ★6
    Rechne um: 330 s = ? min
    Lösung zeigen
    1. 1 min = 60 s
    2. 330 : 60 = 5,5
    3. 330 s = 5,5 min
    Ergebnis:
    5,5 min

3Ich wende das Reflexionsgesetz an.

MerkenReflexionsgesetz

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

BeispielReflexionsgesetz

Ein Lichtbündel trifft unter 50° zum Lot auf einen Badezimmerspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
Lotα = 50°β = ?
Schritt für Schritt
  1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
  2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
  3. β = α = 50°
  1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
  2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
  3. β = α = 50°
Ergebnis:
50°

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Lichtbündel trifft unter 50° zum Lot auf einen Fahrradspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 50°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 = 50°
    Ergebnis:
    50°
  2. ●8
    Ein Lichtbündel trifft unter 35° zum Lot auf einen Badezimmerspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 35°β = ?
    Lösung zeigen
    1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
    2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
    3. β = α = 35°
    Ergebnis:
    35°
  3. ★9
    Ein Lichtbündel trifft auf einen Badezimmerspiegel. Einfallender und reflektierter Strahl schließen 60° ein. Wie groß ist der Einfallswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = ?60°
    Lösung zeigen
    1. Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind gleich groß, beide zum Lot gemessen.
    2. Zusammen bilden sie den Winkel zwischen den Strahlen: α + β = 60°
    3. α = 60° : 2 = 30°
    Ergebnis:
    30°

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 senkrecht aus der Luft ins Wasser, also unter 0° zum Lot. Wie wird es gebrochen?
LuftWasser0°?
Schritt für Schritt
  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.
  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

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 unter 40° zum Lot aus der Luft ins Glas. Wird es zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?
    LuftGlas40°?
    So fängst du an:
    Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
    Lösung zeigen
    1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
    2. Glas ist optisch dichter als Luft.
    3. Ins optisch dichtere zum Lot hin, ins optisch dünnere vom Lot weg. Also: zum Lot hin.
    Ergebnis:
    zum Lot hin
  2. ●11
    Ein Lichtbündel geht unter 30° zum Lot aus dem Wasser in die Luft. Wird es zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?
    WasserLuft30°?
    Lösung zeigen
    1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
    2. Luft ist optisch dünner als Wasser.
    3. Ins optisch dichtere zum Lot hin, ins optisch dünnere vom Lot weg. Also: vom Lot weg.
    Ergebnis:
    vom Lot weg
  3. ★12
    Ein Strohhalm steckt schräg in einem Glas Wasser, 30 cm tief. Von der Seite sieht er an der Oberfläche geknickt aus. Warum?
    AugeStrohhalm30 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 24 cm vor einer Sammellinse mit f = 6 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
2FFF2FGg = 24 cmf = 6 cmBild = ?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
  2. 2f = 12 cm, g = 24 cm
  3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
  1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
  2. 2f = 12 cm, g = 24 cm
  3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
Ergebnis:
umgekehrt und verkleinert

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Ein leuchtender Pfeil 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 L steht 40 cm vor einer Sammellinse mit f = 8 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
    2FFF2FGg = 40 cmf = 8 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche g mit f und mit 2f.
    2. 2f = 16 cm, g = 40 cm
    3. g ist größer als 2f: Das Bild ist umgekehrt und verkleinert.
    Ergebnis:
    umgekehrt und verkleinert
  3. ★15
    Ein beleuchtetes Dia steht 36 cm vor einer Sammellinse mit f = 6 cm. Er wird auf 7,5 cm herangeschoben. Was geschieht mit dem Bild?
    2FFF2Fvorherg = 36 cmf = 6 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    1. Bestimme die Bereiche: f und 2f vor der Linse.
    2. Vorher: 36 cm liegt außerhalb von 2f = 12 cm, nachher: 7,5 cm liegt zwischen f und 2f.
    3. Rückt der Gegenstand zum Brennpunkt, wird das Bild größer und entsteht weiter hinten.
    Ergebnis:
    Es wird größer und rückt weiter von der Linse weg.

6Ich erkläre Kurz- und Weitsichtigkeit.

