Wellenmodell des Lichts

in nur 12 Minuten? Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
-
5 Minuten verstehen
Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.
92%der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen. -
5 Minuten üben
Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.
93%der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert. -
2 Minuten Fragen stellen
Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.
94%der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.

Strahlenmodell und Wellenmodell der Optik

Wellenmodell des Lichts

Reflexion und Brechung einer Welle an der Grenzfläche zweier Medien

Beugung und Interferenz

Interferenz elektromagnetischer Wellen

Beugung und Interferenz von Licht am Doppelspalt

Interferenz elektromagnetischer Wellen am Beugungsgitter (Übungsvideo)

Interferenz an dünnen Schichten

Michelson-Interferometer
Wellenmodell des Lichts Übung
-
Definiere die Begriffe Beugung und Interferenz.
TippsZwei Menschen, die auf auf unterschiedlichen Seiten eines Baumstammes stehen, können dennoch miteinander sprechen. Dies liegt an dem Phänomen der Beugung.
LösungBeugung beschreibt die Ablenkung einer Welle an einem Hindernis. Durch Beugung ist die Welle in der Lage, sich in dem Bereich auszubreiten, der im Schatten des Hindernisses liegt. Im Alltag kennen wir dieses Phänomen aus der Akustik. Zwei Menschen, die auf auf unterschiedlichen Seiten eines Baumstammes stehen, können dennoch miteinander sprechen. Beugung funktioniert jedoch nur, wenn die Wellenlängen in der Größenordnung des Hindernisses liegen. Bei der Beugung enstehen, gemäß dem Huygens'schen Prinzip, entlang einer Wellenfront neue Elementarwellen.
Interferenz beschreibt die Überlagerung von Wellen und die dadurch enstehende Änderung der Amplitude. Nach dem Superpositionsprinzip addieren sich die Amplituden, was zu konstruktiver oder destruktiver Interferenz führen kann.
-
Vervollständige die Aussagen über die Eigenschaften des Lichtes.
TippsWeißes Licht kann durch ein Prisma in die Spektralfarben zerlegt werden.
LösungLicht besteht aus elektromagnetischen Wellen. Wie alle anderen Wellen besitzen auch Lichtwellen eine Wellenlänge und eine Frequenz. Weißes Licht besteht aus mehreren Wellenlängen. Ein Prisma ist in der Lage, das weiße Licht in seine verschiedenen Farben aufzuteilen. Sobald Licht nur eine einzige Wellenlänge aufweist, nennt man es monochromatisch. Dieses Wort stammt aus dem griechischen. „Mono-Chromos" bedeutet nichts anderes als „Eine Farbe." Wenn Lichtwellen kohärent sind, dann haben sie untereinander eine feste Phasenbeziehung. Sie verlaufen im Gleichtakt. Kohärenz ist eine wichtige Voraussetzung für die Interferenz von Licht.
-
Bestimme, welcher Gangunterschied konstruktive und welcher destruktive Interferenz hervorruft.
TippsBei konstruktiver Interferenz treffen die Wellenberge zweier oder mehrerer Weller genau aufeinander und addieren sich. Wie muss der Gangunterschied der Wellen sein? Mache dir eine Zeichnung.
Bei destruktiver Interferenz treffen die Wellenberge einer Welle auf die Wellentäler einer anderen Welle. Dadurch löschen sich die Wellen gegenseitig aus. Wie muss der Gangunterschied der Wellen sein? Mache dir eine Zeichnung.
Die Bedingung für konstruktive Interferenz ist $\Delta s = k \cdot \lambda$ mit $k = \pm 1, \pm 2 ,...$.
Die Bedingung für destruktive Interferenz lautet $\Delta s = (\frac{1}{2} + k) \, \lambda $ mit $k = \pm 1, \pm 2 ,...$.
LösungÜberlagern sich zwei Wellen, dann addieren sich die Amplituden nach dem Superpositionsprinzip. Wenn der Gangunterschied der beiden Wellen null beträgt, dann addieren sich stets die Wellenberge miteinander. Die Amplitude der dadurch enstehenden Welle wird größer.
Wenn eine der Wellen um eine Wellenlänge verschoben wird, dann befinden sich ebenso Wellenberg auf Wellenberg. Wir können also festhalten: Konstruktive Interferenz ensteht bei einem Gangunterschied von null oder einem ganzzahligen Vielfaches der Wellenlänge: $\Delta s = k \cdot \lambda$ mit $k = \pm 1, \pm 2 ,...$.
Die Gangunterschiede $\Delta s = 0$, $\Delta s = \frac{4}{4} \, \lambda$ und $\Delta s = -3 \, \lambda$ führen also zu einer konstruktiven Interferenz.
Destruktive Interferenz ensteht dann, wenn der Wellenberg der einen Welle genau auf das Wellental der anderen Welle trifft. Auch hier addieren sich die Amplituden der beiden Wellen, was zu einer Auslöschung der Welle führt. Damit ein Wellenberg auf ein Wellental trifft, muss eine der Wellen um eine halbe Wellenlänge verschoben werden. Der Gangunterschied muss also $\Delta s = (\frac{1}{2} + k) \, \lambda $ sein. Auch hier mit $k= \pm 1, \pm 2 ,...$.
Die Gangunterschiede $\Delta s = \frac{1}{2} \, \lambda$, $\Delta s = \frac{3}{2} \, \lambda$ und $\Delta s = - \frac{7}{2} \, \lambda$ führen also zu einer destruktiven Interferenz.
-
Berechne die Spaltbreite.
TippsBetrachte die Formel für den Einzelspalt.
Die Formel für den Einzelspalt lautet:
Beachte, dass die Größe $s_n$ in der Formel den Abstand zwischen Hauptmaximum und 1. Minima angibt. Wie erhalten wir den Wert für $s_n$ aus der Aufgabenstellung?
LösungGesucht ist die Spaltbreite $d$ des Einzelspaltes. Gegeben sind die folgenden Größen:
$\lambda = 500 \text{nm}$
$e_n = 3 \text{m}$
Abstand der beiden 1. Minima: $10 \text{mm}$
Da das Interferenzmuster symmetrisch ist, lässt sich der Abstand zwischen dem Hauptmaximum und dem 1. Minimum finden. Er ist halb so groß wie der Abstand zwischen den beiden 1. Minima. Es gilt also: $s_n = 5 \text{mm}$.
Für den Einzelspalt kennen wir die folgende Formel:
$\frac{n \cdot \lambda}{d} = \frac{s_n}{e_n}$.
Nach d umgestellt lautet die Formel:
$d =\frac{n \cdot \lambda \cdot e_n}{s_n} =d =\frac{1 \cdot 500 \text{nm} \cdot 3 \text{m}}{5 \text{mm}}=0,0003 \text{m}=0,3 \text{mm}$.
Stellen wir diese Formel nach $d$ um und setzen ein, erhalten wir das Ergebnis. Die Spaltbreite $d$ beträgt $0,3 \text{mm}$.
-
Gib an, welche Aussagen über den Gangunterschied korrekt sind.
TippsWie muss der Gangunterschied zwischen zwei Wellen sein, damit konstruktive Interferenz entsteht?
LösungDie Wegdifferenz zwischen zwei oder mehreren kohärenten Wellen nennt man Gangunterschied.
Der Gangunterschied, abgekürzt $\Delta s$, ist entscheidend für das Auftreten von Interferenzerscheinungen. So ensteht konstruktive Interferenz bei einem Gangunterschied von $\Delta s = k \cdot \lambda$ mit $k = 0,\pm 1, \pm 2,...$. In diesen Fällen addiert sich jeweils ein Wellenberg der einen Welle mit dem Wellenberg der anderen Welle. Dabei verstärken sich die beiden Wellen und es entsteht eine Welle mit einer größeren Amplitude.
-
Berechne die Wellenlängen der Quecksilberlinien.
TippsVerwende die Gleichung für die Maxima am Doppelspalt.
Die Gleichung lautet:
Die Formel wird nach der Wellenlänge umgestellt und die Werte werden eingesetzt
LösungAus der Aufgabenstellung erhalten wir folgende Angaben:
$b = 1,5 \text{mm}$
$e_n = 3\text{m}$
$n = 6$
$s_{n-grün} = 6,54 \text{mm}$
$s_{n-blau} = 5,23 \text{mm}$
Wie verwenden die Gleichung für die Maxima am Doppelspalt:
$\frac{n \cdot \lambda}{b} = \frac{s_n}{e_n}$
Die Formel wird nach der Wellenlänge umgestellt und die Werte werden eingesetzt. $\begin{align} \lambda = \frac{s_n}{e_n} \frac{b}{n} \\ \lambda_{grün} &= \frac{6,54 \cdot 10^{-3} \text{m}}{3 \text{m}} \frac{1,5 \cdot 10^{-3} \text{m}}{6} \\ &= 545 \cdot 10^{-9} \text{m} \\ &= 545 \text{nm} \\ \newline \lambda_{blau} &= \frac{5,23 \cdot 10^{-3} \text{m}}{3 \text{m}} \frac{1,5 \cdot 10^{-3} \text{m}}{6} \\ &= 436 \cdot 10^{-9} \text{m} \\ &= 436 \text{nm} \end{align}$
9.369
sofaheld-Level
6.600
vorgefertigte
Vokabeln
8.224
Lernvideos
38.691
Übungen
33.496
Arbeitsblätter
24h
Hilfe von Lehrkräften

