Aufgaben zum Licht als Welle: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 11. Mai 2017, 09:14 Uhr

(Kursstufe > Die Welleneigenschaften des Lichts)

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 folgendes:

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

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

Typische Welleneigenschaften

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

Beispiel-Experiment

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

Doppelspalt

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.

Haaresbreite

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

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

• Bestimmen Sie aus den Messergebnissen die Wellenlänge von violettem, blauen, grünem, gelben und rotem Licht. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit Literaturwerten.
• Warum ist das Maximum nullter Ordnung weiss und nicht bunt wie die anderen?
• 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?

Ein Seidenschal

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

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?

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?

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.

• Unter welchem Winkel ist das Maximum nullter Ordnung zu sehen?

Lösungen