Kontrolle Physik-Grundkurs Klasse 12 2.12.2011 1. Bringt man in ...
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<strong>Kontrolle</strong> <strong>Physik</strong>-<strong>Grundkurs</strong> <strong>Klasse</strong> <strong>12</strong><br />
2.<strong>12</strong>.2011<br />
<strong>1.</strong> <strong>Br<strong>in</strong>gt</strong> <strong>man</strong> <strong>in</strong> e<strong>in</strong>en Laserstrahl e<strong>in</strong> senkrechtes stehendes Haar, so entsteht auf e<strong>in</strong>em<br />
Schirm e<strong>in</strong> Interferenzmuster.<br />
a) Beschreiben Sie dieses Muster. (3)<br />
b) Erklären Sie, wie dieses Muster entsteht. (4)<br />
c) Die Maxima <strong>1.</strong> Ordnung sollen e<strong>in</strong>en möglichst großen Abstand vone<strong>in</strong>ander haben.<br />
Beschreiben Sie mit Hilfe der entsprechenden Gleichung für den Doppelspalt, welche<br />
Möglichkeiten das Experiment dazu bietet. (3)<br />
d) E<strong>in</strong> Haar hat e<strong>in</strong>e Dicke von 0,06 mm. Auf e<strong>in</strong>em 2 m entferntem Schirm haben die beiden<br />
Maxima <strong>1.</strong> Ordnung e<strong>in</strong>en Abstand von 4,6 cm Welche Wellenlänge hat das Licht des<br />
verwendeten Lasers?<br />
Welcher Farbe entspricht das? (5)<br />
2. Seifenblasen ersche<strong>in</strong>en im weißen Licht bunt.<br />
a) Erklären Sie mit Hilfe e<strong>in</strong>er Skizze, wie diese Farben entstehen. (4)<br />
b) Erklären Sie, warum bei Glasscheiben solche Farben nicht auftreten können. (2)<br />
3. Erklären Sie, warum e<strong>in</strong> Polarisationsfilter beim Fotografieren störende Reflexionen<br />
beseitigen können. (2)
Lösungen<br />
<strong>1.</strong> a) In direkter L<strong>in</strong>ie gegenüber dem Laser entsteht e<strong>in</strong> heller Punkt (Maximum 0. Ordnung).<br />
Daneben kommen auf jeder Seite zwei Gebiete, auf die ke<strong>in</strong> Licht fällt (M<strong>in</strong>ima). Danach<br />
folgen <strong>in</strong> regelmäßigem Abstand Maxima und M<strong>in</strong>ima, wobei die Maxima immer schwächer<br />
werden. Die Anordnung ist waagerecht.<br />
b) Das Haar hat zwei Kanten, die das Laserlicht beugen. Die Kanten s<strong>in</strong>d die Erreger zweier<br />
Kreiswellen, die sich dann überlagern, es kommt zu Interferenzen. Die Gebiete der Maxima<br />
s<strong>in</strong>d Überlagerungen von gleichphasig schw<strong>in</strong>genden Wellen (Verstärkung), die Gebiete der<br />
M<strong>in</strong>ima s<strong>in</strong>d Überlagerungen von gegenphasig schw<strong>in</strong>genden Wellen (Auslöschung)<br />
s1<br />
c) Mit Hilfe der Maximum-Gleichung am Doppelspalt<br />
b e<br />
=<br />
λ<br />
erkennt <strong>man</strong> folgende<br />
Möglichkeiten für e<strong>in</strong> möglichst großes s:<br />
* Der Abstand Laser - Schirm e muss groß se<strong>in</strong>,<br />
* Die Wellenlänge des Lasers muss groß se<strong>in</strong>,<br />
* Die Breite des Doppelpaltes (Haar) muss kle<strong>in</strong> se<strong>in</strong>.<br />
d)<br />
geg.:<br />
−<br />
d=<br />
0,<br />
06⋅10<br />
e = 2m<br />
2⋅s<br />
= 4,<br />
6⋅10<br />
1<br />
−2<br />
3<br />
m<br />
m<br />
1<br />
ges.: λ<br />
Lösung: Es gilt die Gleichung für Maxima am Doppelspalt.<br />
λ s1<br />
=<br />
b e<br />
λ =<br />
λ =<br />
s<br />
e<br />
1<br />
1<br />
1<br />
⋅b<br />
−2<br />
2,<br />
3⋅10<br />
m<br />
−<br />
⋅0,<br />
06⋅10<br />
2m<br />
−<br />
λ = 6,<br />
9⋅10<br />
7<br />
m<br />
3<br />
m<br />
λ = 690nm<br />
Antwort: Das Laserlicht hat e<strong>in</strong>e Wellenlänge von 690 nm. Das ist rotes Licht.<br />
2. a) Trifft weißes Licht auf die dünne Seifenhaut, wird es an der vorderen und h<strong>in</strong>teren<br />
Begrenzung reflektiert. Dieses Licht kann <strong>in</strong>terferieren.<br />
Weißes Licht besteht aus allen möglichen Farben. Verschiedene Farben haben<br />
unterschiedliche Wellenlängen.<br />
Bei e<strong>in</strong>er bestimmten Schichtdicke können Wellenzüge konstruktiv oder destruktiv<br />
<strong>in</strong>terferieren. Das hängt davon ab, wie lang ihr Weg <strong>in</strong> der Seifenhaut ist.<br />
Wellen, die konstruktiv <strong>in</strong>terferieren, s<strong>in</strong>d als farbiges Licht sichtbar.<br />
b) Die Wellenzüge des Lichtes s<strong>in</strong>d sehr kurz. Bei e<strong>in</strong>er dicken Glasscheibe kann e<strong>in</strong><br />
Wellenzug nicht an den beiden Rändern reflektiert werden, um dann zu <strong>in</strong>terferieren.<br />
3. Fällt Licht schräg auf e<strong>in</strong>e reflektierende Fläche, ist das reflektierte Licht polarisiert. E<strong>in</strong><br />
Polarisationsfilter lässt nur Licht e<strong>in</strong>er Schw<strong>in</strong>gungsebene h<strong>in</strong>durch. Bei geeigneter Drehung<br />
des Filters vor dem Objektiv wird das polarisierte Licht der Reflexion nicht h<strong>in</strong>durchgelassen.