Beugung und Interferenz am Mehrfachspalt und Gitter - Wieland ...

Praktikum Physik 13 S. 1 Block D - Versuch 1
Aufgabe
Beugung und Interferenz am Mehrfachspalt und Gitter
Die Gesetzmäßigkeiten der Lichtbeugung und -interferenz an Mehrfachspalten soll untersucht werden.
Geräte
1 Laserpointer
aus der Box mit Beugungsobjekten
1 Blende mit Mehrfachspalten (Abstände benachbarter Spalte jeweils g = 0,25 mm)
aus dem Experimentierkoffer „Optik“
1 Reiter
1 Klemmhalter
1 Meterstab
Papier, Tesa
Tonnenfuß, Stativstange 30 cm, Muffe, Rohrklemme
Versuchsaufbau
Der Laserpointer wird mit Hilfe von Stativmaterial und einer Muffe fixiert. Er lässt sich so in der Muffe befestigen,
dass man durch die Klemmschraube der Muffe den Laserpointer ein- und ausschalten kann. Dabei ist
aber darauf zu achten, dass die Schraube nur leicht angezogen wird, um den Taster des Laserpointers
nicht zu beschädigen! Er sollte zur Schonung der Batterien bei längerem Nichtgebrauch und insbesondere
vor dem Wegräumen wieder ausgeschaltet werden!
Die Beugungsobjekte mit Hilfe der Klemmhalter und Reiter befestigt.
Versuchsdurchführung
Verwende als Beugungsobjekt das Dia „Mehrfachspalte“ und durchleuchte nacheinander mit dem Laserpointer
den Doppelspalt, 3-fach-, 4-fach- und 5-fach-Spalt. Der Abstand Dia-Schirm sollte min. 3 m betragen.
Gehe folgendermaßen vor (Achte darauf, dass die Stellung des Laserpointers während des Versuches nicht
mehr geändert wird.):
• Markiere auf dem Schirm (Blatt Papier auf der Wand) beim Doppelspalt die Lage der Maxima.
• Ersetze den Doppelspalt nacheinander durch Mehrfachspalte mit zunehmender Spaltzahl (Abstand benachbarter
Spalte bleibt gleich). Zum Schluss wird das optische Gitter verwendet (ideal: unendlich viele
Spalte, hier: 40 Spalte, von denen aber nicht alle gleichzeitig durchleuchtet werden können).
Beschreibe die Veränderung des Schirmbildes bei Erhöhung der Spaltzahl.
• Vergleiche die Intensitäten der hellen Flecken.
• An den Stellen, wo bereits beim Doppelspalt Maxima der Intensität festzustellen waren, treten auch bei den
Mehrfachspalten und beim Gitter besonders helle Maxima auf, die sogenannten Hauptmaxima.
Erkläre, warum die Hauptmaxima bei jedem Mehrfachspalt und beim Gitter an denselben Stellen auftreten
wie bei einem Doppelspalt mit gleichem Spaltabstand.
Gib eine Beziehung für die Beugungswinkel an, unter denen diese Hauptmaxima beobachtet werden können.
• Zwischen den Hauptmaxima treten bei den Mehrfachspalten sog. Nebenmaxima auf.
Versuche zu erklären, wie es zu den Nebenmaxima kommt. Dies ist beim 4-fach-Spalt besonders anschaulich
möglich!
• Beim Gitter fehlen diese Nebenmaxima. Erkläre!
• Die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts soll mit dem Doppelspalt bzw. mit dem Gitter bestimmt werden.
Bei welcher Anordnung verwendet man zweckmäßigerweise den Abstand von zwei Maxima, bei welchem
den Abstand von zwei Minima? - Begründe!
• Bestimme die verwendete Wellenlänge nun mit Hilfe beider Anordnungen.

Praktikum Physik 13 S. 2 Block D - Versuch 1
Strukturaufklärung
Kennt man umgekehrt die Wellenlänge des Lasers, so kann man sehr kleine Abstände bestimmen (Strukturaufklärung).
1. Bestimmung der Gitterkonstanten eines Gitters:
Verwende als Beugungsobjekt das Gitter „250“ oder ein ähnliches Gitter. Bestimme dessen Gitterkonstante
mit Hilfe seines Beugungsbildes.
Vergleiche dein Ergebnis mit der Firmenangabe: „250“ steht hier für 250 Spalte je cm.
2. Bestimmung der Dicke eines Haares:
Laser ausschalten!! Legt ein Haar eines Mitschülers über
die Strahlaustrittsöffnung des Lasers und fixiert es seitlich
mit Tesafilm. Auf einer mindestens 3 m entfernten Wand
beobachtet ihr ein typisches Beugungsbild. Dieses hat
Ähnlichkeit mit dem Beugungsbild eines Doppelspaltes,
insbesondere ist in der Mitte (Schattenraum des Haares)
ein heller Strich.
Erkläre dieses Phänomen (vgl. Abb. 2). Bestimme die
Haardicke.
Abb. 2: Zur Entstehung der Interferenzfigur eines
Drahtes oder Haares. Als was fungieren die Randpunkte
R1 und R2 des Haares?