Linsenteleskope (xx')
Wie funktionieren Fernrohre und Teleskope mit optischen Linsen?
Wie funktionieren Fernrohre und Teleskope mit optischen Linsen?
Einleitung / Übersicht
Du kannst anhand einer Skizze erklären, wie ein Linsen-Teleskop funktioniert.
Du kannst die Begriffe "Objektiv", "Okular", "Brennpunkt und -ebene", "optische Achse", "Zwischenbild" und "virtuelles Bild" in der Skizze korrekt eintragen.
Du kannst den Unterschied zwischen einer Abbildung und einem virtuellen Bild erläutern.
Auftrag 1: Eine erste Übersicht über Linsenteleskope (ca. 15'):
Galileo Galilei entwickelte 1609 das holländische Fernrohr weiter. Als Objektiv diente eine Sammellinse (konvexe Linse = in der Mitte dick), welche die einfallenden Lichtstrahlen bündelte. Die Zerstreuungslinse (konkav = in der Mitte dünner) lässt die einfallenden Lichtstrahlen wieder parallel verlaufen. Das Kepler-Fernrohr dagegen verwendet zwei Sammellinsen und erzeugt ein um 180° gedrehtes Bild.
Joseph von Fraunhofer konnte durch mehrere kombinierte Linsen die Farbfehler und Unschärfen korrigieren und damit ein so präzises Fernrohr bauen. Damit entdeckten die Astronomen Galle und d'Arrest nach mathematischen Vorhersagen von Le Verrier den Planeten Neptun.
Schau das Video links als erste Übersicht über die Entwicklung von Linsenteleskopen an und lies die Übersicht über die Funktionsweise von Fernrohren auf Wikipedia.
Auftrag 2: Optische Linsen (ca. 20')
Schau dir das erste Video links an und löse folgende Aufgaben:
Welche beiden Arten von optischen Linsen werden vorgestellt? Welche Form haben sie und wie werden sie genannt?
Skizziere auf einem Blatt Papier und mit Hilfe der Trigonometrie (Dreieckskunde), wie die Lichtstrahlen bei den zwei Linsenarten gebrochen werden.
Kontrolliere deine Skizzen mit dem zweiten Video links. Was passiert wenn die Linsen dicker oder dünner sind?
Was haben die beiden Linsenarten mit spärischen Linsen zu tun? Skizziere das ebenfalls auf deinem Blatt Plapier.
Welche Geräte mit optischen Linsen kennst du? Notiere dir eine Liste.
Diskutiere nun mit deinen Banknachbar*innen deine Skizzen und ergänze und korrigiere deine Informationen. Falls ihr unsicher seid, findet ihr auf LEIFI-Physik im Kapitel Optik Antworten zum Video.
Auftrag 3: Linsenabbildungen und Bildentstehung (ca. 30')
Schau dir das erste Video links an und löse folgende Aufgaben:
Nehmt euch das Video als Vorbild: Experimentiert zu zweit mit einer Lupe, Taschenlampe, verschiedenen Schattenbildern und einer weissen Wand, ob ihr den Brennpunkt der Lupe, die Brennweite, ein Gegenstands-Bild (seitenverkehrt) und ein virtuelles Bild erkennen könnt.
Skizziere nun zwei Skizzen mit je einer Sammellinse, Brennpunkt, Objekt und Abbildung und beschrifte deine Skizzen mit den Begriffen "optische Achse", "Brennpunkt und -ebene", "Gegenstandsgrösse", Gegenstandsweite", "Bildgrösse", "Bildweite", "reelles Bild" bzw. "virtuelles Bild" (Details bei LEIFI-Physik).
Warum ist das virtuelle Bild eine optische Täuschung? Diskutiere deine Skizze und deine Antworten mit deinen Banknachbarn.
Auftrag 4: Fernrohr-Vergrösserung (ca. 30')
Schau dir das Video zur Fernrohr-Vergrösserung an und beantworte damit folgende Fragen:
Skizziere ein Linsen-Teleskop und beschrifte es mit den Begriffen "Objektiv", "Okular", "Brennpunkt", "Brennebene" und "Brennweite", "Zwischenbild" und "virtuelles Bild".
Welche Aufgaben haben das Objektiv und das Okular im Fernrohr?
Welche Eigenschaft hat ein virtuelles Bild?
Wie könnte man ein Zwei-Linsen-Fernrohr verändern, damit man die Gegenstände aufrecht sieht und nicht auf den Kopf gestellt?
Welche der beiden Linsen sollte eine möglichst grosse Brennweite haben?
Wie ändert sich das Bild, wenn man die Brennweite des Okulars vergrössert?
Warum gibt man die Vergrösserung eines Fernrohrs nicht mit Bildgrösse geteilt durch Gegenstandsgrösse" an?
Die Antworten zu den Fragen findest du am Schluss des Videos links.
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