Versuch 3 – Totalreflexion: Theorie und Anwendungen

Jetzt kontaktieren

Versuch 3: Strahlengänge im Prisma und Methoden der Brechzahlbestimmung

Versuche

V3.1a Strahlengang im Prisma

Versuch

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.

Versuchs- und Protokollvorlagen

  • V3.1 Strahlengang im Prisma
  • M3.1 Messblatt für Messwerte

V3.1b Brechzahlbestimmung im Prisma

Versuch

Bestimmung der Winkel der geringsten Ablenkung für das grüne und rote monochromatische Licht.

Lehrziel

Bestimmung der Brechzahl, Brechzahlen sind Wellenlängen- und materialabhängig.

Versuchs- und Protokollvorlagen

V3.1b Brechzahlbestimmung im Prisma

V3.2 Brechzahlbestimmung durch Totalreflexion im Halbzylinder

Versuch

Licht wird senkrecht in die gewölbte Fläche eines Halbzylinders gestrahlt. Die Position des Lasers kann stufenlos geregelt werden, bis an der geraden Fläche Totalreflexion auftritt. Aus dem gemessenen Grenzwinkel kann die Brechzahl bestimmt werden.

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.

Versuchs- und Protokollvorlage

V3.2 Brechzahlbestimmung im Halbzylinder

V3.3 Reflexion für zwei Polarisationszustände – Brewster-Winkel

Versuch: äußerer Brewster-Winkel

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 Brewster-Winkel.

Lernziele

Brewster-Winkel, während für s-Polarisation Reflexion stattfindet, findet für p-Polarisation am äußeren Brewster-Winkel 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 Brewster-Winkel und daraus die Brechzahl bestimmt werden.

Lernziele

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

Versuchs- und Protokollvorlagen

V3.3 Brechzahlbestimmung im Halbzylinder

Ergänzungsversuch: Äußerer und innerer Brewster-Winkel an der planparallelen Platte

In dem Ergänzungsversuch „Brewster-Winkel an der planparallelen Platte“ können beide Brewster-Winkel beobachtet werden.

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

© 2024 Dr. Peter Schaller