Wellenoptik Test D - F

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D – F Ks. 2011 1Test D Gittera) Vor eine Natriumdampflampe (Wellenlänge 590 nm) wird ein optisches Gittergehalten. Erkläre kurz, warum man auf einem 3,5 m vom Gitter entfernten Schirmkein Beugungsmuster erkennen kann und wofür man sorgen muss, damit einBeugungsmuster sichtbar wird.b) Nun wurde die Anordnung so abgeändert, dass das Spektrum sichtbar wird, wobeidie beiden Maxima 2. Ordnung einen Abstand von 22 cm besitzen. Berechne dieGitterkonstante.c) Das gleiche Licht läuft durch ein Gitter mit 200 Strichen pro mm und das Maximum0. Ordnung ist in der Mitte des 4,0 m breiten Schirmes sichtbar. Wie viele Maximakannst du erkennen, wenn a = 3,5 m?Test E Einzelspalt, realer Doppelspalta) Erläutere den Gedankengang, mit dessen Hilfe man die Winkel der Minimabei der Beugung am Einzelspalt ermitteln kann.b) Welche Beugungsobjekte führen zu folgenden Bildern? Mit Begründung!ABCDb) In Bild A wird das Beugungsobjekt mit einem Laser der Wellenlänge 530 nmdurchstrahlt und das Maximum 1. Ordnung erscheint unter dem einem Winkel von0,25°. Berechne die charakteristischen Größen des Beugungsobjektes.

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D – F Ks. 2011 5Test E Einzelspalt, realer Doppelspalta) Erläutere den Gedankengang, mit dessen Hilfe man die Winkel der Minimabei der Beugung am Einzelspalt ermitteln kann. Siehe Manuskriptb) Welche Beugungsobjekte führen zu folgenden Bildern? Mit Begründung!ABA) Realer Doppelspalt mit g = 2 ∙ bGrund: Da man keine Nebenmaxima sieht, muss es sich um einen DS handelnDa das Maximum 2. Ordnung fehlt, ist g = 2 ∙ bB) Einzelspalt. Dies erkennt man daran, dass das Max. 0. Ordnung doppeltso breit ist, wie die anderen Maxima.CDC) 7-FachspaltGrund: Allgemein gilt die Regel, dass es bei n Spalten n-2 Nebenmaxima gibt.Da man hier 5 Nebenmaxima erkennt, müssen 7 Spalte vorhanden sein.B) Doppelspalt. Man sieht lauter gleich breite Maxima ohneNebenmaxima, was sich nur beim Doppelspalt ergibt.

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D – F Ks. 2011 6b) In Bild A wird das Beugungsobjekt mit einem Laser derWellenlänge 530 nm durchstrahlt und das Maximum 1.Ordnung erscheint unter dem einem Winkel von 0,25°.Berechne die charakteristischen Größen desBeugungsobjektes.Geg.:Ges.:Lsg.:λ = 530 nm, α 1 = 0,25 °, 2. Max. fehltg, bFür den Doppelspalt gilt:sin α k = k∙λ / g=> g = k ∙ λ / sin α k = 1 ∙ λ / sin α 1 =g = 1,2∙10 -4 mg = 0,12 mmDa das 2. Maximum des Doppelspaltes fehlt, muss b = ½ ∙ g seinb = 0,060 mm

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D – F Ks. 2011 7Test F Kohärenz, Strahlenoptik mit Wellen, Brechunga) Erläutere die wichtigsten Unterschiede in den Eigenschaften des Lichtes, das(I) ein Laser, (II) eine Glühlampe, (III) eine Leuchtdiode aussendet.(I) Laser:- Nur eine einzige Wellenlänge (oder ein sehr enger λ-Bereich)- Nur eine einzige Polarisationsrichtung- Alle Wellen haben genau die gleiche Phasenlage- Im Wesentlichen nur eine Ausbreitungsrichtung(II) Glühlampe- Viele verschiedene Wellenlängen- Ausbreitung in alle möglichen Richtungen.- Keine konstante Phasenlage der verschiedenen EW.(III) Leuchtdiode- Nur ein enger Wellenlängenbereich ( Farbe)- Viele verschiedene Ausbreitungsrichtungen- Keine konstante Phasenlage der versch. EW.b) Erläutere folgende Aussage: "Das Lichtstrahlmodell ergibt sich aus demWellenmodell für den Fall, dass das Licht immer nur durch Öffnungengelangt, die viel größer sind, als die Wellenlänge"Wenn Licht von einem Sender durch eine Öffnung (Spalt, Fenster..) zueinem Empfänger gelangt, muss man nach dem Wellenmodell alle EW, diez.B. vom Spalt ausgehen interferieren lassen, um dieHelligkeit am Detektor zu ermitteln.Wenn man das tut und die Öffnung viel größer ist, alsdie Wellenlänge, stellt man fest, dass die Wellen, weitweg von der direkten Verbindungslinie ("Lichtstrahl")ausgehen, sich gegenseitig auslöschen und damit fastkeinen Beitrag zu Gesamthelligkeit liefern.Man kann daher, ohne große Fehler zu machen, dieseWellen weg lassen und muss nur ein relativ engesLichtbündel (wenige λ breit) berücksichtiger, um dieGesamthelligkeit zu ermitteln.Dieses enge Lichtbündel kann idealisiert alsLichtstrahl aufgefasst werden.

Profilkurs Physik ÜA 08 Test D – F Ks. 2011 8c) Ist die Phasengeschwindigkeit des Lichtes in Wasser größer oder kleiner alsdie Phasengeschwindigkeit in Luft? Begründe!Da Licht beim Übergang von Luft in Wasser zum Lot hin gebrochen wird,muss die Phasengeschwindigkeit in Wasser kleiner sein als die in Luft.Die EW breiten sich in Wasser langsamer aus, was einer Brechung zum Lothin gleich kommt.d) Leite mit Hilfe einer übersichtlichen Skizze das Brechungsgesetzsin α 1 / sinα 2 = c ? / c ? hersin α 1 = λ 1 / s => s = λ 1 ∙ sin α 1sin α 2 = λ 2 / s => s = λ 2 ∙ sin α 2Medium 1, mit c 1z.B. Luftλ 1α 1λ 1 / sin α 1 = λ 2 / sin α 2mit λ = c t folgt:c 1 t / sin α 1 = c 2 t / sin α 2α 1α λ 2 2sα 2sin α 1 / sin α 2 = c 1 / c 2q.e.d.Medium 2, mit c 2z.B. Wassere) Wie groß ist die Phasengeschwindigkeit des Lichtes in einem Stoff mit demBrechungsindex n = 1,5?Geg.: c o = 3,00 ∙ 10 8 m/s, n = 1,5Ges.: c WasserLsg.: Es gilt das Brechungsgesetz von Snellius:sin α o / sin α Wasser = c o / c Wasser = 1,33=> c Wasser = c o / 1,333 = 2,25∙10 8 m/sc Wasser = 2,25∙10 8 m/s