, 9a
Protokoll zum Physik-Praktikum am 17.06.08
Experimentierende:
, Fabian
Vogel
Erstes Thema:
Reflexion am ebenen Spiegel
Ziel:
Wie wird ein Lichtstrahl um-/abgelenkt, wenn er auf
einen ebenen Spiegel trifft?
Sind Einfalls- und Ausfallswinkel des Lichtbündels
identisch?
Materialliste:
1 Profilschiene, 4
Klemmschieber, Paar Schienenfüße, 2 Experimentierkabel, Optikleuchte, Kondensor
mit Blenden-/Diahalter, Einspalt/Dreispaltblende, Spiegel (plan), Tisch für
Strahlengänge, Stromversorgung (12 V)
Versuchsaufbau:
Durchführung:
Zuerst wird die Profilschiene mit
den Schienenfüßen verbunden und anschließend die Klemmschieber, wie auf dem
Versuchsaufbau aufgezeigt, zusammen mit der Optikleuchte auf der Schiene
angebracht. Der Kondensor mit aufgestecktem Blenden- und Diahalter, wie auch
der Tisch für Strahlengänge, werden an ihrer bestimmten Position angebracht.
Hierbei sind auf die genauen Abstände zu achten, die man aus der Darstelllung
entnehmen kann. Danach wird die Schlitzblende mit der Seite auf der nur ein
Schlitz zu sehen ist von oben in den Blenden- und Diahalters des Kondensors
eingeführt.
Nun wird die Optikleuchte mit der
Stromversorgung (12 V) verbunden und auf dem Optiktisch der Verlauf des
Lichtbündels beobachtet. Das Lichtbündel sollte genau entlang der Tischmitte
verlaufen, deshalb müssen gegebenenfalls die Abstände der einzelnen Komponenten
geringfügig korrigiert oder die Optikleuchte gedreht werden.
Anschließend wird der Planspiegel
auf seine vorgegebene Position gestellt und entlang des Skalenbereichs des
Tisches ausgerichtet, sodass er senkrecht zum einfallenden Lichtbündel steht.
Dann werden die Auswirkungen auf Tisch beobachtet. Danach wird der Spiegel nach
beiden Seiten gedreht, dass das Lichtbündel in einem Winkel von 15°, 30° und
45° zum Lot auf dem Spiegel auftrefft. Zum Schluss beobachtet man den Verlauf
der reflektierten Lichtbündel, und ermittelt zu jedem einfallenden Lichtbündel
den Winkel des reflektierten Lichtbündels.
Beobachtung:
Solange nur die Optikleuchte
eingeschaltet ist verläuft das Lichtbündel geradlinig entlang des
Skalenbereiches. Setzt man nun den Planspiegel auf seine Position, sodass er
senkrecht zu den einfallenden Lichtbündeln steht, so erkennt man kein
reflektiertes Lichtbündel. Erst wenn der Spiegel gedreht wird und auf die
verschiedene Winkel eingestellt ist, kommen die reflektierten Lichtbündel zum
Vorschein. Hierbei sind die Winkel des einfallenden Lichtbündels genauso groß,
wie die entsprechenden Winkel der reflektierten Lichtbündeln.
Auswertung:
Solange noch kein Spiegel auf dem
Tisch steht kann das Lichtbündel auch noch nicht reflektiert werden. Erst wenn
der Spiegel in der Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels liegt kann er das
Lichtbündel reflektieren. Da am Anfang das Lichtbündel senkrecht auf den
Spiegel auftrifft wird es in den gleiche Richtung reflektiert, deshalb kann man
es nicht erkennen. Dreht man nun den Spiegel so ist der Winkel vom Lot zum
einfallenden Lichtbündel so groß wie der entsprechende vom Lot zum
reflektierten Lichtbündel. Daraus bestätigt sich die Vermutung, dass der
Einfallswinkel so groß wie der Reflexionswinkel ist.
Einfallswinkel =
Reflexionswinkel (Ausfallswinkel)
Zusätzliche Fragen:
Welche Eigenschaften muss ein Material haben, wenn es
Lichtbündel reflektieren soll?
·
Die Oberfläche
sollte möglichst glatt und glänzend sein, ohne raue Stellen. Die Fläche darf
jedoch gewölbt sein.
Wie muss ein Lichtbündel auf den ebenen Spiegel fallen, wenn
es in die gleiche Richtung aus der es einfällt, reflektiert werden soll?
·
Sodass das
Lichtbündel in gleiche Richtung reflektiert, wird muss das Lichtbündel genau
entlang des Einfallslotes einfallen.
Wie wird ein Lichtbündel reflektiert, das nicht senkrecht auf
die Oberfläche des Spiegels fällt?
·
Der Winkel
zwischen einfallendem Lichtbündel und Lot ist genauso große wie der Winkel
zwischen reflektiertem Lichtbündel und Lot. Also wird das Lichtbündel im
gleichen Winkel reflektiert, wie das Lichtbündel auf den Spiegel auftrifft.
In welchem Winkel zum Lot auf die Spiegeloberfläche werden
Lichtbündel reflektiert, wenn sie in Winkeln von 15°, 30° und 45° zum Lot auf die
Spiegeloberfläche einfallen?
·
Ein Lichtbündel
das mit einem Winkel von 15° zum Lot einfällt, wird auch wieder mit 15° zum Lot
reflektiert. Fällt es mit 30° oder 45° zum Lot ein so wird das Lichtbündel
entsprechen mit 30° oder 45° zum Lot reflektiert.
In welchem Verhältnis stehen der Einfalls- und der
Ausfallswinkel eines Lichtbündels beim ebenen Spiegel zueinander?
