Prüfung aus Physik IV (PHB4) 27. Januar 2009

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Christin Hofmann
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1 Fachhochschule München FK06 Winersemeser 2008/09 Prüfer: Prof. Dr. Maier Zweiprüfer: Prof. Dr. Herberg Prüfung aus Phsik IV (PHB4) 27. Januar 2009 Zulassungsvorausseungen:./. Zugelassene Hilfsmiel: Formelsammlung (wird ausgegeben), aschenrechner (nich alphanumerisch) Bearbeiung der Aufgaben auf dem Angabenbla! Das Angabenbla muss abgegeben werden! Arbeisei: 90 min. Aufgabe 1: (Welleneigenschafen) 7 P Das Magnefeld einer Lichwelle in einem isoropen Medium schwing parallel ur -Achse gemäß B Bˆ0 sin( k) mi: ˆ 5 2 B Vs/m = /s k = /m E a) In welcher Richung breie sich die Welle aus? b) Wie groß is die Brechahl n und die Wellenlänge 0? B c) Wie groß is die Ampliude des E-Feldes? d) Die Abbildung rechs eig eine Momenaufnahme des elekromagneischen. Feldes. Beweg sich die Welle in die Papierebene hinein oder aus ihr heraus? (Begründung) Aufgabe 2: (Akusik) 5 P Gegeben is eine Schallquelle, die einen 100 H-on gleichmäßig in alle Richungen absrahl. In 5 Meern Enfernung miss man I = 30 µw/m 2. Berechnen Sie für diesen Messor a) den Schall(inensiäs)pegel in db b) den Effekivwer des Schalldrucks. c) Um wie viele db seig der Schall(inensiäs)pegel an bei n gleichen Schallquellen. (inkohärene Überlagerung vorausgese) PHB4_PR_WS0809_Sie.doc

2 Aufgabe 3: (Refleion) 11 P Ein unpolarisierer Lichsrahl verläuf innerhalb einer Glasplae (n = 1,7) und wird an der Grenfläche ur umgebenden Luf reflekier bw. gebrochen. Seie 2/5 a) Berechnen Sie den Grenwinkel der oalrefleion G b) Berechnen Sie den Brewserwinkel B Luf (n = 1,0) Die folgenden Fragen behandeln das Refleionsvermögen R S und R P für senkrech bw. parallel polarisieres Lich. c) Berechnen Sie R S und R P für senkrechen Licheinfall (α = 0). d) Wie groß sind Rs und R P am Brewserwinkel B? Glas (n = 1,7) (wenn b nich gelös wurde, dann mi B = 45 weierrechnen) e) Zeichnen Sie den Verlauf für Rp und Rs ein (ohne u rechnen!! aber so gu als möglich) 1 Refleion 0, Einfallswinkel in Aufgabe 4: (Srahlungsdruck) 8 P Ein HeNe-Laser ha eine Leisung von 5 mw bei einer Wellenlänge von 633 nm. Der Srahl wird von einer Linse u einem kreisrunden Fleck fokussier, dessen effekiver Durchmesser 2 Wellenlängen beräg. a) Berechen Sie die Inensiä des fokussieren Lasersrahls. b) Berechnen Sie den Srahlungsdruck, der auf eine vollkommen absorbierende Kugel ausgeüb wird, welche den selben Durchmesser ha wie der fokussiere Srahl. c) Berechnen Sie die Kraf, die auf die Kugel ausgeüb wird. d) Welche Beschleunigung erfähr die Kugel hierbei? (Diche: = 4, kg/m 3, V = (4 /3)r 3 ) e) Welchen Durchmesser muss die unfokussiere Lasersrahlung mindesens haben, wenn die Brennweie der Linse f = 1 cm is? (Der effekive Durchmesser des Fokusflecks soll gleich dem halben Durchmesser des ersen dunklen Beugungsringes ensprechen). r

