Optik in der Biophysik: Licht und seine Eigenschaften verstehen

Question 1

Welche Aussage beschreibt die Natur des Lichts am besten?

Accepted Answer

Elektromagnetische Welle

Answer

Longitudinalwelle

Answer

Mechanische Welle

Answer

Teilchenwelle

Question 2

Welche Aussage zur Brechung des Lichts an der Grenze zweier Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes ist richtig?

Accepted Answer

Die Brechung entsteht durch die Änderung der Lichtgeschwindigkeit an der Grenze.

Answer

Die Brechung erfolgt nur an der Grenze.

Answer

Der Brechungswinkel ist immer größer als der Einfallswinkel.

Answer

Das Licht kehrt bei der Brechung vollständig um.

Question 3

Welches Gesetz beschreibt das Verhältnis zwischen Einfallswinkel, Brechungswinkel und Brechungsindizes?

Accepted Answer

Sinus(Einfallswinkel) / Sinus(Brechungswinkel) = Brechungsindex1 / Brechungsindex2

Answer

Einfallswinkel = Brechungswinkel

Answer

Brechung erfolgt immer zum Medium mit höherem Brechungsindex

Answer

Gebrochener Strahl liegt immer auf derselben Seite des Lotes wie der einfallende Strahl

Question 4

Welche Aussage beschreibt die Polarisation von Licht am treffendsten?

Accepted Answer

Licht, das in einer Ebene schwingt.

Answer

Licht, das durch Reflexion an Metallen entsteht.

Answer

Licht, das durch ein Prisma aufgespalten werden kann.

Answer

Licht, das durch Interferenz verstärkt wird.

Question 5

Wenn ein Lichtstrahl schräg auf eine Grenze zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes trifft, wie verändert sich der Brechungswinkel, wenn der Einfallswinkel größer wird?

Accepted Answer

Er wird größer.

Answer

Er wird kleiner.

Answer

Er bleibt gleich.

Answer

Er ist immer gleich dem Einfallswinkel.

Question 6

Welche Aussage beschreibt die Welleneigenschaft von Licht korrekt?

Accepted Answer

Licht ist eine elektromagnetische Welle.

Answer

Licht bewegt sich nur in geraden Linien.

Answer

Die Geschwindigkeit des Lichts ist in allen Medien gleich.

Answer

Licht hat keine Energie.

Question 7

Welche Bedingungen sind für die Interferenz von Lichtwellen erforderlich?

Accepted Answer

Kohärente Lichtquellen und monochromatisches Licht

Answer

Inkohärente Lichtquellen und polychromatisches Licht

Answer

Kohärente Lichtquellen und polychromatisches Licht

Answer

Inkohärente Lichtquellen und monochromatisches Licht

Question 8

Wie lässt sich die Lichtbrechung an der Grenzfläche zweier Materialien am besten beschreiben?

Accepted Answer

Abhängig von Einfallswinkel, Brechungsindizes und reversibel

Answer

Immer brechend, unabhängig vom Einfallswinkel

Answer

Brechungsindex gibt die Lichtgeschwindigkeit an

Answer

Nicht beeinflussbar durch Linsen

Question 9

Was ist die korrekte Definition der Brechung von Licht?

Accepted Answer

Die Richtungsänderung des Lichts beim Übergang in ein anderes Medium

Answer

Die Abhängigkeit der Lichtrichtung nur vom Einfallswinkel

Answer

Die vollständige Kompensation der Brechung durch eine Linse

Answer

Ein ausschließlich physikalisches Phänomen

Question 10

Welche Eigenschaft des Lichts begrenzt in erster Linie die Auflösung eines Mikroskops?

Accepted Answer

Wellenlänge

Answer

Frequenz

Answer

Amplitude

Answer

Polarisation

Question 11

Welches Phänomen führt dazu, dass sich Licht beim Übergang von einem Medium in ein anderes unterschiedlich schnell ausbreitet?

Accepted Answer

Brechung

Answer

Reflexion

Answer

Beugung

Answer

Polarisation

Question 12

Welches Gesetz beschreibt, wie sich Licht beim Übergang zwischen zwei optischen Medien verhält?

