Beugungsmuster
Aufgabenstellung
Das Licht eines roten Lasers (Wellenlänge \lambda = 656~\mathrm{nm}) fällt auf einen schmalen Einzelspalt (Spaltbreite d = 0{,}1~\mathrm{mm}). In einer Entfernung von l = 1~\mathrm m hinter dem Spalt ist ein Schirm aufgestellt, auf dem das nachfolgende Muster beobachtet wird:
Beurteilen Sie die Richtigkeit der nachfolgenden Aussagen ausgehend von der oben beschriebenen Anordnung.
| Aussage | Richtig | Falsch |
|---|---|---|
| Die Maxima und Minima entstehen, weil Anteile des Laserlichts an den Kanten des Spalts reflektiert werden. | ||
| Wird der rote Laser gegen einen grünen (Wellenlänge \lambda = 532~\mathrm{nm}) ausgetauscht, werden die Abstände zwischen den Maxima und Minima kleiner. | ||
| Die Breite des Einzelspalts hat keinen Einfluss auf die Lage der Maxima und Minima, sondern bestimmt lediglich deren Helligkeit. | ||
| Da das entstehende Muster (annähernd) waagerecht verläuft, muss auch der Spalt (annähernd) waagerecht orientiert sein. | ||
| Minima entstehen an Positionen, an denen sich alle ankommenden Teilwellen gegenseitig auslöschen (destruktive Interferenz). | ||
| Damit sich zwei Teilwellen gegenseitig vollständig auslöschen, muss ihr Gangunterschied ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge betragen. | ||
| Die Breite der Minima und Maxima wird auch durch den Abstand zwischen Spalt und Schirm bestimmt. | ||
| Wird der Spalt im Uhrzeigersinn gedreht, so dreht sich das entstehende Beugungsmuster gegen den Uhrzeigersinn. |
Lösung
- Die Maxima und Minima entstehen, weil Anteile des Laserlichts an den Kanten des Spalts reflektiert werden.
- Falsch: Das Licht wird am Spalt gebeugt. Reflexion spielt hierbei keine Rolle.
- Wird der rote Laser gegen einen grünen (Wellenlänge \lambda = 532~\mathrm{nm}) ausgetauscht, werden die Abstände zwischen den Maxima und Minima kleiner.
- Richtig: Mit kleiner werdender Wellenlänge werden auch die Beugungswinkel der Maxima und Minima und damit auch deren Abstände auf dem Schirm kleiner.
- Die Breite des Einzelspalts hat keinen Einfluss auf die Lage der Maxima und Minima, sondern bestimmt lediglich deren Helligkeit.
- Falsch: Je breiter der Spalt, umso enger liegen Maxima und Minima beieinander. Für große Spaltbreiten sind schließlich keine Beugungseffekte mehr beobachtbar.
- Da das entstehende Muster (annähernd) waagerecht verläuft, muss auch der Spalt (annähernd) waagerecht orientiert sein.
- Falsch: Die Auffächerung der Strahls geschieht senkrecht zur Spaltrichtung. Der Spalt verläuft also (annähernd) senkrecht.
- Minima entstehen an Positionen, an denen sich alle ankommenden Teilwellen gegenseitig auslöschen (destruktive Interferenz).
- Richtig: Auf diese Weise wird die Intensität Null.
- Damit sich zwei Teilwellen gegenseitig vollständig auslöschen, muss ihr Gangunterschied ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge betragen.
- Richtig: Wenn Maximum auf Minimum trifft, kommt es zur gegenseitigen Ausläschung.
- Die Breite der Minima und Maxima wird auch durch den Abstand zwischen Spalt und Schirm bestimmt.
- Richtig: Spaltbreite und Wellenlänge des Lichts bestimmen die Beugungswinkel. Der Abstand zum Schirm bestimmt dann die sichtbaren Abstände.
- Wird der Spalt im Uhrzeigersinn gedreht, so dreht sich das entstehende Beugungsmuster gegen den Uhrzeigersinn.
- Falsch: Das Beugungsmuster verläuft stets senkrecht zur Spaltrichtung und dreht sich deshalb in die gleiche Richtung mit.