3 Seie 3/5 Aufgabe 5: (Polarisaion) 5 P In den folgenden 3 Abb. breie sich Lich in -Richung aus und riff dabei auf sich mi der Frequen drehende Polarisaionsfiler. a) Hier wird (in -Richung) linear polarisieres Lich eingesrahl. Welchen Inensiäsverlauf erhäl man am Ausgang des Polfilers? (saubere Aufragung I = I() über 1 Periode, Sarlage des Polfilers = 45 -Richung beachen!) I() 3 b) Hier wird rechs irkular polarisieres Lich eingesrahl. Welchen Inensiäsverlauf erhäl man am Ausgang des Polfilers? (saubere Aufragung I = I() über 1 Periode, Sarlage des Polfilers = -Richung) I() 3 c) Hier wird unpolarisieres Lich eingesrahl. Zwei (ideale) Polfiler sehen unächs parallel und werden bei = 0 mi der Frequen in Drehung verse, wobei Filer A links herum dreh und Filer B rechs herum. (saubere Aufragung I = I() über 1 Periode, Sarlagen beachen!!). I() unpol. 3

4 Aufgabe 6: (Inerferen) 3 P Seie 4/5 Zwei eak gleichphasige elmag. Wellen werden an mehreren Meallflächen nach Skie reflekier. Die geringfügige Neigung in der Anordnung rechs is u vernachlässigen. a) Wie groß is der Gangunerschied der beiden Srahlen nach Verlassen der Anordnung? d d d b) Wie groß muss d mindesens sein, dami die Srahlen die Anordnung gegenphasig wieder verlassen? Aufgabe 7: (Inerferen) 5 P Wenn man eine durchsichige Glimmerplae in den Srahlengang einer relaiv monochromaischen Hg-Lampe häl, kann man ohne weiere Opik ein schönes Inerferenmuser an der Wand beobachen. (= Pohlscher Versuch, siehe Demo in der Vorlesung). a) Zeichnen Sie für den geeichneen Srahl den genauen Srahlenverlauf in der Glimmerplae ein. b) Skiieren Sie das Inerferenmuser an der Wand so realisisch wie möglich. 30 c) Zeichnen Sie in der Abb. ein, wo Phasensprünge aufreen. Hg-Lampe Glimmerplae (n=1,5) Schirm Skie nich maßsäblich d) Was ha dieser Versuch mi dem Michelsonversuch u un (dor gib es ja auch Inerferenen.)?

5 Aufgabe 8: (Beugung)5 P Auf ein 5 mm breies ransmissionsgier mi 600 Srichen pro mm riff Lich der Wellenlänge = 500 nm senkrech auf. a) Wie groß is die Gierkonsane d? b) Bis u welcher Ordnung m is die Beugung u beobachen? c) Wie groß darf der Wellenlängenunerschied weier Linien bei 500 nm sein, dami sie vom Gier in 3. Ordnung noch aufgelös werden können. Seie 5/5 Aufgabe 9: (Kurfragen) 14 P 9.1 Eine Reihe von Dipolanennen wird von einer Radiowelle angesrahl. Die Dipole haben einen Absand von d = 1,5. Uner welchem Winkel müssen die Dipolanennen angesrahl werden, dami sich in Richung der Verbindungsgerade (siehe Skie) ein Maimum der Absrahlung ergib? Einsrahlung Absrahlung 9.2 Welche Eigenschaf des Liches eig, dass es eine ransversale Welle sein muss? 9.3 Spiegel besehen of aus einer dünnen Goldschich auf einem Glassubsra. Für Gold gil bei = 589 nm: n = 0,37 ; = 4,9. Berechnen Sie den Refleionsgrad R und die Eindringiefe bei der Wellenlänge = 589 nm. 9.4 Für Kalkspa gil: n o = 1,65846; n ao = 1, Wie dick muss ein Plächen aus Kalkspa mindesens sein, um die Polarisaionsrichung von Lich der Wellenlänge = 633 nm um 90 u drehen. 9.5 Berechnen Sie die Geschwindigkei der schnellsen ransversalen Seilwelle auf einem Sahlseil. Sahl ha eine Diche = 7, kg/m 3 und eine ma. Zugspannung von = 7, N/m Die sog. Winkeldispersion D eines Giers is gegeben durch d D d Zeigen Sie, dass für ein ransmissionsgier gil D (an )/. Viel Erfolg! Ende der Aufgaben

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