Physik Klausur JII.1 #2.2

Transkript

1 Physik Klausur JII. #. Aufgabe : Die Skizze zeigt das Interferenzfeld zweier Erreger E und E, die mit gleicher Frequenz in Phase schwingen und kreisförmige Wasserwellen erzeugen (im Moment liegt bei E und E weder ein Wellenberg noch ein Tal vor). a)zeichne auf dem Blatt Kurven im Feld, wo völlige Auslöschung besteht diese Kurven sollen alle zwischen E und E enden! (orange!) b) Zeichne mit blau dazwischen Kurven, wo sich Wellenberge und Wellentäler optimal gegenseitig verstärken ( verdoppeln ). E E Die Streifen der Auslöschung gehen immer durch die Schnittpunkte von Wellenbergen (dicke schwarze Linien) und Wellentälern (dünne schwarze Linien). Die Streifen der Verdopplung durch die Schnittpunkte von zwei Wellenbergen, oder zwei Wellentälern. Aufgabe a) Ein sehr dünnes Glasplättchen (Dicke d=0,μm) wird nahezu senkrecht mit Licht bestrahlt, wobei näherungsweise n=,5 für alle Arten des sichtbaren Lichtes gelten soll. Welche Wellenlängen des sichtbaren Lichts (zwischen 00 und 800nm) werden völlig ausgelöscht, welche erscheinen sehr hell im durchgehend Licht? Für n gilt:. Es heißt, dass das Licht nahezu senkrecht eingestrahlt wird. Also gilt 0. Nach Umformungen zu sin erhält man: sin erhält man dann: sin 0 0, 0. Für den Winkel, Verstärkung besteht für cos Durch Umformung erhält man:,, Setzen wir nun für k verschiedene Werte ein erhalten wir folgende Auflistung:

2 k λ 00nm nm 00 Nicht im sichtbaren Bereich Sichtbar Sichtbar Nicht im sichtbaren Bereich Auslöschung ergibt sich nach der Formel für cos und damit für die Wellenlänge: cos 0,5 Setzen wir für k jetzt wieder verschiedene Werte ein erhalten wir: k Nicht im sichtbaren Bereich Sichtbar Sichtbar 00,86 Nicht im sichtbaren Bereich 00 b) Welche Wellenlängen werden im reflektierten Licht ausgelöscht, wenn das Plättchen doppelt so dick ist? Für Auslöschung galt bis jetzt folgende Formel. Bei doppelter Dicke gilt: cos cos Durch einsetzen von k erhalten wir: 0,5 8 0,5 k Nicht im sichtbaren Bereich Nicht im sichtbaren Bereich Nicht im sichtbaren Bereich ,7 Sichtbar

3 , Sichtbar ,6 Sichtbar , Nicht im sichtbaren Bereich c) Ein Glaskeil mit sehr kleinem Neigungswinkel, soll als Plättchen im Sinne von a) mi variabler Dicke d aufgefasst werden. Bestrahlt man ihn von oben gleichmäßig mit Licht der Wellenlänge, so erhält man im reflektierten Licht helle und dunkle Streifen, je nachdem, wie dick das Glas an der betreffenden Stelle ist. Für welche Abstände l vom Keilende ergeben sich dunkle Streifen? Wie schon bei a festgestellt gilt für Dunkelstreifen im reflektierten Licht: Durch Umformungen erhalten wir: cos cos ,5 cos0 Betrachten wir uns nun auf der Abbildung das Dreieck erkennen wir, dass dort folgendes gilt: tan Durch Umformungen und Einsetzen erhalten wir daraus: 00 tan 00 tan0,6 5 0 Setzen wir jetzt für k verschiedene Werte ein, erhalten wir verschiedene Längen l. Für die erste Ordnung (k=0) ergäbe sich beispielsweis: d) Warum ist die Näherungsannahme n=,5 für alle Lichtarten genau genommen nicht richtig? Kurze Erläuterung! Beim Übergang zwischen zwei Medien, ändert sich zum einen der Winkel um die Brechzahl, aber auch die Frequenz, dank der Dispersion (man erkennt bspw. am Prisma, das durchgehendes licht sich mehr und mehr in die Spektralfarben aufteilt). Über ist n, wenn es von der Frequenz abhängig ist, auch von der Wellenlänge abhängig, wenn wir davon ausgehen, dass die Lichtgeschwindigkeit (bspw. im Vakuum) für alle Wellenlängen konstant ist.

