Lichtbeugung am Einzelspalt
Erklärung:
Mit diesen Aufbauten wird Licht senkrecht auf einen Spalt gestrahlt. Entweder wird ein Laser verwendet, oder Licht einer Lampe wird durch Linsen eingefangen und ein Filter lässt nur das Licht mit der benötigten Wellenlänge durch. Am Haupt- oder Beugungsspalt wird es gebeugt und fällt dann auf den Schirm, wo Minima und Maxima der Lichtintensität sichtbar werden.
Fakten, Erklärung und Ansatz:
Allg. zur Beugung:
- je kleiner der Hauptspalt ist, desto stärker wird das Licht gebeugt
- die Intensität des Lichts wird mit steigendem Winkel kleiner -> auch dem Filter werden die Maxima nach außen hin schwächer
- ein Spalt ist im Vergleich zu der Wellenlänge des Lichts sehr groß, daher gibt es kein einzelnes Hyugens-Zentrum, sondern eine ganze Wellenfront - von jedem Punkt des Spaltes geht eine Elementarwelle aus.
Zu Skizze 2: Bei Beugung von Licht der Wellenlänge λ an einem Einzelspalt der Breite l lesen wir am rechtwinkligen Dreieck mit Hypotenuse l die Formel für die zu den Minima k gehörenden Winkel αk :
sin αk = kλ / l mit k = 1, 2, 3, ... (Minimum k-ter Ordnung)
Auch gilt für die Zahl der Minima k < l / λ, da der Gangunterschied δ = kλ nicht größer als l sein kann.
(Hinweis: Der selbe Zusammenhang scheint für die Maxima des Doppelspaltes zu gelten, doch beschreibt l beim Doppelspalt den Abstand der Spalte, nicht die Breite! Der Unterschied liegt in der Überlagerung der beiden Einzelspaltbilder bei Doppelspalt - vergleiche das Experiment, dei dem je ein Spalt zugehalten wurde. Üherlagern sich zwei Einzelspaltbilder, so kommt es wieder zu
Interferenz, die Helligkeiten addieren sich nicht einfach.) Über Resthelligkeiten:
- ist der Gangunterschied 0, so überlagern und verstärken sich die Wellen (Hauptmaximum, α = 0°) - vergrößert man α, so treten Resthelligkeiten, die Nebenmaxima auf, wo die Gangunterschiede der sich überlagernden Lichtwellen nicht zur völligen Auslöschung führen.
Beispielaufgaben:
Dorn-Bader Physik: S.193, etwa A1, 2, 3
Leifi: Wellen - Optik -> Leistungskursaufgaben -> Einfachspalt Zusätzlich unter Leifi: "Einfachspaltversuch" unter Wellen - Optik
