a) Beleuchten Sie einen
Doppelspalt mit dem
Laserlicht und bilden Sie das
Interferenzmuster auf
einem hinreichend weit
entfernten Schirm ab.
Abstände:
Material:
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kurze optische Bank (Dreikant) |
Doppelspalte Spaltabstand d: Spaltbreite b: 0,6 mm 0,12 mm 0,6 mm 0,24 mm 1,2 mm 0,24 mm |
Einzelspalte: Spaltbreite b: 0,12 mm 0,24 mm 0,48 mm |
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a) Beleuchten Sie einen Abstände:
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b) Für das Interferenzmuster gelten die folgenden Beziehungen.
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Maxima:
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Minima:
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Da
ist, kann folgende Näherung verwendet werden:
.
Es ergibt sich dann
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für die Maxima:
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für die Minima:
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c) Messen Sie an den zur Verfügung stehenden Spalten die Lage von Interferenzmaxima und -Minima aus. Bestimmen Sie daraus die Wellenlänge des Laserlichts.
d) Wie ist es zu erkären, dass manche der zu erwartenden Maxima "fehlen"? Welche sind es bei den jeweiligen Doppelspalten und warum gerade diese?
e) Überprüfen Sie die Angaben zu Spaltbreite b und Spaltabstand d:
Messen Sie die Spaltlänge l.
Legen Sie den Doppelspalt auf einen Tageslichtprojektor; messen Sie in der Projektion b', d', l'.
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a) Beleuchten Sie einen Spalt Abstände:
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b) Bei der Beugung am Spalt gelten die folgenden Beziehungen.
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Nebenmaxima:
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Minima:
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Wie
beim Doppelspalt ist wieder 
.
Mit der dort beschriebenen Näherung folgt
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für die Nebenmaxima:
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für die Minima:
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c) Messen Sie an den zur Verfügung stehenden Spalten die Lage von Interferenzmaxima und -Minima aus. Bestimmen Sie daraus die Wellenlänge des Laserlichts.
Material:
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Laserpointer |
(Praktikumsmaterial:) optische Bank Klemmhalter Schirm Reiter |
Rasierklinge Beugungsdrähte: Durchmesser d: 0,2 mm 0,4 mm 0,8 mm |
Kreisblenden (in Diarahmen): Durchmesser d: 0,12 mm 0,24 mm 0,48 mm |
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Aufbau: Bringen Sie den Klemmhalter mit einem Reiter an einem Ende der optischen Bank an. Befestigen Sie den Laserpointer mit dem Stativmaterial so, dass das Laserlicht mittig durch die Öffnung des Klemmhalters verläuft. Der Abstand l soll einige Zentimeter betragen. Für den Abstand e ist jeweils durch Probieren ein geeigneter Wert zu finden. |
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Spannen Sie eine Rasierklinge so in den Klemmhalter ein, dass sie etwa bis zur Mitte der Öffnung reicht.
Verschieben Sie nun den Klemmhalter in seinem Reiter senkrecht zur optischen Bank, dass der Laserstrahl die Schneide der Rasierklinge streift.
Beobachten und beschreiben Sie die Erscheinungen, die auf dem Schirm sichtbar werden.
a) Spannen Sie einen Rahmen mit einem Beugungsdraht so in den Klemmhalter, dass der Draht vertikal steht.
Lassen Sie den Laserstrahl zentral auf den Draht treffen.
Bei geeigneten Abständen sollten Sie eine Interferenzfigur wie beim Einzelspalt beobachten können.
b) Zwei Hindernisse heißen komplementär, wenn wenn sie durch Vertauschung ihrer durchlässigen und undurchlässigen Bereiche in einander übergehen. Für komplementäre Hindernisse gilt das
Babinet'sche Theorem:
Die Beugungsverteilungen komplementärer Hindernisse stimmen außerhalb des durch den geometrischen Umriß überdeckten bereiches überein.
Wie kann man bei diesem Versuch den Drahtdurchmesser bestimmen?
a) Spannen Sie einen Rahmen mit einer Kreisblende in den Klemmhalter.
Lassen
Sie den Laserstrahl auf die Öffnung fallen.
Bei geeigneten Abständen sollten Sie folgende Interferenzfigur beobachten können: ein zentrales Intensitätsmaximum (genannt Beugungsscheibe) ist von konzentrischen Intensitätsringen umgeben, die durch ebenfalls konzentrische Minima voneinander getrennt sind.
b) Wiederholen Sie den Versuch mit Kreisblenden anderen Durchmessers.
c) Die theoretische Berechnung der Intensitätsverteilung führt zu folgenden Ergebnissen:
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Nebenmaxima (n = 1, 2, 3):
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Nebenminima (n = 1, 2, 3):
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Da die hier auftretenden Winkel sehr klein sind, kann wie beim Einzel- und beim Doppelspalt mit einer Näherung gearbeitet werden:
,
wobei D der Durchmesser eines Kreises in der Interferenzfigur ist. Damit ergibt sich:
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für die Nebenmaxima:
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für die Nebenminima:
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Wählen Sie die Kreisblende, die zur deutlichsten Interferenzfigur führt und bestimmen Sie die Wellenlänge des Laserlichts.
Material:
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(Praktikumsmaterial:) |
Beleuchtungsspalt (aus zwei Klemmhaltern Netzgerät (6 V) gebildet) Linse 2 f = 15 cm Farbfilter |
optische Gitter: a = 250/cm a = 100/cm a = 1000/cm Schirm |
Aufbau:
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(1): Leuchte |
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a) Erzeugen Sie ohne Farbfilter zunächst Gitterspektren.
Wie wirkt sich die Gitterkonstante aus?
Fällt bei den Spektren 1., 2., 3., ... Ordnung etwas auf?
Wie unterscheiden sich die Gitterspektren von dem Spektrum, dass mittels eines Prismas aus weißem Glühlicht erzeugt wird? Was ist der Grund dafür?
b) Wählen Sie nun das Gitter mit a = 1000/cm.
Ermitteln Sie aus dem Spektrum 1. Ordnung den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes.
c) Bringen Sie nacheinander Farbfilter für rot, grün und blau in den Strahlengang. Bestimmen Sie die Wellenlängen des jeweils verwendeten Lichts.
| Ausmessen der Interferenzfigur: Bei optischen Gittern mit einer kleinen
Gitterkonstante sind die Winkel |
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Material:
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optische Bank |
Spektrallampen: Hg-Dampfdrucklampe Na He ... |
Kondensorlinse f = 10 cm Beleuchtungsspalt Abbildungslinse f = 5 cm Gitter: a = 570/mm Halter für Gitter Schirm |
Aufbau:
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(1): Spektrallampe (an Drossel) |
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- Vorsicht: Die Spektrallampen werden
im Betrieb sehr heiß! -
a) Verwenden Sie zunächst die Quecksilber-Dampfdruckleuchte.
Ohne Gitter ist die Anordnung so einzustellen, dass auf dem Schirm ein scharfes Bild des Spaltes erscheint.
Messen Sie die Lage der Spektrallinien im Spektrum 1. Ordnung aus und ermitteln Sie die Wellenlängen der einzelnen Spektrallinien.
(zum Ausmessen der Interferenzfigur s. Bemerkungen bei Aufgabe 3)
b) Erzeugen Sie mit der Natrium-Spektrallampe das Spektrum von Na-Licht. Messen Sie es aus und bestimmen Sie auch hier die Wellenlängen.
c) Verfahren
Sie ebenso mit weiteren Spektrallampen: He, Ne, ...
