Optik 1, Photonics, HTW Chur, Thomas Borer, 2016/17

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.

Wesen des Lichts

• wissen, dass es für Licht ein Strahlen-, ein Wellen-, ein Teilchenmodell gibt.
• je ein Beispiel kennen, in welchem Licht als Strahl, als Welle, als Teilchen modelliert wird.
• wissen und verstehen, dass sich Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet.
• die historischen Methoden von Galilei, Römer und Fizeau zur Messung der Lichtgeschwindigkeit kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Rahmen des SI-Systems eine exakt definierte Konstante ist.
• die vier Axiome der geometrischen Optik kennen.
• den Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle kennen, verstehen und anwenden können.

Reflexion und Brechung

• wissen und verstehen, wie die Brechzahl eines Mediums definiert ist.
• das Reflexionsgesetz und das Brechungsgesetz kennen und anwenden können.
• das Phänomen der Totalreflexion kennen und mit Hilfe des Brechungsgesetzes erklären können.
• das Phänomen der Parallelverschiebung an einer planparellelen Platte kennen und mit Hilfe des Brechungsgesetzes erklären können.
• die in einem Umlenk- bzw. Umkehrprisma auftretende Totalreflexion verstehen
• die in einem Wellenleiter 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, virtuelles Bild ist.
• wissen und verstehen, wie Lichtstrahlen an einem Planspiegel, sphärischen Hohl-/Wölbspiegel reflektiert werden.
• beurteilen können, ob ein bei einem Planspiegel, sphärischen Hohl-/Wölbspiegel beobachtetes Bild reell oder virtuell ist.
• die Bildentstehung bei einem Planspiegel, sphärischen Hohl-/Wölbspiegel aus dem Verlauf von einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen verstehen.
• den Verlauf eines an zwei oder drei Planspiegeln reflektierten Lichtstrahls kennen und verstehen.
• den Unterschied des Reflexionsverhaltens zwischen einem sphärischen und einem parabolischen Hohlspiegel kennen und verstehen.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen das Bild eines Gegenstandes bei einem sphärischen Hohl-/Wölbspiegel von Hand konstruieren können.
• beurteilen können, ob ein Bild bei einem sphärischen Hohl-/Wölbspiegel reell oder virtuell ist.
• alle bei einem sphärischen Hohl-/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/konkaven sphärischen Oberfläche gebrochen werden.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen das Bild eines Gegenstandes bei einer brechenden konvexen/konkaven sphärischen Oberfläche von Hand konstruieren können.
• beurteilen können, ob ein Bild bei einer brechenden konvexen/konkaven sphärischen Oberfläche reell oder virtuell ist.
• alle bei einer brechenden konvexen/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-/Zerstreuungslinse verstehen.
• wissen und verstehen, wie die Hauptstrahlen an einer dünnen sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse gebrochen werden.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen das Bild eines Gegenstandes bei einer dünnen sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse  von Hand konstruieren können.
• beurteilen können, ob ein Bild bei einer dünnen sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse reell oder virtuell ist.
• alle bei einer dünnen sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse auftretenden Fälle für die Existenz und Eigenschaft eines Bildes kennen und verstehen.
• die Abbildungsgleichung für dünne sphärische Sammel-/Zerstreuungslinse kennen, verstehen und anwenden können.
• die Gleichung für die Lateralvergrösserung des Bildes bei einer dünnen sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse kennen, verstehen und anwenden können.
• die Vorzeichenregeln für die in den genannten Gleichungen auftretenden Grössen kennen.
• die Bildentstehung bei einer dicken sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse verstehen.
• das Konzept der Hauptebenen zur Bildkonstruktion bei einer dicken sphärischen Linse kennen, verstehen und anwenden können.
• mit Hilfe der Hauptstrahlen und dem Konzept der Hauptebenen das Bild eines Gegenstandes bei einer dicken sphärischen Sammel-/Zerstreuungslinse von Hand konstruieren können.
• die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen dünnen und dicken sphärischen Linsen bei der Bildentstehung bzw. Bildkonstruktion kennen und verstehen.
• die Linsenmachergleichungen für dünne und dicke sphärische Linsen kennen und anwenden können.
• den relativen Fehler bei der Berechnung der Brennweite einer dicken sphärischen Linse bestimmen können, wenn die Linsenmachergleichung für dünne statt für dicke Linsen verwendet wird.

Mehrlinsen- und Mehrspiegelsysteme

• die Bildentstehung bei einem System aus dünnen sphärischen Linsen kennen und verstehen.
• die beiden Methoden mit und ohne Zwischenbild für die Bildkonstruktion bei einem System aus dünnen sphärischen Linsen kennen und verstehen.
• die Abbildungsgleichung für dünne sphärische Linsen zur Berechnung von Bildweiten bei einem System aus dünnen sphärischen Linsen anwenden können.
• die Bildentstehung bei einem System aus Planspiegeln, sphärischen Spiegeln kennen und verstehen.
• die Abbildungsgleichung für sphärische Spiegel zur Berechnung von Bildweiten bei einem System aus sphärischen Spiegeln anwenden können.
• die Abbildungsfehler Chromatische Aberration, Sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Bildwölbung und Verzeichnung kennen und verstehen.

Optische Instrumente

• den anatomischen Aufbau eines Auges kennen.
• die Bildentstehung bei einem Auge verstehen.
• den Vorgang der Akkomodation kennen und verstehen.
• die Begriffe Nahpunkt, deutliche Sehweite kennen und verstehen.
• die Phänomene Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, wie Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit mit Hilfe von Brillen bzw. Kontaktlinsen korrigiert werden können.
• die Abbildungsgleichungen für sphärische Oberflächen, 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 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.
• 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 astronomischen/holländischen 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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