Accepted Answer

Brechungsgesetz (Snelliussches Gesetz)

Answer

Reflexionsgesetz

Answer

Energieerhaltungssatz

Answer

Impulserhaltungssatz

Question 13

Welches Phänomen ist eine Folge der Welleneigenschaften des Lichts, tritt aber nicht bei der geometrischen Optik auf?

Accepted Answer

Beugung

Answer

Brechung

Answer

Reflexion

Answer

Linsenbildung

Question 14

Welche Eigenschaft trifft auf Lichtwellen zu?

Accepted Answer

Sie sind Transversalwellen.

Answer

Sie breiten sich nur im Vakuum aus.

Answer

Ihre Wellenlänge hängt nicht von der Ausbreitungsgeschwindigkeit ab.

Answer

Sie breiten sich nur geradlinig aus.

Question 15

Was ist eine notwendige Bedingung für die Interferenz von Licht?

Accepted Answer

Kohärente Lichtquellen

Answer

Aufhellung der Lichtintensität

Answer

Sehr schwache Lichtquellen

Question 16

Welcher Faktor hat den größten Einfluss auf den Brechungswinkel des Lichts an einer Grenzfläche?

Accepted Answer

Brechungsindex des brechenden Mediums

Answer

Einfallswinkel des Lichts

Answer

Brechungsindex des einfallenden Mediums

Question 17

Was beschreibt die Brechung des Lichts am treffendsten?

Accepted Answer

Das Licht ändert seine Richtung beim Übergang von einem Medium in ein anderes.

Answer

Das Licht ändert seine Geschwindigkeit beim Übergang von einem Medium in ein anderes.

Answer

Das Licht ändert seine Wellenlänge beim Übergang von einem Medium in ein anderes.

Question 18

Welche Aussage beschreibt korrekt, was passiert, wenn Licht durch einen schmalen Einfachspalt gebeugt wird?

Accepted Answer

Es entstehen abwechselnd helle und dunkle Streifen auf einem Schirm hinter dem Spalt.

Answer

Das Licht wird vollständig vom Spalt absorbiert.

Answer

Die Lichtwellen werden am Spalt reflektiert.

Question 19

Ein Lichtstrahl tritt schräg aus Luft in Wasser über. Was passiert mit dem Lichtstrahl?

Accepted Answer

Er wird beim Übergang ins Wasser gebrochen und ändert seine Richtung.

Answer

Er wird an der Wasseroberfläche reflektiert.

Answer

Er wird beim Übergang ins Wasser absorbiert.

Question 20

Wie verhält sich das reflektierte Licht, wenn es auf eine nach innen gekrümmte Spiegelfläche trifft?

Accepted Answer

Es wird gebündelt und verläuft parallel zur optischen Achse.

Answer

Es wird diffus in verschiedene Richtungen gestreut.

Answer

Es verläuft senkrecht zur optischen Achse.

Answer

Es wird vollständig absorbiert und es findet keine Reflexion statt.

Question 21

Was beschreibt die Polarisation von Licht?

Accepted Answer

Die Ausrichtung der elektrischen Feldvektoren

Answer

Eine höhere Intensität als unpolarisiertes Licht

Answer

Ausschließlich bei natürlichem Licht

Answer

Eine Uhrzeigerrotation der elektrischen Feldvektoren bei linearer Polarisation

Question 22

Bei der Interferenz von Lichtwellen überlagern sich Wellenfronten. Welcher Mechanismus ist für die entstehenden Helligkeitsmuster verantwortlich?

Accepted Answer

Verstärkung und Auslöschung der Wellenamplituden

Answer

Beugung der Lichtwellen an Hindernissen

Answer

Reflexion der Lichtwellen an Oberflächen

Question 23

Welche der folgenden Eigenschaften ist eine Welleneigenschaft des Lichts?

Accepted Answer

Interferenz an schmalen Spalten

Answer

Geradlinige Ausbreitung im Vakuum

Answer

Bestimmte Farbe

Question 24

Welche Aussage beschreibt die Polarisation von Licht zutreffend?

