Lösung 6 PDF

Preview

Summary

Physik 2 Tutorium Lösung...

Description

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

Aufgabe 1: a) Unter welchen Bedingungen tritt Totalreflexion des Lichtes auf? b) Berechnen Sie den Grenzwinkel der Totalreflexion an der Grenzfläche schweres Flintglas Luft! c) Auf zwei Prismen aus schwerem Flintglas fällt Licht. Entscheiden Sie für jedes der beiden Prismen, ob das Licht an der Grenzfläche Glas - Luft gebrochen oder total reflektiert wird! Begründen Sie Ihre Entscheidung! Zeichnen Sie den Strahlenverlauf durch jedes der beiden Prismen!

Lösung: Der Einfallswinkel, unter dem der Brechungswinkel gerade 90° wird, bezeichnet man als den Grenzwinkel. Der lässt sich mit dem Brechungsgesetz berechnen. Die Brechzahl muss dabei als 1/n eingesetzt werden, weil die in den Tafelwerken stehenden Brechzahlen immer für den Übergang Luft - Stoff gelten:

Ist der Einfallswinkel größer als 34,85°, tritt Totalreflexion auf. Der Lichtstrahl geht durch die Grenzfläche Luft - Glas ohne Brechung hindurch, der Einfallswinkel ist 0°. Auf die Grenzfläche Glas - Luft trifft er beim ersten Prisma mit 30° und beim zweiten Prisma mit 45°.

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

(Der Einfallswinkel ist immer der Winkel zwischen dem Strahl und dem Einfallslot. Das Lot steht senkrecht auf der Grenzfläche) Da der Einfallswinkel im ersten Fall kleiner als 34,85° ist, wird ganz normal gebrochen. Der Brechungswinkel berechnet sich:

Beim zweiten Prisma ist der Einfallswinkel 45°, also größer als der Grenzwinkel. Damit wird der Strahl an der Grenzfläche Glas - Luft reflektiert und trifft im rechten Winkel auf die untere Grenzfläche, durch die er ohne weitere Ablenkung hindurchgeht.

Aufgabe 2: Anglerlatein: Ein Angler steht an einem See und sieht einen scheinbar zwei Meter langen Fisch. Die Situation ist im Bild dargestellt. Wie groß ist der Fisch wirklich?  

Hinweis: Der Brechungsindex des Wassers ist ca.     und der der Luft ist ca. 1. Näherung / Konstruktionshilfe: Da nur recht wenig Strahlen zur Konstruktion gegeben sind (nämlich zwei Stück), sollen die Schwimmtiefe des realen Fisches und des virtuell wahrgenommenen Fisches als identisch angenommen werden. (Wir verzichten also auf die Konstruktion von Strahlengängen, bei denen sich die Strahlen im Bildpunkt schneiden müssen, so wie wir das bei der Konstruktion von Strahlengängen an Linsen kennen.)

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

Lösung:

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

6. Übungsblatt

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

Aufgabe 3: Aus einem Glas mit einer (angenommenen) Dispersionskurve wie im Bild 1 werde ein Prisma gefertigt und zur Spektroskopie benutzt wie in Bild 2 zu sehen. Ein polychromatischer Lichtstrahl mit dem Wellenlängenbereich von 400nm bis 800nm soll „in seine Farben zerlegt“ werden. a) Welcher Strahl wird stärker gebrochen derjenige zu λ=400nm oder der zu λ=800nm? b) Berechnen Sie die Winkel α 1 und α 2 unter denen die beiden Strahlen Nr. 1 und Nr. 2 das Prisma verlassen. Hinweis: Das umgebende Medium sei Luft, deren Brechzahl Sie in guter Näherung mit n=1 ansetzten können.

Bild 1

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

Bild 2 Lösung:

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

6. Übungsblatt

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

Aufgabe 4: Bei genauer Betrachtung erkennt man, dass beschichtete Brillengläser manchmal farbig schillern. Das Bild zeigt einen stark vergrößerten kleinen Ausschnitt aus einem solchen Brillenglas, bei dem die Lichtreflexe in grüner Farbe (λ=530nm) auftreten. Wie dick ist die Beschichtung? Gehen Sie bei Ihren Überlegungen von senkrechtem Ein- und Ausfall des Lichtes aus. Der Brechungsindex von Glas ist 1,7 und von der Beschichtung 1,4.

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

6. Übungsblatt

Lösung:

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

61,05° 34,85° 400nm 63,15°

Physik II Tutorium

Lösungen:

189nm 40,12° 1,38m

6. Übungsblatt

61,05° 34,85° 400nm 63,15°...