Aufgaben: Brechung und Totalreflexion

Ein Lichtstrahl geht von Luft in Wasser über.

1. a) Wird der Strahl zum Lot hin oder vom Lot weg gebrochen?

1. b) Was gilt im umgekehrten Fall (Wasser nach Luft)?

Ein Bleistift steht schräg in einem Wasserglas und sieht an der Wasseroberfläche geknickt aus.

1. a) Nenne den Namen des physikalischen Effekts.

1. b) Erkläre in zwei Sätzen, wie der Knick entsteht.

Ordne die Begriffe den Beschreibungen zu: Einfallslot, Einfallswinkel, Brechungswinkel.

1. a) Gerade senkrecht zur Grenzfläche im Auftreffpunkt.

1. b) Winkel zwischen einfallendem Strahl und Lot.

1. c) Winkel zwischen gebrochenem Strahl und Lot.

Ein Lichtstrahl trifft unter $50^\circ$ zum Lot von Luft auf eine Glasscheibe. Der Brechungswinkel im Glas beträgt etwa $31^\circ$.

1. a) Skizziere (beschreibe) den Strahlenverlauf beim Eintritt in das Glas.

1. b) Der Strahl tritt auf der parallelen Rückseite wieder in Luft aus. Welchen Winkel hat er dort zum Lot? Begründe.

1. c) Beschreibe, wie der Strahl nach dem Durchgang zum ursprünglichen Strahl liegt.

Ein Strahl geht von Wasser in Luft über. Bei einem Einfallswinkel von $30^\circ$ beträgt der Brechungswinkel etwa $42^\circ$. Der Grenzwinkel der Totalreflexion von Wasser gegen Luft beträgt etwa $49^\circ$.

1. a) Beschreibe, was bei einem Einfallswinkel von $40^\circ$ passiert und was bei $60^\circ$.

1. b) Nenne die zwei Bedingungen, die für Totalreflexion erfüllt sein müssen.

Ein Taucher im Schwimmbad schaut von unten schräg gegen die Wasseroberfläche und sieht dort plötzlich wie in einem Spiegel den Boden des Beckens.

1. a) Erkläre die Beobachtung.

1. b) Warum sieht er bei senkrechtem Blick nach oben dagegen die Decke der Halle?

Ein Fisch schwimmt 1,0 m unter der Wasseroberfläche eines Sees. Ein Angler steht am Ufer und blickt schräg auf den Fisch.

1. a) Zeichne (beschreibe) den Strahlengang vom Fisch zum Auge des Anglers.

1. b) Erkläre, ob der Fisch dem Angler tiefer oder flacher erscheint, als er tatsächlich ist.

1. c) Erkläre, warum ein Speerfischer deshalb nicht direkt auf die gesehene Stelle zielen darf.

Ein Prismenfernglas nutzt Glasprismen mit rechtwinklig-gleichschenkligem Querschnitt (Winkel $45^\circ$, $45^\circ$, $90^\circ$). Ein Lichtstrahl trifft senkrecht auf eine Kathetenfläche. Der Grenzwinkel Glas–Luft beträgt etwa $42^\circ$.

1. a) Bestimme den Einfallswinkel des Strahls an der Hypotenusenfläche.

1. b) Begründe, dass dort Totalreflexion stattfindet.

1. c) Nenne einen Vorteil gegenüber einem Metallspiegel.

Ein Schüler behauptet: „Totalreflexion gibt es auch beim Übergang von Luft in Glas, wenn man nur den Einfallswinkel groß genug macht.“

1. a) Beurteile die Aussage und begründe sie mit dem Brechungsverhalten zum Lot.

1. b) Erkläre, was bei einem Einfallswinkel von fast $90^\circ$ beim Übergang von Luft in Glas geschieht.