Ein Laser der Wellenlänge 694 nm von A in Richtung M aus (Strecke DM=0,700m; MN=0,300m)
(Laser A geht durch D zu M; orthogonal zum Punkt M führt eine Strecke ausgehend vom Punkt N)
a) Das Laserlicht trifft in D orthogonal auf einen Spalt der Breite b = 5,00*10-6m. Auf dem Schirm ist zwischen M und N ein Beugungsbild mit hellen und dunklen Bereichen zu beobachten.
-Erklären Sie das Zustandekommen des Intensitätsminimums erster Ordnung mithilfe einer sinnvoll beschrifteten Skizze.
-Leiten Sie eine Formel zur Berechung der Beugungswinkel ak her, unter denen man Intensitätsminima beobachten kann.
-Berechnen Sie für das zweite Minimum den zugehörigen Beugungswinkel alpha2.
b) Der Einzelspalt wird durch einen Doppelspalt mit dem Abstand der Spaltmitten g = 6,30*10-6m ersetzt.
-Welche Abstände von M haben die Intensitätsmaxima, die auf dem Schirm auftreffen?
-Welche Breite hätte der Einzelspalt haben müssen, damit bei ihm das Minimum erster Ordnung unter dem gleichen Winkel auftritt wie das Maximum dritter Ordnung beim Doppelspalt?
c) Nun wird der Laser durch eine andere Lichtquelle ersetzt.Der Aufbau soll jetzt zur Spektralanalyse von sichtbarem Licht (450 nm l 800 nm) verwendet werden. Bei D können dazu wahlweise die Gitter G1 bis G3 eingefügt werden:G1 : 100 Spalte pro mm; G2 : 200 Spalte pro mm; G3 : 300 Spalte pro mm.
-Welche dieser drei Gitter G1 bis G3 kann man verwenden, wenn das Spektrum zweiter Ordnung noch vollständig auf dem Schirm zwischen M und N erscheinen soll?· Für welchen Wert von k überlagern sich beim Gitter G2 erstmalig die Spektren der Ordnung k und k+1?
-Zeigen Sie, dass diese Überlegung unabhängig vom Wert der Gitterkonstante g ist.
d) Bei der Spektralanalyse mithilfe eines Gitters wie im Teil c) wird nun statt des Schirms eine längs MN verschiebbbare Fotozelle verwendet. Trifft rotes Licht (lr = 730 nm) auf die Fotozelle, dann lässt sich zwischen ihren Anschlüssen keine Spannung nachweisen.Wird die Fotozelle mit gelbem Licht (lg = 580 mn) beleuchtet, dann ist die Spannung Ug = 40 mV messbar.
-Erklären Sie, wie die Spannung Ug entsteht und weshalb die Beleuchtung mit rotem Licht keine Spannung zwischen den Anschlüssen der Fotozelle nachweisbar ist.
-Hängt Ug von der Intensität des Lichts ab? Begründen Sie Ihre Antwort.
-Lässt man blaues monochromatisches Licht auf die Photozelle fallen, dann entsetht die Fotospannung Ub = 0,60 V. Welche Wellenlänge besitzt dieses Licht?
Planck'sches Wirkungsquantum : h = 6,63*10-34 Js = 4,1*10-15 eVs
Vakuumlichtgeschwindigkeit: c = 3,0*108 ms-1
Elementarladung : e = 1,60*10-19 C