• Projektarbeit zu elektromagnetischen Wellen
  • DanielSzredzinski
  • 14.05.2024
  • Physik
  • 12
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I. Laser am Dop­pel­spalt

Durch das an­nä­hernd mo­no­chro­ma­ti­sche La­ser­licht (mo­no­chro­ma­tisch = nur eine Wel­len­län­ge vor­han­den) ent­steht an der Lein­wand hin­ter einem Dop­pel­spalt ein In­ter­fe­renz­mus­ter. In den hel­len Be­rei­chen ent­ste­hen Ma­xi­ma durch kon­struk­ti­ve In­ter­fe­renz und in den dunk­len Be­rei­chen Mi­ni­ma durch de­struk­ti­ve In­ter­fe­renz.

Er­stel­le​ eine Skiz­ze des Ver­suchs­auf­baus mit fol­gen­den Grö­ßen.

​: Ab­stand zwi­schen Dop­pel­spalt und Schirm

​: Spalt­ab­stand

​: Ab­stand zwi­schen dem n-ten Ma­xi­mum und dem Ma­xi­mum 0-ter Ord­nung

​: Ab­stand zwi­schen dem n-ten Ma­xi­mum und dem Dop­pel­spalt

Miss​ die Ab­stän­de aus dem Ver­suchs­auf­bau und dem In­ter­fe­renz­mus­ter.

Be­stä­ti­ge​ mit dei­nen Mess­wer­ten fol­gen­de For­meln für die kon­struk­ti­ve In­ter­fe­renz:



II. Über­gang vom Splat zum Git­ter

Un­ter­su­che​ die Ver­än­de­run­gen im In­ter­fe­renz­mus­ter, wenn die Spalt­an­zahl ver­än­dert und so aus einem Dop­pel­spalt ein Mehr­fach­spalt bzw. ein Git­ter wird.

Do­ku­men­tie­re​ deine Ver­suchs­durch­füh­run­gen mit Bil­dern. Er­gän­ze diese schrift­lich mit dei­nen Be­ob­ach­tun­gen und be­rei­te bei­des in einer an­ge­mes­se­nen Form auf.

Fül­len​ den fol­gen­den Lü­cken­text aus:

Spe­zi­el­le Dias, die über ver­schie­de­ne Spalt­an­ord­nun­gen ver­fü­gen, zei­gen, wie sich eine zu­neh­mend große An­zahl von Spal­ten aus­wirkt. Die ​ ​ lie­gen je­weils an der glei­chen Stel­le und wer­den mit zu­neh­men­der Spalt­an­zahl ​ ​. Die Mi­ni­ma zwi­schen den Ma­xi­ma wer­den ​ ​ und es tre­ten darin Zwi­schen​ ​ auf, die beim Dop­pel­spalt nicht zu sehen waren.

Un­ter­su­che​ die Ani­ma­ti­on unter fol­gen­dem Link:

https://www.geogebra.org/classroom/zwqr9uvb

Der rote Pfeil stellt in der Zei­gers­dar­stel­lung je­weils die re­sul­tie­ren­de In­ten­si­tät dar.

Es kann der Gang­un­ter­schied bzw. die Pha­sen­la­ge zwi­schen den ein­zel­nen Wel­len­we­gen der Spal­ten ver­än­dert wer­den. Eben­so kann die An­zahl der Spal­te ver­än­dert wer­den

Er­gän­ze​ die fol­gen­de Ta­bel­le:

An­zahl Spal­te

An­zahl der Mi­ni­ma

Pha­sen­un­ter­schied

zwi­schen den Wel­len­we­gen

Gang­un­ter­schie­de

zwi­schen den Wel­len­we­gen

2







3







4







5







Fül­len​ den fol­gen­den Lü­cken­text aus:

Ein Haupt​ ​ kann immer nur ent­ste­hen, wenn alle Licht­we­ge gleich­pha­sig durch­lau­fen wer­den. Daher blei­ben die Orte der Haupt​ ​ be­stehen. Die Be­din­gung für Ma­xi­ma beim Dop­pel­spalt muss also auch für die Haupt­ma­xi­ma beim ​ ​ gel­ten. Zu dem Punkt eines Mi­ni­mus ent­steht durch das Hin­zu­fü­gen eines Spal­tes ein wei­te­rer gleich­pha­si­ger Licht­weg, der dafür sorgt, dass keine ​ ​ In­ter­fe­renz mehr vor­liegt und somit ein Ne­ben­ma­xi­mum ent­steht. Durch jeden zu­sätz­li­chen Spal­te ent­steht eine zu­sätz­li­che Mög­lich­kei­ten der ​ ​ In­ter­fe­renz. Auf jeder Seite des In­ter­fe­renz­bil­des exis­tie­ren also eine An­zahl an Mi­ni­ma, die ​ ​ als die An­zahl der Spal­ten. Zwi­schen den zu­sätz­li­chen Mi­ni­ma ent­ste­hen schwä­che­re Ne­ben­ma­xi­ma.

