Geometrische Optik (Physik 1), Photonics / Mobile Robotics, FH Graubünden, Thomas Borer, 2023/24

Lernziele

Allgemein

• eine Problemstellung mit exakter und strukturierter Arbeitsweise bearbeiten können.
• eine bekannte oder neue Problemstellung selbstständig bearbeiten und in einer Gruppe diskutieren können.
• sich aus dem Studium eines schriftlichen Dokumentes neue Kenntnisse und Fähigkeiten erarbeiten können.
• einen bekannten oder neuen Sachverhalt analysieren und beurteilen können.
• Erkenntnisse in geeigneter Form darstellen und zusammenfassen können.
• Lösungswege vollständig, übersichtlich und verständlich dokumentieren können.
• physikalische Gesetze in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• Aussagen und Beziehungen zwischen Grössen mit Hilfe physikalischer Grundgesetze als Gleichungen formulieren können.
• die Vollständigkeit eines Gleichungssystems beurteilen können.
• eine einfachere Überschlagsrechnung ausführen können.
• einen experimentellen Aufbau skizzieren können.
• experimentelle Beobachtungen mit eigenen Worten beschreiben können.
• aus einem Experiment neue Erkenntnisse gewinnen können.

Reflexion und Brechung

• wissen, dass es für Licht ein Strahlen-, ein Wellen- und ein Teilchenmodell gibt.
• die vier Axiome der geometrischen Optik kennen.
• wissen, dass sich Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet.
• wissen und verstehen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Rahmen des SI-Systems eine exakt definierte Konstante ist.
• wissen und verstehen, wie die Brechzahl eines Mediums definiert ist.
• das Reflexionsgesetz und das Brechungsgesetz kennen und anwenden können.
• das Phänomen der Parallelverschiebung an einer planparellelen Platte kennen und mit Hilfe des Brechungsgesetzes erklären können.
• das Phänomen der Totalreflexion kennen und verstehen.
• die in einem Umlenk- bzw. Umkehrprisma auftretende Totalreflexion verstehen.
• die in einem Lichtleiter auftretende Totalreflexion verstehen.