4 Aufgabe : a) Leite für einen Doppelspalt (Abstand der Spalte sei g) die Lage der Dunkelstreifen und der Helligkeitsmaxima auf einem Schirm her unter der Annahme, dass von jedem der beiden enge Spalte nur eine Elementarwelle ausgeht! Skizziere die Intensitätsverteilung des Lichtes auf dem Schirm! Schauen wir zunächst die Abbildung an. Wir erkennen, dass sin gilt. Wobei g der Abstand der Spalte ist und d der Gangunterschied der beiden Wellen Auslöschung besteht logischerweise bei einem Gangunterschied von, bzw. Durch Kombination der beiden Formeln erhalten wir: sin Verdopplung besteht bei einem Gangunterschied von oder von einem Vielfachen:. Kombinieren wir nun wieder diesen Ausdruck mit der ersten Formel gilt: sin b) Wie breit ist für ein Gitter mit das Spektrum. Ordnung auf einem m entfernten Schirm bei Bestrahlung mit weißen Licht (00nm bis 800nm sind sichtbar! )? sin Es gilt:, 0. Die Wellenlängen sind 00 und 800. sin ,66 sin ,5 Nun gilt noch: tan und damit: tan tan7,66 0, tan5,5 0,8 0,8 0,,

5 c) Jetzt wird ein Gitter betrachtet (5 Striche je mm), bei dem die Spaltbreite l=0,00mm man nicht vernachlässigt werden darf, Licht mit 500nm eingestrahlt , c ) Drücke g und l durch aus. sin sin sin sin c ) Gib die allgemeine Formel für die Winkel der Gitterhellstreifen an und berechne,,! 500 sin ,,,, 6 sin 6,6 sin 6 7,8 sin 0,8 6 c ) Wie lautet die Formel für die Winkel der Spaltdunkelstreifen? Berechne! sin ,,, sin,7 c ) Welche Gitterstreifen werden durch die Spaltminima unterdrückt? Annahme: Jeder vierte Gitterstreifen wird durch ein Spaltminimum unterdrückt! d) Ein Gitter mit wird mit Licht der Wellenlänge bestrahlt. d ) Welchen Winkel hat das Maximum. Ordnung? 600 sin sin 5,7 0

6 d ) Welchen Winkel hat das obere Maximum. Ordnung wenn man das Gitter um 0 dreht? Dreht man das Gitter um 0 ergeben sich zwei Gangunterschiede! Schaut einfach im Heft nach wo die liegen, die Skizze wäre jetzt arg aufwendig ;) sin0 sin0 sin5 sin0 Einen Hellstreifen erhalten wir immer, wenn der Gangunterschied gleich der Wellenlänge ist! Da sich die Gangunterschiede auf zwei verschiedenen Wellen laufen, müssen sie subtrahiert werden! sin0 sin0 sin0 sin0 sin0 sin0 sin0 600 sin0 sin0 0, sin 0,06 7,97 7,97 0, Das war die. Klausur beim Junker ich hoffe/denke mal das stimmt so halbwegs. Die andere Klausur habe ich nicht vor auch noch durchzurechnen, vor allem weil die ersten zwei bis drei Aufgaben praktisch gleich sind teilweise mit anderen Zahlen, aber daran sollte es ja nicht scheitern. Falls jemand vollständige Lösungen zur anderen Klausur (vom früheren Wiggers-Kurs) hat, darf er die mir gerne geben/schicken dann füg ich die noch hinzu ein bisschen was ist ja schon in der Abi- Gruppe! Bei Fragen/Fehlern/den anderen Lösungen/eigenen Zusammenfassungen erreicht ihr mich wie immer unter meiner Mail-Adresse (fsure@web.de). Ansonsten noch eine schöne Adventszeit, schöne Weihnachten und eine schöne Physik-Klausur ;) Gruß, Florian