Aufgaben: Lichtbrechung und Totalreflexion

Ein Lichtstrahl trifft schräg aus der Luft auf eine Wasseroberfläche im Schwimmbad.

1. a) Zeichne in dein Heft das Einfallslot und beschreibe, wie der Strahl im Wasser weiterläuft: zum Lot hin oder vom Lot weg?

1. b) Wie nennt man diese Erscheinung?

Ergänze den Satz: „Geht Licht von Luft in Glas über, wird es zum Einfallslot hin $\dots$. Geht es von Glas in Luft über, wird es vom Einfallslot $\dots$."

Weißes Licht fällt auf ein Glasprisma und wird in Farben zerlegt.

1. a) Nenne drei Farben, die du im entstehenden Spektrum erkennst.

1. b) Welche Farbe wird am stärksten, welche am schwächsten gebrochen?

Lena legt einen Bleistift schräg in ein Glas mit Wasser. Von der Seite betrachtet sieht der Stift an der Wasseroberfläche geknickt aus.

1. a) Erkläre diese Beobachtung mit der Lichtbrechung.

1. b) Warum erscheint ein Fisch im Aquarium dem Betrachter an einer anderen Stelle, als er tatsächlich ist?

Ein Lichtstrahl trifft unter einem Einfallswinkel von $40^\circ$ aus der Luft auf eine Glasplatte. Der Brechungswinkel beträgt $25^\circ$.

1. a) Nenne den Winkel zwischen Strahl und Einfallslot im Glas und begründe, warum er kleiner als $40^\circ$ ist.

1. b) Der Strahl verlässt die Platte auf der parallelen Rückseite wieder in die Luft. Wie groß ist dort der Austrittswinkel? Begründe.

Bei einem Regenbogen beobachtet Tim Sonnenlicht, das in Wassertropfen zerlegt wird.

1. a) Welche Farbe sieht er am äußeren, welche am inneren Rand des Bogens?

1. b) Erkläre mit eigenen Worten, wie die Farben entstehen.

Licht läuft in einem Glasfaserkabel (Lichtleiter) für das Internet über viele Kilometer, ohne nach außen zu treten.

1. a) Unter welchen Bedingungen tritt Totalreflexion auf? Nenne zwei.

1. b) Erkläre, warum das Licht im Kabel bleibt, auch wenn das Kabel gebogen wird.

1. c) Nenne ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Totalreflexion.

Ein Lichtstrahl geht von Glas in Luft über. Der Einfallswinkel wird schrittweise von $0^\circ$ auf $60^\circ$ vergrößert. Der Grenzwinkel der Totalreflexion für dieses Glas beträgt etwa $42^\circ$.

1. a) Beschreibe, was mit dem Strahl bei $20^\circ$, bei $42^\circ$ und bei $60^\circ$ geschieht.

1. b) Warum kann Totalreflexion beim Übergang von Luft in Glas nie auftreten?

Ein Prisma zerlegt weißes Licht in ein Spektrum. Anschließend lässt man nur den roten Anteil durch ein zweites Prisma laufen.

1. a) Wird der rote Strahl dort weiter in Farben zerlegt? Begründe.

1. b) Was würde man sehen, wenn man alle Spektralfarben mit einer Sammellinse wieder zusammenführt?

1. c) Erkläre den Unterschied zwischen der Zerlegung von weißem Licht und dem Mischen von Wasserfarben.