Aufgaben zum Licht als Welle: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 13. Januar 2023, 16:56 Uhr

(Kursstufe > Die Welleneigenschaften des Lichts)

1) Interferenz im Alltag

• Warum sieht man im Alltag wenig Interferenzerscheinungen von Licht?

Genauer: Warum entsteht hinter dem Schatten eines Baumstammes kein Interferenzmuster?

• Hält man ein Haar direkt vor das Auge und schaut in eine eng begrenzte, helle Lichtquelle, wie z.B. eine weit entfernte helle Lampe, dann sieht man nebenstehendes Bild.

a) Zeichnen Sie ein, in welcher Richtung das Haar verläuft.

b) Erklären Sie die regelmäßigen farbigen Stellen innerhalb des Lichtstreifens.

2) Typische Welleneigenschaften

• Welche typischen Welleneigenschaften hat Licht?
• Welche Eigenschaften sind nur schwer mit einem Teilchenmodell zu erklären und warum?

3) Beispiel-Experiment

• Erläutern Sie ein Experiment, mit dem man den Wellencharakter des Lichts nachweisen kann.

4) Doppelspalt qualitativ

Beleuchtet man einen Doppelspalt mit geeignetem Licht, z.B. mit Laserlicht, so sieht man nicht den geometrischen Schatten des Doppelspaltes, sondern ein Streifenmuster.

• Erklären Sie das Versuchsergebnis mit dem Wellencharakter des Lichtes.

5) Doppelspalt quantitativ

Ein Doppelspalt wird vom Licht einer Glühlampe beleuchtet. Die Spaltmitten haben einen Abstand von 0,1mm und der Schirm steht 90cm hinter dem Spalt. Das Foto zeigt das Interferenzmuster auf dem Schirm. Zur Entfernungsmessung dient ein Geodreieck mit einer cm-Skala

• Berechnen Sie aus dem Abstand des zweiten oder dritten Maximums vom nullten Maximum die Wellenlängen von rotem und blauem Licht und vergleichen Sie das Ergebnis mit Literaturwerten.

6) Lichtfarben und Wellenlänge

Ein Gitter wird vom Licht einer Glühlampe beleuchtet. Hinter dem Gitter ist im Abstand von 60cm ein Schirm. (Versuchsaufbau) Hier die Ergebnisse:

• 

  Gitter mit 80 Linien pro mm

• 

  Gitter mit 300 Linien pro mm

a) Bestimmen Sie aus den Messergebnissen die Wellenlänge von violettem, blauen, grünem, gelben und rotem Licht. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit Literaturwerten.

b) Warum ist das Maximum nullter Ordnung weiss und nicht bunt wie die anderen?

c) Zu dem Gitter mit 80 Linien pro mm:

• Warum ist das zweite Maximum breiter als das erste?
• Begründen Sie, dass das zweite Maximum doppelt so breit sein müsste wie das erste. Wie breit ist demnach das dritte?

7) Einzelspalt

Beleuchtet man einen schmalen Spalt mit weißem Licht, so kann man dahinter ein buntes Streifenmuster auf einem Schirm beobachten.

• Wie kommt es zu den wiederholten dunklen Stellen? Fertigen Sie eine Zeichnung zur Begründung an.
• Wie kommt es zu den farbigen Rändern der hellen Stellen?

Sind die hellen Stellen nach Außen hin oder zur Mitte hin rot? Begründen Sie.

Ein Einzelspalt hat eine Breite von genau einer Wellenlänge des einfallenden Lichtes.

• Wie breit ist das nullte Maximum, oder genauer: Unter welchem Winkel ist das Maximum nullter Ordnung zu sehen?

8) Haaresbreite

a) Bestimmen Sie mit aus den Messergebnissen des "Haarschattenversuchs" die Wellenlänge des Laserlichts.

b) Mit einem Laserpointer läßt man rotes Licht der Wellenlänge 650nm auf ein Haar fallen. Die Dicke des Haares hat man vorher zu 5 Hundertstel mm gemessen. Auf der 2m entfernten Wand kann man nun eine interessante Beobachtung machen.

Zeichnen Sie das auf der Wand sichtbare Muster in Originalgröße.

9) Eine CD oder DVD

Ein Laserpointer emmittiert Licht einer Wellenlänge von 630nm und wird auf eine CD gerichtet. Man macht folgende Beobachtung:

Zwischen den Maxima Nullter und erster Ordnung bildet sich ein Winkel von 22°.

• Berechnen Sie daraus den Abstand zwischen den Rillen einer CD und schätzen Sie daraus die Anzahl der Rillen der CD ab.

Wie groß ist der Winkel zum Maximum zweiter Ordnung?

• Erkundigen Sie sich nach dem Rillenabstand einer DVD.

Wie verändert sich das Interferenzmuster, wenn man die CD durch eine DVD austauscht?

10) Zusammenspiel von Doppel- und Einzelspalt

a) Anna hat in einen Karton einen Spalt hineingeschnitten und richtet einen grünen Laser darauf. Sie sieht das folgende Interferenzmuster und misst dazu den Intensitätsverlauf:

Bernd schneidet neben den Spalt einen zweiten mit der gleichen Breite. Das verbleibende Stück Karton zwischen den Spalten ist genauso breit wie die Spalte.

• Zeichnen Sie das neue Interferenzmuster mit dem Verlauf der relativen Intensität ein.

b) Carla hat in ihren Karton auch zwei Spalte der gleichen Breite geschnitten. Mit dem gleichen Laser erhält sie folgendes Interferenzmuster:

• Wie weit sind die beiden Spaltmitten voneinander entfernt?

11) Ein Seidenschal

Ein roter Laserpointer, mit einer Wellenlänge von 630nm wird auf einen Schal gerichtet. Drei Meter hinter dem Schal kann man folgende Beobachtung auf mm-Papier machen:

• Erklären Sie die Beobachtung. Welche Eigenschaften des Schals können Sie daraus berechnen?
• Oder genauer: Bestimmen Sie die Dicke der Fäden und die Breite der Lücken in horizontaler und vertikaler Richtung.

12) Mehrfachspalt und Zeigeraddition

Das nebenstehende Bild zeigt das Bild eines Schirms hinter einem beleuchteten Mehrfachspalt. Der verwendete Laser hat eine Wellenlänge von 532nm und der Abstand zwischen Spalt und Schirm beträgt 1m.

• Wieviele Spalte hat der Mehrfachspalt? Begründen Sie in Worten und mit Hilfe von Zeigeraddition.
• Wie breit sind die einzelnen Spalte und wie groß ist der Mittenabstand zwischen den Spalten?

Lösungen