·
Der
Einfallswinkel ist bei einem Lichtbündel das auf einen eben Spiegel fällt,
genauso groß wie der Ausfallswinkel (Reflexionswinkel).
Einfallswinkel = Ausfallswinkel
(Reflexionswinkel)
Zweites Thema:
Reflexion am Wölbspiegel
Ziel:
Wie
wird ein Lichtstrahl abgelenkt, wenn er auf einen gewölbten Spiegeltrifft?
Sind
Einfalls- und Ausfallswinkel des Lichtbündels wieder identisch?
Materialliste:
1 Profilschiene, 4
Klemmschieber, Paar Schienenfüße, 2 Experimentierkabel, Optikleuchte, Kondensor
mit Blenden-/Diahalter, Einspalt/Dreispaltblende, Wölb-/Hohlspiegel, Tisch für
Strahlengänge, Stromversorgung (12 V)
Versuchsaufbau:
Durchführung:
Zuerst werden die Schienenfüße an die
Profilschiene angesteckt. Dann werden die Klemmschieber, wie in dem
Versuchsaufbau dargestellt zusammen mit dem Kondensor mit aufgestecktem
Blenden- und Diahalter, der Optikleuchte und des Tisches für Strahlengänge, auf
der Profilschiene angebracht, wobei es wieder sehr wichtig ist, die genauen
Abstände einzuhalten. Anschließend schiebt man die Schlitzblende mit der Seite
auf der drei Schlitze zu sehen sind von oben in den Blenden- und Diahalters
des Kondensors.
Nun wird die Optikleuchte mit der
Stromversorgung (12 V) verbunden und den Verlauf der Lichtbündel auf dem Tisch
betrachtet. Damit die Lichtbündel parallel zueinander und entlang des
Skalenbereiches des Tisches verlaufen, muss die Leuchte gegebenenfalls ein
bisschen gedreht oder die Position des Kondensors korrigiert werden.
Anschließend wird der Wölbspiegel
zunächst mit nach innen gerichteter Wölbung als Hohlspiegel so in die Mitte
des Skalenbereiches des Tisches gestellt, dass das mittlere Lichtbündel so
reflektiert wird, wie es eingefallen ist. Dann werden die Auswirkungen auf die
anderen Lichtbündel auf dem Tisch beobachtet. Danach wird der Spiegel mit nach
außen gerichteter Wölbung als Wölbspiegel auf die gleiche Art in die Mitte
des Skalenbereiches des Tisches gestellt und mit der Hand ein Stück ach vorne
gekippt. Nun beobachtet man wieder die Auswirkungen auf die Lichtbündel auf
dem Tisch.
Beobachtung:
Solange nur die Optikleuchte
eingesteckt ist ohne dass sich ein Spiegel auf dem Tisch befindet verlaufen die
Lichtbündel geradlinig über den Tisch. Stellt man den Wölbspiegel nun zunächst
mit nach innen gewölbter Seite auf den Tisch, so verlaufen die einfallenden
Lichtbündel nach der Reflexion zusammen. Ausgenommen dem mittleren Lichtbündel
der wieder auf gleichem Wege zurückläuft. Die reflektierten Lichtbündel treffen
sich dann in einem bestimmten Punkt. Sie sind also konvergierende Lichtbündel.
Dreht man den Spiegel nun um, sodass die Wölbung nach außen zeigt, so laufen
die reflektierten Lichtbündel auseinander. Sie sind divergierende Lichtbündel.
Auswertung:
Die äußeren Lichtbündel
laufen, wenn der Wölbspiegel mi t der Wölbung nach innen dasteht, nach der
Reflexion zusammen, da sie sich laut dem Reflexionsgesetz reflektieren. Sie
sind konvergierende Lichtbündel. Das dazu nötige Lot wird auf einem Teilstück
der Wölbung angebracht, wie es auch auf der Skizze zu sehen ist. Die
reflektierten Lichtbündel treffen sich dann im Brennpunkt und die Lote treffen
sich im Mittelpunkt. Dreht man den Spiegel nun um, sodass die Wölbung nach
außen zeigt, so laufen die Lichtbündel nach dem gleichen Gesetz auseinander.
Man nennt sie dann divergierende Lichtbündel. Das Lot bildet sich wieder auf
die gleiche Weise.
Zusätzliche Fragen:
Wie muss ein Material beschaffen sein, wenn es
Lichtbündel reflektieren soll?
·
Die Oberfläche
sollte möglichst glatt und glänzend sein, ohne raue Stellen. Die Fläche darf
jedoch gewölbt sein.
Können
Lichtbündel auch von einem gekrümmten Spiegel reflektiert werden?
·
Lichtbündel
können auch auf einem gekrümmten Spiegel reflektiert werden, sie laufen dann
entweder auseinander oder zusammen.
Welche
Unterschiede zur Reflexion an ebenen Spiegeln treten auf?
·
Im Gegensatz zu
einer Reflexion von mehreren parallelen Lichtbündel auf einem ebenen Spiegel
laufen bei einem gewölbten Spiegel die Lichtbündel nach der Reflexion je nach
Wölbung entweder zusammen oder auseinander.
Wie
werden Lichtbündel reflektiert, die parallel zur optischen Achse (gedachte
geradlinige Verbindung durch die Mittelpunkte optischer Elemente in einem
Aufbau) auf einen Hohlspiegel treffen?
·
Die parallelen
Lichtbündel laufen nach dem Auftreffen auf den Hohlspiegel und nach der
Reflexion zusammen. Es sind dann konvergierende Lichtbündel.
Wie
werden Lichtbündel reflektiert, die parallel zur optischen Achse auf einen
Wölbspiegel treffen?
·
Die parallelen
Lichtbündel laufen nach der Reflexion auf dem Wölbspiegel auseinander. Es sind
dann divergierende Lichtbündel.