Physik Step 55 (neu)

Lernkarten zu Step 55 des Grundlagenfachs Physik: Ausbreitung, Reflexion und Brechung des Lichts (Lichtstrahlen-Modell, Schatten, Brechungsgesetz, Totalreflexion, Dispersion).

Lernkarten zu Step 55 des Grundlagenfachs Physik: Ausbreitung, Reflexion und Brechung des Lichts (Lichtstrahlen-Modell, Schatten, Brechungsgesetz, Totalreflexion, Dispersion).


R. H.
Karten
24
Lernende
0
Sprache
Deutsch
Kategorie
Physik
Stufe
Mittelschule
Erstellt / Aktualisiert
23.10.2026 / 23.10.2026

Lernkarten

Was besagt das Lichtstrahlen-Modell?

Licht breitet sich in einem gleichmässigen Material geradlinig aus; wir zeichnen es als gerade Linien (Lichtstrahlen) mit Richtungspfeil. Dieses Vorgehen heisst geometrische Optik.

Welche Phänomene kann das Lichtstrahlen-Modell NICHT erklären?

Wellenphänomene wie Interferenz und Beugung – dafür braucht es das Wellenbild des Lichts.

Wie gross ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (gerundet)?

c ≈ 3,0 ⋅ 10⁸ m/s (rund 300'000 km/s); der genaue Wert steht in der Formelsammlung.

Was ist ein Lichtjahr, und wie berechnet man es?

Die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt – eine Längeneinheit, keine Zeit: s = c ⋅ t = 3,0 ⋅ 10⁸ m/s ⋅ 3,15 ⋅ 10⁷ s ≈ 9,5 ⋅ 10¹⁵ m

Wie stellt man das Licht einer punktförmigen, einer ausgedehnten und einer weit entfernten Lichtquelle mit Strahlen dar?

Punktförmig: Strahlen gehen sternförmig von einem Punkt in alle Richtungen. Ausgedehnt: viele Punktquellen, jede strahlt für sich. Weit entfernt (Sonne): Bündel paralleler Strahlen.

Warum dürfen wir das Sonnenlicht auf der Erde als parallel ansehen? (Begriffe lokal und global)

Die Strahlen laufen global auseinander, aber weit weg von der Quelle ist der Winkel zwischen Nachbarstrahlen winzig – in einem kleinen Ausschnitt (lokal) erscheinen sie parallel.

Was ist der Unterschied zwischen tatsächlicher und scheinbarer Helligkeit?

Tatsächliche Helligkeit: wie viel Licht die Quelle wirklich abgibt (Eigenschaft der Quelle). Scheinbare Helligkeit: wie viel Licht beim Betrachter ankommt – sie nimmt mit der Entfernung ab, weil sich das Licht auf eine immer grössere Fläche verteilt.

Was ist der Unterschied zwischen Schattenraum und Schatten?

Schattenraum: der ganze (dreidimensionale) Raum hinter dem Körper, in den kein Licht gelangt. Schatten: der dunkle Fleck, der entsteht, wenn der Schattenraum auf einen Schirm, eine Wand oder den Boden trifft.

Was ist der Kernschatten?

Der Bereich hinter dem Körper, in den das Licht von keinem einzigen Punkt der ausgedehnten Lichtquelle gelangt – er ist völlig dunkel.

Was ist der Halbschatten?

Der Bereich, in den das Licht nur von einem Teil der ausgedehnten Lichtquelle gelangt – er ist teilweise beleuchtet und bildet einen weichen Übergang zur vollen Helligkeit.

Was geschieht bei Reflexion, Absorption und Brechung mit dem Licht an einer Grenzfläche?

Reflexion: Licht wird zurückgeworfen (bleibt im alten Material). Absorption: Licht wird verschluckt, seine Energie wird zu Wärme. Brechung: Licht tritt ins neue Material ein und ändert dabei die Richtung.

Wie werden Einfalls- und Ausfallswinkel in der Optik gemessen?

Immer zum Lot (Normale) – der Senkrechten auf der Oberfläche im Auftreffpunkt –, nie zur Oberfläche.

Wie lautet das Reflexionsgesetz?

α = β: Der Einfallswinkel ist gleich dem Ausfallswinkel (beide zum Lot gemessen); einfallender Strahl, reflektierter Strahl und Lot liegen in einer Ebene.

Ein Lichtstrahl schliesst mit der Spiegeloberfläche einen Winkel von 25° ein. Wie gross sind Einfalls- und Ausfallswinkel zum Lot?

Einfallswinkel α = 90° – 25° = 65°; nach dem Reflexionsgesetz Ausfallswinkel β = α = 65°

Warum siehst du dich im Spiegel, in einer weissen Wand aber nicht?

Spiegel = glatte Oberfläche: parallele Strahlen bleiben parallel (gerichtete Reflexion, Spiegelbild). Wand = raue Oberfläche: jedes Flächenstück ist anders geneigt, die Strahlen werden in alle Richtungen gestreut (diffuse Reflexion). Für jeden einzelnen Strahl gilt trotzdem α = β.

Was ist die Brechzahl n eines Materials?

n = c / c_Material – das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Material; immer n > 1. Werte in der Formelsammlung (Wasser ≈ 1,33, Glas ≈ 1,5).

Wie schnell breitet sich Licht in Glas (n = 1,5) aus?

c_Material = c / n = 3,0 ⋅ 10⁸ m/s / 1,5 = 2,0 ⋅ 10⁸ m/s

Wie lautet das Brechungsgesetz (Snellius)?

n_1 ⋅ sin α_1 = n_2 ⋅ sin α_2 (alle Winkel zum Lot gemessen)

In welche Richtung wird Licht gebrochen, wenn es ins optisch dichtere bzw. ins optisch dünnere Material übergeht?

Ins dichtere Material (z. B. Luft → Glas): zum Lot hin, α_2 < α_1. Ins dünnere Material (Glas → Luft): vom Lot weg, α_2 > α_1.

Licht trifft aus Luft (n_1 = 1,0) unter α_1 = 50° auf Glas (n_2 = 1,5). Wie gross ist der Brechungswinkel?

sin α_2 = n_1 ⋅ sin α_1 / n_2 = 1,0 ⋅ sin 50° / 1,5 = 0,766 / 1,5 = 0,511 → α_2 = arcsin(0,511) ≈ 31°

Wann tritt Totalreflexion auf, und wie berechnet man den Grenzwinkel?

Nur beim Übergang vom optisch dichteren ins dünnere Material, wenn der Einfallswinkel grösser als der Grenzwinkel ist: sin α_g = n_klein / n_gross, beim Austritt in Luft sin α_g = 1/n. Glas: sin α_g = 1/1,5 = 0,667 → α_g ≈ 42°

Wie hält ein Lichtleiter (Glasfaser) das Licht im Inneren fest?

Das Licht trifft an der Faserwand stets unter mehr als dem Grenzwinkel auf und wird jedes Mal total reflektiert – es bleibt gefangen und folgt der Faser auch um Kurven (Internet, Endoskope).

Wie entsteht durch Dispersion aus weissem Licht ein Farbspektrum?

Weisses Licht ist ein Gemisch aller Farben; die Brechzahl hängt leicht von der Farbe ab (für Violett grösser als für Rot). Die Farben werden deshalb verschieden stark gebrochen und fächern sich am Prisma auf – so entsteht auch der Regenbogen (Wassertröpfchen statt Prisma).

Welche Farbe wird am Prisma stärker abgelenkt – Rot oder Violett?

Violett: Seine Brechzahl ist grösser, es wird stärker zum Lot hin gebrochen und darum stärker abgelenkt.

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