PHYSIK → Klasse 11 & 12 → Wellenoptik
Einstieg
Die Schüler:innen beschreiben Licht als elektromagnetische Welle und können die Interferenzexperimente von Licht an optischen Gittern erläutern.
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Recherchiere kurz im Internet, welche Art von elektromagnetischer Welle sichtbares Licht ist. Gib den Wellenlängenbereich, die Polarisation, sowie die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht an.
- Beugung am Doppelspalt von grünem Laserlicht
In diesem Versuch sollen die Welleneigenschaften und die Wellenlänge von monochromatischen Laserlicht untersucht werden.
Materialien: Laser, Blendenhalter mit Blende für Gitter, Doppelspalt, 3-fach-Spalt, 4-fach-Spalt, Gitter 1, Schirm, 2x optische Leiste, 7-9x Steckadapter, Schirm, Zollstock, Lineal/Geodreieck.
Baue den Versuchsaufbau entsprechend der Abbildung auf. Zunächst soll der Doppelspalt in die Blend eingelegt werden. Der Schirm soll dabei 1.5 m entfernt vom Spalt aufgestellt werden. Probiere anschließend aus, ob der Laserstrahl durch den Spalt auf den Schirm fällt. ACHTUNG!! Nicht in den Laser schauen!!! Bei den folgenden Beobachtungen sollen nur die sieben hellen Punkte in der Mitte des Schirms berücksichtigt werden.
- Beschreibe deine Beobachtungen.
- Erläutere deine Beobachtungen. Fertige dazu eine Skizze des Aufbaus aus einer Top-Down Perspektive an. Zeichne anschließend einen möglichen Strahlengang durch die beiden Schlitze auf einen sichtbaren Punkt auf dem Schirm ein. Überlege dir, warum manche Stellen auf dem Schirm beleuchtet sind und andere nicht (Tipp: Interferenz, Gangunterschied). Vergleich das Experiment mit den Experimenten zur Interferenz bei Wasserwellen.
- Bestimme auf dem Schirm die Interferenzmaxima 0., 1. und 2. Ordnung, sowie deren Abstand \(a_n\) zur 0. Ordnung.
- Bestimme mithilfe der Versuchsmessungen die Wellenlänge des Lasers möglichst genau. Wir haben bereits im Unterricht die Formel dafür hergeleitet:
\[\lambda =\frac{a_n\cdot d}{n\sqrt{a_n^2+e^2}}\]
- Tausche den Doppelspalt durch den 3-fach-Spalt, den 4-fach-Spalt und das Gitter aus. Was ist zu beobachten? Erkläre anschließend deine Beobachtungen.
- Verschiebe den Schirm weiter nach hinten, sodass das Interferenzmuster noch zu erkennen ist. Was lässt sich dabei beobachten? Erkläre deine Beobachtungen mithilfe der Formel.
- Recherchiere kurz im Internet, welche Art von elektromagnetischer Welle sichtbares Licht ist. Gib den Wellenlängenbereich, die Polarisation, sowie die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht an.
- Beugung am Doppelspalt von grünem LaserlichtIn diesem Versuch sollen die Welleneigenschaften und die Wellenlänge von monochromatischen Laserlicht untersucht werden. Materialien: Laser, Blendenhalter mit Blende für Gitter, Doppelspalt, 3-fach-Spalt, 4-fach-Spalt, Gitter 1, Schirm, 2x optische Leiste, 7-9x Steckadapter, Schirm, Zollstock, Lineal/Geodreieck.Baue den Versuchsaufbau entsprechend der Abbildung auf. Zunächst soll der Doppelspalt in die Blend eingelegt werden. Der Schirm soll dabei 1.5 m entfernt vom Spalt aufgestellt werden. Probiere anschließend aus, ob der Laserstrahl durch den Spalt auf den Schirm fällt. ACHTUNG!! Nicht in den Laser schauen!!! Bei den folgenden Beobachtungen sollen nur die sieben hellen Punkte in der Mitte des Schirms berücksichtigt werden.
- Beschreibe deine Beobachtungen.
- Erläutere deine Beobachtungen. Fertige dazu eine Skizze des Aufbaus aus einer Top-Down Perspektive an. Zeichne anschließend einen möglichen Strahlengang durch die beiden Schlitze auf einen sichtbaren Punkt auf dem Schirm ein. Überlege dir, warum manche Stellen auf dem Schirm beleuchtet sind und andere nicht (Tipp: Interferenz, Gangunterschied). Vergleich das Experiment mit den Experimenten zur Interferenz bei Wasserwellen.
- Bestimme auf dem Schirm die Interferenzmaxima 0., 1. und 2. Ordnung, sowie deren Abstand \(a_n\) zur 0. Ordnung.
- Bestimme mithilfe der Versuchsmessungen die Wellenlänge des Lasers möglichst genau. Wir haben bereits im Unterricht die Formel dafür hergeleitet: \[\lambda =\frac{a_n\cdot d}{n\sqrt{a_n^2+e^2}}\]
- Tausche den Doppelspalt durch den 3-fach-Spalt, den 4-fach-Spalt und das Gitter aus. Was ist zu beobachten? Erkläre anschließend deine Beobachtungen.
- Verschiebe den Schirm weiter nach hinten, sodass das Interferenzmuster noch zu erkennen ist. Was lässt sich dabei beobachten? Erkläre deine Beobachtungen mithilfe der Formel.