SuW-P07 Wellenlängenmessung von Licht


Experiment 01: Objektive Methode zur Wellenlängenmessung

E01.01: Bauen Sie das Experiment wie folgt auf:

  • Platzieren Sie die rote LED auf die optische Bank
  • Setzen Sie hinter die LED einen Kohärenzspalt
  • Setzen Sie hinter den Kohärenzspalt eine 100 mm Sammellinse
  • Setzen Sie hinter die Sammellinse das Gitter
  • Setzen hinter das Gitter den Schirm

Variieren Sie die Abstände der Bauteile auf der optischen Bank, so dass auf dem Schirm ein scharfes Interferenzbild entsteht.

Messen Sie bei scharfem Interferenzbild den Abstand zwischen 0. und 1. Maximum in beide Richtungen und bilden Sie den Mittelwert. Messen Sie den Abstand zwischen Gitter und Schirm.

Berechnen Sie aus den Messdaten die Wellenlänge der roten LED.

Wiederholen Sie die Messung für die grüne und blaue LED.

Führen Sie eine Fehlerananlyse für das Experiment durch.


Theorie:

Das Licht der LED wird durch den Kohärenzspalt geschickt. Der schmale Spalt erzeugt ein Lichtfeld, bei dem die Phasendifferenz so gering streut, dass Interferenz beobachtet werden kann.

Das Licht wird mit Hilfe der Sammellinse auf das Gitter fokusiert, um die Intensität des Interferenzbilds zu verstärken. Das Gitter sendet Elementarwellen aus, die auf dem Schirm interferieren.

Nach der Herleitung für den Doppelspalt gelten für Maxima:

\[ \Delta s = n \cdot \lambda = g \cdot \sin \left( \arctan\frac{a_n}{e} \right)\]

mit \(g\) = Abstand zwischen den Spaltöffnungen \(\frac{1}{500} \, \text{mm}\), \(a_n\) = Abstand zwischen 0. und 1. Maximum, \(e\) = Abstand zwischen Doppelspalt und Schirm.


Experiment 02: Subjektive Methode zur Wellenlängenmessung

E02.01: Bauen Sie das Experiment wie folgt auf:

  • Platzieren Sie die rote LED auf die optische Bank.
  • Nehmen Sie das Gitter in die Hand

Schauen Sie durch das Gitter auf die LED. Sie sehen links und rechts von der LED ein 1. Maximum. Das Maximum existiert auf Ihrer Netzhaut, so dass nur Sie das Maximum sehen können. Andere Gruppenmitglieder können das Maximum nicht sehen, daher die Bezeichnung subjektive Methode.

Messen Sie den Abstand zwischen 0. und 1. Maximum in beide Richtungen und bilden Sie den Mittelwert. Messen Sie den Abstand zwischen dem Gitter und dem Ort der beobachteten Maxima (dort, wo Sie das Lineal zur Messung platziert haben).

Berechnen Sie aus den Messdaten die Wellenlänge der roten LED.

Wiederholen Sie die Messung für die grüne und blaue LED.

Begründen Sie, warum man mit der subjektiven Methode erfolgreich die Wellenlänge bestimmen kann (z.B. Strahlensatz).


Erstellen Sie mit einem Textverarbeitungsprogramm Ihrer Wahl das Praktikumsprotokoll. Benennen Sie die Datei in der Form: kursnummer-suw-p07-nachname1-nachname2-...-protokoll.odt/docx/.... Lassen Sie das Dokument in der vereinbarten Weise ihrer Lehrkraft zukommen. Falls Sie das Protokoll per Hand schreiben wollen, fügen Sie das eingescannte/fotografierte Protokoll in die Datei ein (5 CP).