Klausur

1a)
Durch die beiden Spalten dringen zwei Wellen, die miteinander interferieren. Zu jeder Stelle auf der Wand gehört ein bestimmter Gangunterschied beider Wellen. An hellen Stellen interferieren sie konstruktiv, an dunklen destruktiv, dazwischen teilweise konstruktiv.
Weil die Spalten eine bestimmte Breite haben, d.h. nicht unendlich dünn sind, nimmt die Intensität jeder einzelnen Welle nach außen hin ab und damit auch das Interferenzmuster. Es gibt eine Einhüllende Helligkeitskurve, die nach außen hin abnimmt.

b)
Kleine Winkel, wir rechnen also mit x/L = n*lambda/d.
Die Positionen der Maxima sind regelmäßig, die Abstände jeweils gleich.
Möglichst genau messen: Viele Maxima gemeinsam messen und dann teilen.
Vom Maximum n=-10 (links) bis n=+10 (rechts) sind es 9,4 cm.
Das heißt das Maximum n=10 ist 4,7cm rechts vom Hauptmaximum n=0.
Damit
d = 10*lambda*2,0m/0,047m
ergibt für lambda=633nm d=0,269mm, und für lambda=480nm d=0,204mm.

c)
rot statt blau: Die hellen Flecke rücken weiter auseinander. Das Muster wird vergrößert.
blau statt rot: Die hellen Flecke rücken näher zusammen. Das Muster wird verkleinert.

d)
Spalten näher zusammen: Die Maxima rücken weiter auseinander.
Spalten auseinander: Die Maxima rücken näher zusammen.
Die Einhüllende bleibt gleich. Sie hängt nur von der Einzelspaltbreite ab.

e)
Die Maxima werden heller und schmäler bzw. schärfer. Es erschinen schwache Zwischenmaxima. Bei k Spalten sind das k-2 Stück.


2a)
Zwischen Sende und Wand überlagern sich einlaufende und reflektierte Welle zu einer stehenden Welle. Die Bäuche sind durch Knoten getrennt, im Abstand lambda/2. Miss mit dem Empfänger die Lage der Minima, ihren Abstand. Berechne daraus lambda. Die Frequenz erhält man als f=c/lambda mit der Lichtgeschwindigkeit c=3,0*10^8 m/s.

b)
Man sieht ein breites Maximum in der Mitte und nach außen hin schwächer werdenen Nebenmaxima, die durch Minima getrennt sind. Die Nebenmaxima sind halb so breit wie das Mittlere.

c)
Winkel mit Minima bei sin(alpha_n) = n*lambda/b
Für b=5cm und lambda=15cm:   0°;  19,5°;  41,8°; 90°
Für b=4cm und lambda=10cm:   0°;  23,6°;  53,2°


3
Um ihn herum ist polarisiertes Licht auf zwei Arten.
Brewster-Winkel
Das vom See reflektierte Licht ist parallel zur Oberfläche polarisiert, also horizontal. Besonders stark beim Brewster-Winkel von tan(alpha)=1,4 (c_Luft/c_Wasser)
Rayleigh-Streuung
Das blaue Licht des Himmels ist polarisiert, und zwar in jedem Punkt quer zur Richtung, die von dort zur Sonne geht. Am stärksten an Punkten die im Winkelabstand 90° zur Sonne liegen.
Das weiß Herr R.
Er blickt auf geeigneten Punkte (Seeoberfläche oder Himmel) und dreht den Filter. Ist er besonders dunkel, steht er orthogonal zur Polarisationsrichtung des Lichts, wenn besonders hell, dann parallel. Das markiert sich Herr R.

4a)
Energie der Photonen
W=h f = h c/lambda
633nm (rot) -> W = 3,14*10^-19J = 1,96eV
534nm (gelbgrün) -> W = 3,72*10^-19J = 2,33eV
Das ist größer als die Austrittsenergie von Ba auf W und Cs (rot) sowie außerdem von K (grün).
Nur dort werden Elektronen ausgelöst, tritt ein Fotoeffekt auf.

b)
Es können immer nur einzelne Photonen Energie an ein Elektron abgeben, nicht mehrere zusammen. Auch wenn sehr sehr viele Photonen auftreffen, ist die Energie der einzelnen nicht groß genug, wenn die Wellenlänge zu lang bzw. Frequenz zu klein ist.

c)
Wellenlänge muss kleiner sein als eine bestimmte Grenze
Die ergibt sich aus  lambda=h c/W
Das ist bei Aluminium 2,96*10^-7m= 296nm und bei Kadmium 308nm.
In beiden Fällen ist das UV-Licht.