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Aufgabe

Konstruktionsstrahlen bei Abbildungen mit Zerstreuungslinsen

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

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

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Verlauf des Lichtbündels an einer Zerstreuungslinse

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 Strahlengang Parallelstrahl an der Konkavlinse

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

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Abb. 3 Strahlengang des Mittelstrahls an der Konkavlinse

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

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Abb. 4 Strahlengang Parallelstrahl an der Konkavlinse

d)Im Gegensatz zu der Abbildung am einer Sammellinse schneiden sich die drei Hauptstrahlen (Konstruktionsstrahlen) auf der rechten Seite der Linse nicht. Beschreibe, wie du mithilfe der drei vom Lichtpunkt P ausgehenden Hauptstrahlen dennoch den Punkt P' finden kannst, an dem du die Abbildung P' des Lichtpunktes P an der Zerstreuungslinse sehen kannst.

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Abb. 5 Verlauf der Hauptstrahlen an einer Konkavlinse

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a)Der achsenparallele Strahl wird von der Linse so gebrochen, dass er so verläuft, als würde er aus dem Brennpunkt F1 kommen. Der achsenparallele Strahl wird also zum Brennpunktstrahl.

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Abb. 6 Strahlengang des Parallelstrahls an der Konkavlinse

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

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Abb. 7 Strahlengang des Mittelstrahls an der Konkavlinse

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 des Brennpunktstrahls an einer Konkavlinse

d)Bei Abbildungen an Zerstreuungslinsen (Konkavlinsen) musst du die Strahlen wie in der folgenden Abbildung rückwärtig verlängern. Dort schneiden sich die drei Konstruktionsstrahlen gerade im Punkt P'. Da die Abbildung P' des Punktes P auf der selben Seite der Linse sind, kannst du das Bild nicht mit einem Schirm auffangen oder auf einem Schirm abbilden. Du kannst es aber sehen, wenn du von rechts durch die Zerstreuungslinse blickst. Man nennt das Bild daher auch ein virtuelles Bild.

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Abb. 9 Verlauf der Konstruktionsstrahlen an einer Konkavlinse

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".