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Aufgabe

Konstruktionsstrahlen bei Abbildungen mit Sammellinsen

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Die folgende Abbildung zeigt den Weg des von einem Leuchtpunkt ausgehenden Lichtes durch eine Sammellinse (Konvexlinse).

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Strahlengang von einem Bildpunkt durch eine Konvexlinse

Damit du bestimmen kannst, wo ein beliebig positionierter Leuchtpunkt scharf abgebildet wird, musst du jeweils den Weg dreier besonderer Strahlen untersuchen: des achsenparallelen Strahls (Parallelstrahl), des Mittelpunktsstrahls und des Brennpunktstrahls (Brennstrahl). Diese drei Strahlen nennt man die Hauptstrahlen.

a)Beschreibe, wie der achsenparallele Strahl nach dem Linsendurchgang verläuft.

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Abb. 2 Achsenparalleler Strahl an der Konvexlinse

b)Beschreibe, wie der der Mittelpunktsstrahl nach dem Linsendurchgang verläuft.

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Abb. 3 Mittelpunktsstrahl an der Konvexlinse

c)Beschreibe, wie der Brennpunktstrahl nach dem Linsendurchgang verläuft.

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Abb. 4 Brennpunktstrahl an der Konvexlinse

d)Beschreibe, wie die du mithilfe der drei vom Lichtpunkt P ausgehenden Hauptstrahlen den Punkt P' finden kannst, an dem der Lichtpunkt P von der Sammellinse scharf abgebildet wird.

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Abb. 5 Strahlengang von einem Bildpunkt durch eine Konvexlinse

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a)Der achsenparallele Strahl wird von der Linse so gebrochen, dass er durch den Brennpunkt der Linse verläuft. Der achsenparallele Strahl wird zum Brennstrahl.

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Abb. 6 Verlauf des achsenparallelen Strahls an der Konvexlinse

b)Mittelpunktsstrahl geht ungebrochen durch die Linse hindurch. Er verläuft geradlinig weiter.

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Abb. 7 Strahlengang des Mittelpunktsstrahl an der Konvexlinse

c)Der Brennpunktstrahl wird so gebrochen, dass er nach dem Linsendurchgang parallel zur optischen Achse verläuft. Der Brennpunktstrahl wird zum achsenparallelen Strahl.

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Abb. 8 Strahlengang Brennpunktstrahl an der Konvexlinse

d)Die drei Hauptstrahlen, deren Verlauf du wie in der folgenden Abbildung einzeichnen kannst, schneiden sich genau an einem Punkt. Dies ist der Punkt P', an dem der Lichtpunkt P von der Sammellinse scharf abgebildet wird. Daher werden die Hauptstrahlen auch Konstruktionsstrahlen genannt. Um den Punkt P' zu bestimmen, reichen eigentlich zwei Hauptstrahlen aus. Den dritten Strahl kannst du zur Kontrolle nutzen.

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Abb. 9 Strahlengang eines Bildpunktes an der Konvexlinse mit Hauptstrahlen

Die Abbildung zeigt dir aber auch, dass die Hauptstrahlen nur ein Hilfsmittel zur Konstruktion des Abbildungspunktes sind. Über die Größe und den Verlauf des realen Lichtbündels, dass zur Abbildung beiträgt, kannst du mithilfe der Hauptstrahlen keine Aussagen treffen. Weiter müssen auch die Konstruktionsstrahlen nicht die reale Linse treffen. Die Hauptstrahlen werden an der unendlich langen Linsenebene "gebrochen".