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Versuch 3: Strahlengänge im Prisma und Methoden der Brechzahlbestimmung: detaillierte Informationen

Versuche

V3.1 Brechung und Totalreflexion im Prisma.

Der Eintrittswinkel wird stufenweise im Intervall von 0° bis 90° erhöht. In dem zum Versuch gehörigen Messblatt werden Eintritts- und Austrittswinkel notiert. Während für kleine Winkel noch Totalreflexion an der austretenden Grenzfläche auftritt, findet für größere Winkel Ablenkung statt. Aus dem Eintritts- und Austrittswinkel wird die Ablenkung berechnet. Es wird festgestellt, dass die Ablenkung ein Minimum hat.

Lernziel

Im Prisma findet Brechung und Totalreflexion in Abhängigkeit vom Eintrittswinkel statt. Es gibt einen Winkel der geringsten Ablenkung im Prisma. Weiterhin kann aus dem Strahlengang im Prisma auf die Strahlengänge von optischen Linsen geschlossen werden.

V3.1: Ablenkung im Prisma.

V3.2 Bestimmung der wellenlängen- und materialabhängigen Brechzahl im Prisma

Versuch

Bestimmung der Winkel der geringsten Ablenkung für das grüne und rote monochromatische Licht an den Prismen Kron- und Flintglas.

V3.2 Ablenkung im Prisma von roten und grünen Licht.

Lernziel

  • Bestimmung der Brechzahl
  • Brechzahlen sind wellenlängen- und materialabhängig

V3.3. Die Brechzahlbestimmung durch Totalreflexion

Versuch

Es wird an der gewölbten Fläche des Halbzylinders senkrecht eingestrahlt. Somit ist an der gekrümmten Fläche der Einfallswinkel in der Luft gleich dem Austrittswinkel im Medium und für den Eintrittswinkel im Medium tritt an der ebenen Fläche für größere Winkel Totalreflexion auf.

V3.3 Totalreflexion im Halbzylinder.

Lernziel

Der Halbzylinder ist ein guter Trick, mit dem in optisch dichteren Medien der Übergang zwischen Strahlenaufspaltung und Totalreflexion stufenlos im Experiment dargestellt wird.

Bestimmung der Brechzahl aus dem Grenzwinkel der Totalreflexion.

V3.4 Reflexion für zwei Polarisationszustände – Brewsterwinkel

Versuch: Äußerer Brewsterwinkel

Im ersten Versuchsteil wird die Reflexion von senkrecht (s) – und parallel (p) – polarisiertem Licht im Winkelbereich von 0° bis 90° untersucht. Dabei wird die Reflexion an einer ebenen Fläche des Halbzylinders beobachtet. Für einen speziellen Winkel findet für einen Polarisationszustand keine Reflexion statt. Das ist der äußere Brewsterwinkel.

V3.4a: s-polarisiertes Licht, Reflexion.
V3.4a: p-polarisiertes Licht, keine Reflexion.

Lernziele

Brewsterwinkel, Während für s-Polarisation Reflexion stattfindet, findet für p- Polarisation am äußeren Brewsterwinkel keine Reflexion statt. Hier wird ein Zugang zu den Fresnelschen Formeln geschaffen.

Versuch: Innerer Brewsterwinkel

Es wird wieder an der gewölbten Fläche des Halbzylinders mit s- bzw. p- polarisiertem Licht senkrecht eingestrahlt. Somit kann der innere Brewsterwinkel und daraus die Brechzahl bestimmt werden.

V3.4b: s-polarisiertes Licht, Reflexion.
V3.4b: p-polarisiertes Licht, keine Reflexion.

Lernziele

Zu dem äußeren Brewsterwinkel gibt es noch als Äquivalent den inneren Brewsterwinkel. Beide Winkel sind über das Brechungsgesetz von Snellius miteinander verknüpft.

In dem Ergänzungsversuch „Brewsterwinkel an der planparallelen Platte“ können beide Brewsterwinkel beobachtet werden.

Ergänzungsversuch: Äußerer und innerer Brewsterwinkel an der planparallelen Platte

Es wird mit s- und p- polarisiertem grünen Laserlicht der äußere Brewsterwinkel gesucht. Dabei wird erkannt, dass der äußere und der innere Brewsterwinkel durch das Brechungs­gesetz von Snellius miteinander verknüpft sind.

V3.4c: s-polarisiertes Licht, Reflexion
V3.4c: p-polarisiertes Licht, keine Reflexion

Versuchs- und Protokollvorlagen

V2.1 Strahlengänge in der planparallelen Platte