Accepted Answer

Linear polarisiertes Licht schwingt in einer bestimmten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Answer

Polarisiertes Licht verändert seine Wellenlänge beim Durchgang durch ein optisches Medium.

Answer

Polarisation entsteht nur durch Reflexion oder Brechung an Grenzflächen.

Answer

Polarisiertes Licht ist für das menschliche Auge nicht sichtbar.

Question 25

Welche Aussage über die Beugung des Lichts ist richtig?

Accepted Answer

Beugung ermöglicht es Lichtwellen, sich um Hindernisse herum auszubreiten.

Answer

Beugung tritt nur bei Licht mit kurzen Wellenlängen auf.

Answer

Beugung lässt Lichtwellen wie Teilchen verhalten.

Answer

Beugung beeinflusst die Ausbreitungsrichtung des Lichts nicht.

Question 26

Welche Aussage zur Lichtbrechung an einer Grenzfläche ist korrekt?

Accepted Answer

Ein-, gebrochenes und reflektiertes Licht liegen stets in einer Ebene.

Accepted Answer

Totalreflexion tritt auf, wenn der Einfallswinkel den Grenzwinkel überschreitet.

Answer

Der Brechungswinkel ist stets größer als der Einfallswinkel.

Answer

Die Brechzahl ist unabhängig von der Lichtwellenlänge.

Question 27

Frage zur Totalreflexion:
Erläutern Sie das Phänomen der Totalreflexion und nennen Sie die Bedingungen, unter denen es auftritt.

Accepted Answer

Totalreflexion tritt auf, wenn der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel und der Brechungsindex des einfallenden Mediums größer als der des brechenden Mediums ist.

Answer

Bei Totalreflexion wird das Licht vollständig durch die Grenzfläche zwischen zwei Medien hindurchgeleitet.

Answer

Totalreflexion ist nur bei senkrechtem Lichteinfall möglich.

Answer

Bei Totalreflexion ändert sich die Wellenlänge des Lichts.

Question 28

Erläutern Sie das Funktionsprinzip der optischen Kohärenztomographie (OCT) und ihre Anwendungen in der medizinischen Bildgebung.

Accepted Answer

Die OCT nutzt die Interferenz von Licht, um dreidimensionale Bilder von biologischem Gewebe zu erzeugen.

Answer

Die OCT ist eine Ultraschallbildgebungstechnik, die Schallwellen zur Bilderzeugung verwendet.

Answer

Die OCT kann nur zur Bildgebung der Oberfläche von biologischem Gewebe eingesetzt werden.

Question 29

Frage zur Quantenoptik:
Erläutern Sie die grundlegenden Konzepte der Quantenoptik und ihre Rolle bei der Entwicklung neuer Technologien wie Quantencomputer und Quantenkommunikation.

Accepted Answer

Die Quantenoptik untersucht die Wechselwirkung von Licht mit Materie auf der Ebene einzelner Photonen und Atome.

Answer

Die Quantenoptik befasst sich mit der Ausbreitung und Interferenz von Lichtwellen.

Answer

Die Quantenoptik ist eine Anwendung der klassischen Physik auf optische Systeme.

Answer

Die Quantenoptik hat keine technologischen Anwendungen.

Question 30

Frage zur Fourier-Optik:
Was ist das Prinzip der Fourier-Optik und wie wird sie in der Bildverarbeitung eingesetzt?

Accepted Answer

Die Fourier-Optik wandelt Bilder in den Frequenzbereich um, wo sie bearbeitet werden können. So lassen sich beispielsweise Rauschen oder Unschärfe reduzieren.

Answer

Die Fourier-Optik nutzt Interferenzprinzipien zur Erzeugung von Hologrammen.

Answer

Die Fourier-Optik ermöglicht die Abbildung von Objekten mit einer Auflösung, die über dem Abbe'schen Limit liegt.

Question 31

Welche der folgenden Eigenschaften eines Objekts hat keinen Einfluss auf seine Abbildung durch eine Linse?