Inhalte für alle Fächer und Klassenstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.
Testphase jederzeit online beenden
Beliebteste Themen in Physik
- Temperatur
- Schallgeschwindigkeit
- Dichte
- Drehmoment
- Transistor
- Lichtgeschwindigkeit
- Elektrische Schaltungen – Übungen
- Galileo Galilei
- Rollen- Und Flaschenzüge Physik
- Radioaktivität
- Aufgaben zur Durchschnittsgeschwindigkeit
- Lorentzkraft
- Beschleunigung
- Gravitation
- Ebbe und Flut
- Hookesches Gesetz Und Federkraft
- Elektrische Stromstärke
- Elektrischer Strom Wirkung
- Reihenschaltung
- Ohmsches Gesetz
- Freier Fall
- Kernkraftwerk
- Was sind Atome
- Aggregatzustände
- Infrarot, Uv-Strahlung, Infrarot Uv Unterschied
- Isotope, Nuklide, Kernkräfte
- Transformator
- Lichtjahr
- Si-Einheiten
- Fata Morgana
- Gammastrahlung, Alphastrahlung, Betastrahlung
- Kohärenz Physik
- Mechanische Arbeit
- Schall
- Schall
- Elektrische Leistung
- Dichte Luft
- Ottomotor Aufbau
- Kernfusion
- Trägheitsmoment
- Heliozentrisches Weltbild
- Energieerhaltungssatz Fadenpendel
- Linsen Physik
- Ortsfaktor
- Interferenz
- Diode und Photodiode
- Wärmeströmung (Konvektion)
- Schwarzes Loch
- Frequenz Wellenlänge
- Elektrische Energie