Wenn man meh­re­re Git­ter­spal­te be­leuch­tet, gibt es meh­re­re dunk­le Stel­len zwi­schen den Haupt­ma­xi­ma. Die Haupt­ma­xi­ma er­schei­nen da­durch deut­lich ​ ​. Zu­sätz­lich wer­den sie ​ ​, da sich die In­ten­si­tät des Lich­tes auf einen klei­ne­ren Be­reich kon­zen­triert. Git­ter er­zeu­gen umso hel­le­re und schär­fe­re In­ter­fe­renz­mus­ter, je ​ ​ Git­ter­spal­te be­leuch­tet wer­den.

III. Ob­jek­ti­ve Be­stim­mung des Wel­len­län­ge

Ma­te­ri­al

  • Sta­tiv­fü­ße und Stan­gen
  • Rei­ter mit Blend­hal­ter und op­ti­schem Git­ter
  • Rei­ter mit Blend­hal­ter und LED
  • Zwei Lin­sen auf Rei­tern
  • Netz­ge­rät mit Ver­bin­dungs­ka­beln
  • Stör­licht­tu­bus
  • Maß­band
  • Schirm

Auf­bau

Durch­füh­rung

Po­si­ti­o­nie­re den Auf­bau mit den Sta­tiv­fü­ßen di­rekt vor der Wand bzw. dem Schirm. Der Rei­ter mit der LED soll sich am hin­te­ren Ende des Sta­ti­ves be­fin­den. Ordne alle wei­te­ren Rei­ter so an, dass du ein op­ti­ma­les In­ter­fe­renz­mus­ter auf der Wand er­ken­nen kannst. Miss die Ab­stän­de der Ma­xi­ma an der Wand aus. Führe den Ver­such für die rote, blaue und grüne LED durch, ohne dabei die Ab­stän­de im Ver­suchs­auf­bau zu ver­än­dern. Do­ku­men­tie­re die In­ter­fe­renz­mus­ter mit der Ka­me­ra.

Aus­wer­tung

Be­stim­me die Wel­len­län­gen des aus­ge­sen­de­ten Lichts der LEDs an allen ab­les­ba­ren Ma­xi­ma. Hier­für kann die For­mel aus dem vor­he­ri­gen Un­ter­richt ver­wen­det wer­den:

Do­ku­men­tie­re die Mess­wer­te auch in den er­stell­ten Fotos. Suche Ver­gleichs­wer­te im In­ter­net und über­prü­fe deine Er­geb­nis­se.

Hin­weis​ für die Git­ter­kon­stant ​​: Das Git­ter be­sitzt 500 Spal­te pro Mil­li­me­ter.

IV. Sub­jek­ti­ve Be­stim­mung der Wel­len­län­ge

Auf­bau

Durch­füh­rung

Baue den Ver­such ent­spre­chend der Ab­bil­dung auf. Ver­wen­de als Licht­quel­le die Ha­lo­gen­lam­pe. Schaue durch das Git­ter und miss so­wohl die Ab­stän­de des Ver­suchs­auf­baus und mit den Mar­kie­rungs­hil­fen je­weils die Be­rei­che der un­ter­schied­li­chen Far­ben Rot, Oran­ge, Gelb, Grün, Blau und Vi­o­lett im In­ter­fe­renz­bild aus.

Aus­wer­tung

Be­stim­me die Wel­len­län­gen­be­rei­che der Far­ben Rot, Oran­ge, Gelb, Grün, Blau und Vi­o­lett des aus­ge­sen­de­ten Lichts der LEDs durch Mit­tel­wert­bil­dun­gen. Hier­für kann die For­mel aus dem vor­he­ri­gen Un­ter­richt ver­wen­det wer­den:

Hin­weis:​ Eine Er­klä­rung für die sub­jek­ti­ve Be­stim­mung der Wel­len­län­ge fin­dest du auf der Rück­sei­te.

Wie­der­ho­le​ den Ver­such mit der wei­ßen LED.

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