Accepted Answer

Temperatur

Answer

Größe

Answer

Farbe

Answer

Form

Question 32

Welches der folgenden optischen Phänomene begrenzt die Auflösung eines Mikroskops?

Accepted Answer

Beugung

Answer

Interferenz

Answer

Polarisation

Answer

Reflexion

Question 33

Was beschreibt der Abbildungsmaßstab einer Linse?

Accepted Answer

Verhältnis von Bildhöhe zu Objekthöhe

Answer

Verhältnis von Brennweite zu Objekthöhe

Answer

Verhältnis von Brennweite zu Bildhöhe

Answer

Produkt aus Brennweite und Bildhöhe

Question 34

Welches Phänomen erklärt die Wellenoptik?

Accepted Answer

Interferenz

Answer

Totalreflexion

Answer

Linsenaberration

Answer

Prismendispersion

Question 35

Welche Anwendung hat das Phänomen der Interferenz in der Biologie?

Accepted Answer

Mikroskopie

Answer

Spektroskopie

Answer

Laserchirurgie

Answer

Röntgendiagnostik

Question 36

Welches optische Instrument wird in der Fluoreszenzmikroskopie zur Filterung der Emissionswellenlänge verwendet?

Accepted Answer

Interferenzfilter

Answer

Polarisationsfilter

Answer

UV-Filter

Answer

Farbfilter

Question 37

Welches Prinzip erklärt die Beugung von Licht an einer Blende?

Accepted Answer

Huygens'sches Prinzip

Answer

Fermatsches Prinzip

Answer

Dopplereffekt

Answer

Wellenlänge des Lichts

Question 38

Beschreibe das Prinzip der holographischen Bildgebung und erläutere, wie sie zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder eingesetzt wird.

Accepted Answer

Holographische Bildgebung nutzt die Interferenz von Laserlicht, um ein dreidimensionales Interferenzmuster zu erzeugen, das das ursprüngliche Objekt darstellt.

Answer

Holographische Bilder sind zweidimensionale Darstellungen dreidimensionaler Objekte.

Answer

Holographische Bildgebung erfordert keine spezielle Beleuchtung.

Question 39

Wie beeinflusst die Polarisation die Wechselwirkung von Licht mit chiralen Substanzen in Chemie und Biologie?

Accepted Answer

Polarisiertes Licht wird von chiralen Materialien selektiv absorbiert, was ihre optische Aktivität verändert.

Answer

Chirale Materialien haben keine Auswirkung auf polarisiertes Licht.

Answer

Polarisiertes Licht kann die Chiralität von Materialien verändern.

Question 40

Beschreibe die Vorteile und Schwierigkeiten bei der Verkleinerung optischer Bauteile für den Einsatz in der Biomedizin.

Accepted Answer

Vorteile: Kostensenkung, erhöhte Mobilität, erweiterte Einsatzmöglichkeiten.

Accepted Answer

Schwierigkeiten: komplexe Fertigungstechniken, Wärmemanagement, optische Abbildungsfehler.

Answer

Vorteile: vereinfachte Herstellung, geringerer Energiebedarf.

Answer

Schwierigkeiten: nur für die Forschung relevant, keine praktische Bedeutung.

Question 41

Beschreiben Sie das Prinzip der holographischen Bildgebung und erläutern Sie, wie sie zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder eingesetzt wird.

Accepted Answer

Bei der holographischen Bildgebung werden zwei kohärente Lichtwellen überlagert, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen.

Answer

Holographische Bildgebung basiert auf der Brechung von Licht durch Linsen, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen.

Answer

Holographische Bildgebung nutzt polarisiertes Licht, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen.

Answer

Holographische Bildgebung ist nur für die Erstellung zweidimensionaler Bilder geeignet.

Question 42

Welche Aussage zur KI-gestützten Verarbeitung und Analyse optischer Bilder ist richtig?

Accepted Answer

KI ermöglicht eine automatisierte und genauere Bilderkennung und -klassifizierung.

Answer

KI kann die Bildqualität nicht verbessern.

Answer

KI ist immer zuverlässiger als menschliche Experten bei der Bildinterpretation.