MerkenAuge und Brille

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

BeispielBrechkraft in Dioptrien

Ein Brillenglas hat die Brennweite 50 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
Ff = 50 cmD = ?
Schritt für Schritt
  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
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein Brillenglas hat die Brennweite 100 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
    Ff = 100 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 = 100 cm = 1 m
    3. D = 1 : 1 m = 1 dpt
    Ergebnis:
    1 dpt
  2. ●17
    Eine Sammellinse 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 Lupe hat die Brechkraft 4 dpt. Wie groß ist ihre Brennweite in Zentimetern? Berechne mit Einheit.
    Ff = ?D = 4 dpt
    Lösung zeigen
    1. D = 1 : f, also f = 1 : D, mit f in Metern
    2. f = 1 : 4 dpt = 0,25 m
    3. 0,25 m = 25 cm
    Ergebnis:
    25 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 30° zum Lot auf einen Badezimmerspiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 30°β = ?
    Lösung zeigen
    1. Reflexionsgesetz: Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
    2. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, nicht zum Spiegel.
    3. β = α = 30°
    Ergebnis:
    30°
  2. ●20
    Ein Lichtbündel trifft unter 70° zur Spiegelfläche auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lot70° zum Spiegelβ = ?
    Lösung zeigen
    1. Der Reflexionswinkel wird zum Lot gemessen. Das Lot steht senkrecht auf dem Spiegel.
    2. Einfallswinkel α = 90° − 70° = 20°
    3. β = α = 20°
    Ergebnis:
    20°
  3. ●21
    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
    1. Ordne die Stoffe: Glas ist optisch dichter als Wasser, Wasser dichter als Luft.
    2. Luft ist optisch dünner als Wasser.
    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 40° zum Lot aus der Luft ins Wasser und hat dort 29°. Nun läuft Licht im Wasser unter 29° zurück in die Luft. Welcher Winkel zum Lot?
    LuftWasser29°?Messung: 40° → 29°
    Lösung zeigen
    1. Der Lichtweg ist umkehrbar: Rückwärts nimmt das Licht denselben Weg.
    2. Aus der Luft 40° wird im Wasser 29°, ins dünnere wird es vom Lot weg gebrochen.
    3. Winkel in der Luft: α = 40°
    Ergebnis:
    40°
  5. ●23
    Ein Fenster im Haus gegenüber ist 30 m entfernt. Eine Sammellinse mit f = 25 cm bildet es auf Papier ab. Wie weit hinter der Linse liegt das Bild? Berechne mit Einheit.
    2FFF2Fsehr weit wegg = 30 mf = 25 cmb = ?
    Lösung zeigen
    1. Von einem sehr fernen Gegenstand kommt das Licht fast parallel an.
    2. Paralleles Licht trifft sich hinter der Linse im Brennpunkt.
    3. b ≈ f = 25 cm
    Ergebnis:
    25 cm
  6. ●24
    Ein Kind trägt eine Brille mit −1 dpt. Was liegt vor, und welche Linse ist das?
    NetzhautLinse−1 dptWelche Fehlsichtigkeit?
    Lösung zeigen
    1. Das Vorzeichen sagt die Linse: Plus heißt Sammellinse, Minus heißt Zerstreuungslinse.
    2. Kurzsichtig: Nahes scharf, Fernes unscharf, das Bild liegt vor der Netzhaut.
    3. Eine Zerstreuungslinse schiebt das Bild nach hinten auf die Netzhaut.
    Ergebnis:
    kurzsichtig, eine Zerstreuungslinse hilft

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: 1,5 m = ? cm
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    150 cm

  2. Ich unterscheide Lichtquelle, beleuchteten Körper und Auge.

    26
    Rechne um: 3 min = ? s
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    180 s

  3. Ich wende das Reflexionsgesetz an.

    27
    Ein Lichtbündel trifft unter 15° zum Lot auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 15°β = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    15°

  4. Ich beschreibe die Brechung an der Grenzfläche.

    28
    Ein Lichtbündel geht senkrecht aus der Luft ins Glas, also unter 0° zum Lot. Wie wird es gebrochen?
    LuftGlas0°?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    gar nicht gebrochen

  5. Ich untersuche Bilder an der Sammellinse.

    29
    Ein leuchtender Pfeil steht 20 cm vor einer Sammellinse mit f = 5 cm. Auf dem Schirm entsteht ein scharfes Bild. Wie ist es?
    2FFF2FGg = 20 cmf = 5 cmBild = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    umgekehrt und verkleinert

  6. Ich erkläre Kurz- und Weitsichtigkeit.

    30
    Eine Lesebrille hat die Brennweite 25 cm. Wie groß ist ihre Brechkraft D = 1 : f? Berechne mit Einheit.
    Ff = 25 cmD = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 dpt

  7. Ich erkläre Farben als Zerlegung von weißem Licht.

    31
    Ein Lichtbündel trifft unter 65° zum Lot auf einen ebenen Spiegel. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Berechne mit Einheit.
    Lotα = 65°β = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    65°

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    32
    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°

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

Lösungen

  1. 150 cm
  2. 2500 m
  3. 0,075 m
  4. 900 s
  5. 120 min
  6. 5,5 min
  7. 50°
  8. 35°
  9. 30°
  10. zum Lot hin
  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. Es wird größer und rückt weiter von der Linse weg.
  16. 1 dpt
  17. 20 dpt
  18. 25 cm
  19. 30°
  20. 20°
  21. vom Lot weg
  22. 40°
  23. 25 cm
  24. kurzsichtig, eine Zerstreuungslinse hilft
  25. 150 cm
  26. 180 s
  27. 15°
  28. gar nicht gebrochen
  29. umgekehrt und verkleinert
  30. 4 dpt
  31. 65°
  32. 60°