Sexl Physik 7, Schulbuch

| 30 In den Zwischengebieten gibt es Richtungen, in welchen die Lichtwellen um ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge verschoben sind. Dort lö­ schen die Wellen einander aus und es herrscht Dunkelheit. Zusammenfassend kann man sagen: Bei der Beugung am Doppelspalt entstehen helle Streifen, die Beugungsmaxima k- ter Ordnung. Die Lage der Maxima wird durch den Winkel φ beschrieben: sin φ = k· λ / d (k = 0, 1, 2, 3, …). Zwischen den Beugungsmaxima liegen dunkle Streifen, die Beugungsminima. Das Beugungsbild eines einzelnen Spalts ist in 30.2 als blaue Kurve gezeichnet. Bei einem Doppelspalt überlagern sich die Beugungsbilder zweier Spalte, so dass sich die rote Kurve ergibt. Untersuche, überlege, forsche: Beugung 30.1 Begründe an Hand der Formel, warum wir Beugungserscheinungen nur an sehr kleinen Objekten oder sehr kleinen Öffnungen beobachten können. 30.2 Wie kannst du aus dem Beugungsbild (Experiment 29.1) bei bekannter Wellenlänge des Lichts die Dicke des Haars bestimmen? 30.3 Nimm eine Punktlichtquelle (Leuchtdiode, Kerze). Schneide aus einem Stück Papier oder Alufolie ein kleines Loch aus und betrachte die Lichtquelle aus einigen Metern Entfernung. Die Lichtquelle ist von Beugungsringen umgeben. Wie erklärst du deine Be- obachtung? Die Beugung am Strichgitter Das Beugungsbild eines Doppelspalts besitzt drei große Nachteile: Die Beu­ gungsmaxima haben eine geringe Intensität und sind nicht scharf abgegrenzt. Eine wesentliche Verbesserung ist mit einem Strichgitter zu erzielen. Die Intensität der Beugungsmaxima können wir erhöhen, wenn wir nicht nur zwei Lichtwellenzüge zur Überlagerung bringen, sondern sehr viele. Beim Experiment zum Doppelspalt haben wir außerdem gesehen, dass die Beugungsmaxima umso mehr auseinander treten, je kleiner wir den Spaltabstand wählen. Ein Beugungsgit- ter entspricht diesen Anforderungen: Es enthält viele parallele Spalte in gleichem Abstand. Den Abstand zweier benachbarter Spalte nennt man Gitterkonstante . Experiment: Beugung am Strichgitter Du brauchst: Laserpointer, Zerstreuungslinse, Halogenlampe, Sammellinse, Beugungs- gitter, Projektionsfläche. Was ist zu tun? 30.1 Wiederhole die Versuchsanordnung zur Beugung am Spalt (Experiment 28.1). Be- nutze als Lichtquelle einen Laserpointer und eine Zerstreuungslinse zur Verbreiterung des Laserstrahls. Setze statt des Spaltes ein Beugungsgitter in den Lichtweg. Wodurch unterscheidet sich das Beugungsbild von jenem des Einfachspalts? 30.2 Wiederhole das Experiment mit einer Halogenlampe. Erzeuge mittels Sammellinse einen parallelen Lichtstrahl und lass ihn auf das Gitter fallen. Erkläre die Entstehung der Farben und deren Aufeinanderfolge in den Beugungsmaxima höherer Ordnung. Verglei- che mit der spektralen Zerlegung von Licht durch ein Prisma. Erkläre den Unterschied. Am Schirm zeigt sich ein ausgedehntes symmetrisches „Gitterspektrum“. In der Mitte steht das Beugungsmaximum 0. Ordnung. Links und rechts davon sehen wir die Beugungsmaxima 1. Ordnung. Dann folgen die Beugungsmaxima 2. Ordnung usw. Das Beugungsbild des weißen Lichts der Halogenlampe ergibt eine Reihe von Spektren ( 30.3 ). Das Beugungsmaximum 0. Ordnung ist weiß, weil dort alle Spektralfarben aufeinander fallen. B A C Beugungsmaximum 0. Ordnung Beugungsmaximum 1. Ordnung Doppelspalt d    30.1 Beugung am Doppelspalt. Ist der Gangun- terschied der bei A und B entstehenden Ele- mentarwellen λ , so verstärken sich die beiden Wellen (Beugungsmaximum 1. Ordnung), ist er λ /2, löschen sie einander aus. -0,05 0 0,05 0,1 -0,1 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 sin   [rad] Einfachspalt Doppelspalt 30.2 Intensitätsverteilung am Einfach- (blau) und am Doppelspalt (rot). Für den Dop- pelspalt wären eigentlich zwei Hauptmaxima zu erwarten. Doch hat auch jeder Einzelspalt ein Beugungsmuster. Das Ergebnis ist eine Überlagerung der beiden Beugungsfiguren. 30.3 Beugung am Strichgitter. Wodurch unterscheidet sich dieses Spektrum von jenem eines Prismas? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv