Othmar Marti Experimentelle Physik Universität Ulm

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1 Grundkurs IIIa für Physiker Othmar Marti Experimentelle Physik Universität Ulm Vorlesung nach Tipler, Gerthsen, Hecht Skript: Übungsblätter und Lösungen: http.//wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk3a-2002/ueb/ue# 11. Juli 2002 Universität Ulm, Experimentelle Physik

2 Vektoraddition Grafische Darstellung der Vektoraddition Universität Ulm, Experimentelle Physik 1

3 Interferenzmuster bei drei und mehr äquidistanten Quellen Interferenz von drei Quellen Universität Ulm, Experimentelle Physik 2

4 Vektordiagramme Vektordiagramm für die Interferenz von drei Wellen (links) und vier Wellen (rechts). Universität Ulm, Experimentelle Physik 3

5 Interferenzmuster für mehrere Quellen I y Interferenzmuster für zwei bis fünf Punktquellen, nicht normiert Universität Ulm, Experimentelle Physik 4

6 Interferenzmuster für mehrere Quellen II y Interferenzmuster für zwei bis sieben sowie 20 Punktquellen, normiert Universität Ulm, Experimentelle Physik 5

7 Beugungsmuster an einem Einzelspalt Berechnung des Beugungsmusters an einem Einzelspalt Universität Ulm, Experimentelle Physik 6

8 Definition der Grössen Definition der Grössen. Rechts ist die Berechnung der Amplitude gezeigt. Universität Ulm, Experimentelle Physik 7

9 Beugungsmuster des Einzelspaltes I I Theta y Beugungsmuster als Funktion des Ablenkwinkels und, rechts, als Funktion des Abstandes von der optischen Achse Universität Ulm, Experimentelle Physik 8

10 Beugungsmuster des Einzelspaltes II I y Beugungsmuster als Funktion der Spaltbreite. Links kontiunuierlich und rechts für die Breiten a = 0.1, 0.3, 1, 3, 10 Universität Ulm, Experimentelle Physik 9

11 Beugungsmuster des Einzelspaltes III Winkel Art Amplitude bezogen auf I 0 0 Maximum 1 ±π Minimum 0 ±3π/2 Maximum 4 9π 2 ±2π Minimum 0 ±5π/2 Maximum 4 25π 2 ±7π/2 Maximum 4 49π 2 ±9π/2 Maximum 4 81π 2 Tabelle 1: Lage der Minima und Maxima Universität Ulm, Experimentelle Physik 10

12 Beugungsmuster bei vielen Spalten Bei Doppelspalten oder bei Gittern mit N Linien setzt sich das Beugungsmuster aus dem Muster des Einzelspaltes multipliziert mit dem Beugungsmuster des Gitters zusammen. Universität Ulm, Experimentelle Physik 11

13 Beugungsmuster beim Doppelspalt I y Beugung an einem Doppelspalt mit dem Spaltabstand d = 6 und der Spaltbreite a = 3 Universität Ulm, Experimentelle Physik 12

14 Beugungsmuster beim 5-fach-Spalt I y Beugung an einem 5-fach Spalt mit dem Spaltabstand d = 3 und der Spaltbreite a = 2 Universität Ulm, Experimentelle Physik 13

15 Fresnelbeugung Berechnung der Fresnelbeugung an einer Halbebene. Universität Ulm, Experimentelle Physik 14

16 Cornu-Spirale Universität Ulm, Experimentelle Physik 15

17 S(w) C(w) Die Cornu-Spirale. Die linke untere Spirale entspricht w =, die rechte obere Spirale w = Universität Ulm, Experimentelle Physik 16

18 Fresnel-Beugungsbild des Spaltes x x Fresnelsches Beugungsmuster an einem Spalt der Breite 1. Links die Amplitude und rechts die Intensität. Universität Ulm, Experimentelle Physik 17

19 Fresnelsches Beugungsbild der Halbebene x x Fresnelsches Beugungsmuster an einer Halbebene. Links die Amplitude und rechts die Intensität. Universität Ulm, Experimentelle Physik 18

20 Fraunhofer- und Fresnelbeugung 1. Der Abstand R von der Quelle zum Beugungsobjekt ist sehr viel grösser als die charakteristische Länge d des Beugungsobjektes. 2. Der Abstand R vom Beobachter zum Beugungsobjekt ist sehr viel grösser als die charakteristische Länge d des Beugungsobjektes. Universität Ulm, Experimentelle Physik 19

21 Fraunhofer- und Fresnelbeugung II Spaltbreite x Legend Fresnel Fraunhofer Spaltbreite x Legend Fresnel Fraunhofer Vergleich der Fresnelbeugung (rot) mit der Fraunhoferbeugung (grün) für Spaltweiten von 0.1 und 1 Universität Ulm, Experimentelle Physik 20

22 Fraunhofer- und Fresnelbeugung III Spaltbreite x Legend Fresnel Fraunhofer Spaltbreite x Legend Fresnel Fraunhofer Vergleich der Fresnelbeugung (rot) mit der Fraunhoferbeugung (grün) für Spaltweiten von 2 und 3 Universität Ulm, Experimentelle Physik 21

23 Fraunhofer- und Fresnelbeugung IV Spaltbreite x Legend Fresnel Fraunhofer Spaltbreite x Legend Fresnel Fraunhofer Vergleich der Fresnelbeugung (rot) mit der Fraunhoferbeugung (grün) für Spaltweiten von 4 und 5 Universität Ulm, Experimentelle Physik 22

24 Beugung an einer kreisförmigen Apertur x Die Beugung an einer kreisförmigen Apertur. Universität Ulm, Experimentelle Physik 23

25 Abbildung zweier Objekte durch eine Apertur Abbildung zweier punktförmiger, inkohärenter Quellen durch eine Blende mit der Öffnung d Universität Ulm, Experimentelle Physik 24

26 Überlagerung inkohärenter Punktquellen Universität Ulm, Experimentelle Physik 25

27 x Form der Intensität bei der Überlagerung zweier inkohärenter Punktquellen. Der Abstand variiert von 0.6 (rot) bis 1.6 (blau) in Schritten von 0.1. Universität Ulm, Experimentelle Physik 26

28 Auflösung bei inkohärenten Punktquellen Querschnitt zweier inkohärenter Punktquellen als Funktion des Abstandes (links) und Bild der Intensitätsverteilung bei einem Abstand von 1. Universität Ulm, Experimentelle Physik 27

29 Gitter Lichtdurchgang durch ein Gitter mit der Gitterkonstante g Universität Ulm, Experimentelle Physik 28

30 Blaze-Gitter Blaze-Gitter Universität Ulm, Experimentelle Physik 29

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