Answer

KI findet nur in begrenzten Bereichen der optischen Bildverarbeitung Anwendung.

Question 43

Erläutere das Prinzip der adaptiven Optik und nenne zwei konkrete Anwendungsbeispiele in den Bereichen Astronomie und Biomedizin.

Accepted Answer

Adaptive Optik korrigiert Verzerrungen im Lichtweg durch Anpassung der Form einer Linse oder eines Spiegels und findet Anwendung in Astronomie und Biomedizin.

Answer

Adaptive Optik dient ausschließlich der Korrektur von Abbildungsfehlern in Teleskopen.

Answer

Adaptive Optik erzeugt Licht mit einer bestimmten Wellenlänge.

Question 44

Wie breitet sich Licht aus?

Accepted Answer

Geradlinig, außer an Grenzflächen zwischen Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex

Answer

Nur in homogenen Medien mit konstanter Geschwindigkeit

Answer

Mit unendlicher Geschwindigkeit

Question 45

Welche Aussage zur Lichtausbreitung in einem gleichförmigen Medium ist richtig?

Accepted Answer

Licht breitet sich immer geradlinig aus.

Answer

Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Medien gleich.

Answer

Licht kann sich nur im Vakuum ausbreiten.

Answer

Die Ausbreitungsrichtung des Lichts stimmt immer mit der Richtung des einfallenden Strahls überein.

Question 46

Was ist das Prinzip der Beugung und wie beeinflusst es die Auflösung optischer Mikroskope?

Accepted Answer

Beugung ist die Ablenkung von Lichtstrahlen beim Durchgang durch eine Öffnung oder um ein Hindernis herum.

Accepted Answer

Beugung begrenzt die Auflösung eines optischen Mikroskops, da sie zu Bildunschärfe führt.

Answer

Beugung tritt nur bei sichtbarem Licht auf.

Answer

Beugung hat keine praktischen Anwendungen in der Biologie und Medizin.

Question 47

Welcher Satz beschreibt die Ausbreitung von Licht in einem optischen Medium am besten?

Accepted Answer

Der Brechungsindex eines Mediums gibt an, wie schnell sich Licht darin ausbreitet.

Accepted Answer

Die Ausbreitung von Licht in einem Medium kann durch eine Wellenfront dargestellt werden.

Answer

Licht bewegt sich in einem Medium mit konstanter Geschwindigkeit.

Answer

Licht wird immer an der Grenze zwischen zwei Medien gebrochen.

Question 48

Vergleichen Sie die Vor- und Nachteile von Fluoreszenz-, konfokaler Laser- und optischer Kohärenztomographie (OCT) zur Visualisierung biologischer Strukturen.

Accepted Answer

Fluoreszenzmikroskopie: hohe Auflösung, aber teuer

Accepted Answer

Konfokale Lasermikroskopie: 3D-Bilder, aber zeitaufwendig

Accepted Answer

OCT: nicht-invasiv, aber begrenzte Eindringtiefe

Answer

Alle Techniken haben die gleiche Eindringtiefe (falsch)

Question 49

Welche Aussage beschreibt die Wellennatur des Lichts?

Accepted Answer

Interferenz und Beugung

Answer

Reflexion und Brechung

Answer

Absorption und Emission

Answer

Polarisation

Question 50

Welche Aussage zur Mikroskopie ist unzutreffend?

Accepted Answer

Die Fluoreszenzmikroskopie kann nur Objekte darstellen, die von Natur aus fluoreszieren.

Answer

Die Auflösungsgrenze wird durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt.

Answer

Kontrastverfahren können den Unterschied zwischen Objekten im Mikroskopbild verstärken.

Answer

Elektronenmikroskope erreichen eine deutlich höhere Auflösung als Lichtmikroskope.

Question 51

Was ist die Brennweite einer Linse?

Accepted Answer

Der Abstand zwischen Linse und Brennpunkt

Answer

Der Abstand zwischen Linse und Objekt

Answer

Der Abstand zwischen Linse und Bild

Answer

Die Größe der Linse

Question 52

Was bewirkt die Beugung von Licht?

