Brechung und Prisma
So gehst du vor
- 1Teil A: Wähle einen Stoff und ziehe die Lichtquelle am Rand der Winkelscheibe. Der Strahl trifft immer die Mitte der geraden Fläche.
- 2Tippe für mindestens sechs Einfallswinkel auf „α1 und α2 in Tabelle“. Der Brechungswinkel wird wie an der Skala auf 0,5° abgelesen.
- 3Erst danach „Ausgleichsgerade und Auswertung zeigen“. Bei Stoff X löst du erst auf, wenn du n bestimmt hast.
- 4Teil B: Ziehe die Lichtquelle am Prisma, sieh dir das Spektrum auf dem Schirm an und nimm mit einfarbigem Licht die Ablenkung δ für mehrere Wellenlängen auf.
Stärke des reflektierten Strahls nach den Fresnel-Formeln für unpolarisiertes Licht. Der Strahl tritt durch die runde Seite senkrecht ein oder aus und wird dort nicht gebrochen.
Stoff
Einfallswinkel α1
40,0 °Wellenlänge λ
589 nmLichtweg
Im Stoff: n = 1,500, λMedium = 393 nm. Die Frequenz ist in beiden Stoffen gleich.
A Brechzahl aus der Messreihe: sin(α1) über sin(α2)
Im Diagramm: sin(α1) über sin(α2). Aus der Luft (n1 = 1,00) ist die Steigung der Ursprungsgeraden die Brechzahl des Stoffs.
| Nr. | α1 in ° | α2 in ° |
|---|
Die Ablenkung δ ist der Winkel zwischen einfallendem und austretendem Strahl (bei Weißlicht für 550 nm gezeichnet). Der Stoff ist derselbe wie oben; ein Prisma aus Wasser wäre ein dünnwandiger Hohlkörper.
Einfallswinkel α1
50,0 °Winkel an der Spitze γ
60 °Licht
Für die Tabelle einfarbiges Licht wählen.
B Dispersion: Ablenkung δ über der Wellenlänge
Halte α1 und γ während der Messreihe fest. Die Tabelle wird beim Wechsel des Stoffs geleert.
| Nr. | λ in nm | δ in ° |
|---|
Aufträge
- Skriptbeispiel: Stelle Glas, λ = 589 nm und α1 = 40° ein. Berechne vorher α2 und λGlas und vergleiche.
- Nimm für Wasser sechs Winkelpaare auf und bestimme n aus Tabelle A. Warum liegen die Punkte bei großen Winkeln besonders günstig?
- Wähle Stoff X und bestimme seine Brechzahl bei 589 nm. Löse erst danach auf.
- Schalte die Wellenfronten ein und ändere λ und den Stoff. Wie zeigt das Bild, dass die Frequenz gleich bleibt und die Wellenlänge sinkt?
- Zusatz: Stelle den Lichtweg Wasser → Luft ein und suche den Winkel, ab dem kein Licht mehr austritt. Vergleiche mit αg aus sin(αg) = n2n1.
- Skriptaufgabe „Prisma oder Gitter?“: Kronglas, α1 = 50°. Berechne die Brechungswinkel für n = 1,53 (400 nm) und n = 1,51 (700 nm) an der ersten Fläche. Schalte dann das Gitter dazu: In welcher Reihenfolge liegen die Farben, und wie breit ist das Spektrum jeweils?
- Zusatz: Verändere bei einfarbigem Licht α1 und beobachte den Schirm. Bei welchem Einfallswinkel ist die Ablenkung am kleinsten? Wie läuft der Strahl dann im Prisma?
Theorie: Skript Wellenoptik, Abschnitt „Reflexion und Brechung im Wellenbild“ mit dem Kasten zur Dispersion. Beugung am Gitter: Seite Spalt, Doppelspalt und Gitter.