Bildentstehung, Spiegel und Linsen

• die allgemeine Bildentstehung bei einem optischen System im Modell der Strahlenoptik verstehen.
• wissen und verstehen, was ein reelles und ein virtuelles Bild ist.
• wissen und verstehen, wie Lichtstrahlen an einem Planspiegel, einem sphärischen Hohl- und einem sphärischen Wölbspiegel reflektiert werden.
• beurteilen können, ob ein bei einem Planspiegel, einem sphärischen Hohl- und einem sphärischen Wölbspiegel beobachtetes Bild reell oder virtuell ist.
• die Bildentstehung bei einem Planspiegel, einem sphärischen Hohl- und einem sphärischen Wölbspiegel aus dem Verlauf von einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen verstehen.
• den Verlauf eines an zwei Planspiegeln reflektierten Lichtstrahls kennen und verstehen.
• die Bildentstehung bei einem System aus Planspiegeln kennen und verstehen.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen das Bild eines Gegenstandes bei einem sphärischen Hohl- und einem sphärischen Wölbspiegel von Hand konstruieren können.
• alle bei einem sphärischen Hohl- und einem sphärischen Wölbspiegel auftretenden Fälle für die Existenz und Eigenschaft eines Bildes kennen und verstehen.
• die Abbildungsgleichung für sphärische Spiegel kennen, verstehen und anwenden können.
• die Gleichung für die Lateralvergrösserung des Bildes bei einem sphärischen Spiegel kennen, verstehen und anwenden können.
• die Vorzeichenregeln für die in den genannten Gleichungen auftretenden Grössen kennen.
• wissen und verstehen, wie die Hauptstrahlen an einer konvexen und an einer konkaven sphärischen Oberfläche gebrochen werden.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen das Bild eines Gegenstandes bei einer brechenden konvexen und einer brechenden konkaven sphärischen Oberfläche von Hand konstruieren können.
• beurteilen können, ob ein Bild bei einer brechenden konvexen und einer brechenden konkaven sphärischen Oberfläche reell oder virtuell ist.
• alle bei einer brechenden konvexen und einer brechenden konkaven sphärischen Oberfläche auftretenden Fälle für die Existenz und Eigenschaft eines Bildes kennen und verstehen.
• die Abbildungsgleichung für brechende sphärische Oberflächen kennen, verstehen und anwenden können.
• die Gleichung für die Lateralvergrösserung des Bildes bei einer brechenden sphärischen Oberfläche kennen, verstehen und anwenden können.
• die Vorzeichenregeln für die in den genannten Gleichungen auftretenden Grössen kennen.
• die Bildentstehung bei einer dünnen spärischen Sammel- und einer dünnen sphärischen Zerstreuungslinse verstehen.
• wissen und verstehen, wie die Hauptstrahlen an einer dünnen sphärischen Sammel- und einer dünnen sphärischen Zerstreuungslinse gebrochen werden.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen das Bild eines Gegenstandes bei einer dünnen sphärischen Sammel- und einer dünnen sphärischen Zerstreuungslinse  von Hand konstruieren können.
• beurteilen können, ob ein Bild bei einer dünnen sphärischen Sammel- und einer dünnen sphärischen Zerstreuungslinse reell oder virtuell ist.
• alle bei einer dünnen sphärischen Sammel- und einer dünnen sphärischen Zerstreuungslinse auftretenden Fälle für die Existenz und Eigenschaft eines Bildes kennen und verstehen.
• die Abbildungsgleichung für dünne sphärische Linsen kennen, verstehen und anwenden können.
• die Gleichung für die Lateralvergrösserung des Bildes bei einer dünnen sphärischen Linse kennen, verstehen und anwenden können.
• die Vorzeichenregeln für die in den genannten Gleichungen auftretenden Grössen kennen.
• die Bildentstehung bei einem System zweier dünner sphärischer Linsen kennen und verstehen.
• mit Hilfe der Methode mit einem Zwischenbild das Bild eines Gegenstandes bei einem System zweier dünner sphärischer Linsen von Hand konstruieren können.
• die Abbildungsgleichung für dünne sphärische Linsen zur Berechnung von Bildweiten bei einem System zweier dünner sphärischer Linsen anwenden können.

Optische Instrumente

• den anatomischen Aufbau eines Auges kennen.
• die Bildentstehung bei einem Auge verstehen.
• den Vorgang der Akkomodation kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, was der Nahpunkt und die deutliche Sehweite sind.
• die Phänomene Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, wie Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit mit Hilfe von Brillen bzw. Kontaktlinsen korrigiert werden können.
• die Abbildungsgleichungen für sphärische Oberflächen und dünne sphärische Linsen bei der Bildentstehung am Auge anwenden können.
• die Gleichung für die Lateralvergrösserung des Bildes bei einer dünnen sphärischen Linse bei der Bildentstehung am Auge anwenden können.
• wissen, wie die Brechkraft einer Linse definiert ist.
• wissen und verstehen, was ein Sehwinkel ist.
• den grundlegenden Zweck eines optischen Instrumentes kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, was die Winkelvergrösserung eines optischen Instrumentes ist.
• den Zusammenhang zwischen der Winkelvergrösserung eines optischen Instrumentes und der Grösse des reellen Bildes eines Gegenstandes auf der Augennetzhaut kennen und verstehen.
• die Funktionsweise einer Lupe kennen und verstehen.
• die Winkelvergrösserung einer Lupe bestimmen können.
• den Aufbau und die Funktionsweise eines Mikroskops kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, wie sich die Vergrösserung des Mikroskops aus der Lateralvergrösserung des Objektivs und der Winkelvergrösserung des Okulars zusammensetzt.
• die Vergrösserung eines Mikroskops bestimmen können.
• den Aufbau und die Funktionsweise eines Teleskops kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, wie sich die Vergrösserung des Teleskops aus den Winkelvergrösserungen des Objektivs und des Okulars zusammensetzt.
• die Vergrösserung eines Teleskops bestimmen können.

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