Accepted Answer

Die Welleneigenschaften des Lichts

Answer

Die Teilcheneigenschaften des Lichts

Answer

Die Interaktion von Licht mit Objekten

Answer

Die Schwerkraft

Question 53

Wie lautet das Prinzip von Snells Gesetz?

Accepted Answer

Das Verhältnis der Sinus der Einfallswinkel und Brechungswinkel ist konstant.

Answer

Das Verhältnis der Kosinus der Einfallswinkel und Brechungswinkel ist konstant.

Answer

Das Verhältnis der Tangenten der Einfallswinkel und Brechungswinkel ist konstant.

Answer

Das Verhältnis der Kotangenten der Einfallswinkel und Brechungswinkel ist konstant.

Question 54

Erläutern Sie die Funktionsweise optischer Resonatoren und nennen Sie ihre Anwendungen in Lasern und nichtlinearen optischen Systemen.

Accepted Answer

Optische Resonatoren sind Strukturen, die Lichtwellen einfangen und verstärken.

Answer

Optische Resonatoren finden nur in Lasern Anwendung.

Answer

Optische Resonatoren haben immer eine zylindrische Form.

Question 55

Wie wirkt sich die Dispersion des Lichts auf optische Abbildungssysteme aus und wie kann sie ausgeglichen werden?

Accepted Answer

Die Dispersion führt zu chromatischen Aberrationen, die durch achromatische Linsen oder Linsensysteme korrigiert werden können.

Answer

Die Dispersion hat keine Auswirkungen auf die Abbildungsqualität optischer Systeme.

Answer

Die Dispersion kann durch Prismen korrigiert werden.

Answer

Die Dispersion kann durch Polarisationsfilter korrigiert werden.

Question 56

Wie groß ist die Wellenlänge von Licht mit einer Frequenz von 6 x 10^14 Hz?

Accepted Answer

500 nm

Answer

5 µm

Answer

5 mm

Answer

5 cm

Question 57

Welches Phänomen beschreibt Interferenz?

Accepted Answer

Farbige Streifen auf einem Seifenfilm

Answer

Brechung von Licht

Answer

Reflexion von Licht

Answer

Absorption von Licht

Question 58

Welche Größe ist eine unveränderliche Eigenschaft eines Materials?

Accepted Answer

Brechungsindex

Answer

Frequenz

Answer

Wellenlänge

Question 59

Was beschreibt die Polarisierungsrichtung einer elektromagnetischen Welle?

Accepted Answer

Die Richtung des elektrischen Feldvektors

Answer

Die Richtung des magnetischen Feldvektors

Answer

Die Richtung des Poyntingvektors

Answer

Die Richtung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

Question 60

Ein Lichtstrahl fällt aus der Luft schräg auf die Grenzfläche zwischen Luft und Wasser. In welche Richtung wird er gebrochen?

Accepted Answer

Er wird zum Lot hin gebrochen

Answer

Er wird nicht gebrochen

Answer

Er wird parallel zum Lot gebrochen

Answer

Er wird vom Lot weg gebrochen

Question 61

Welche Linsenart hat eine negative Brennweite?

Accepted Answer

Zerstreuungslinse

Answer

Zylinderlinse

Answer

Plankonkavlinse

Answer

Sammellinse

Question 62

Was ist die Wellenlänge des Lichts?

Accepted Answer

Der Abstand von zwei benachbarten Wellenkämmen

Answer

Die Amplitude der Welle

Answer

Die Frequenz der Welle

Question 63

Eine wichtige Anwendung der Spektroskopie in der Biologie ist:

Accepted Answer

Identifizierung chemischer Substanzen

Answer

Erzeugung von Hologrammen

Answer

Messung der Lichtgeschwindigkeit

Answer

Verstärkung von Laserlicht

Question 64

Welche Gleichung beschreibt die Abbildung durch eine dünne Linse?

Accepted Answer

1/f = 1/g + 1/b

Answer

1/f = g/b

Answer

f = g/b

Answer

f = g + b