Experiment des Monats Mai

Didaktik der
Physik
III / 2014
Experiment des Monats
Thema
Messung der Wellenlänge von Infrarotlicht
Fachgebiet
Wellenoptik
Schulform
Gymnasium
Besondere Lehrplanpassung
Vorbereitungszeit
Eignung (Schwierigkeiten)
10.Klasse, mnt-Zweig
Je nach Geschicklichkeit ca. 30 Minuten
Erfordert auch beim Messen Geduld und genaues Arbeiten
Material:
Laserpointer, weiße Reflektorplatte, Infrarot-Fernbedienung, Gitter 250 Strich/cm und 400 Strich/cm,
CCD-Camera, Stativmaterial
Messprinzip:
Infrarotes Licht, sagt man, sorge für das Gefühl angenehmer Wärme, wenn wir uns ins Sonnenlicht
stellen. Wir spüren die Wärme, aber infrarote Strahlung können wir direkt nicht wahrnehmen. Auch
viele Fernbedienungen von Fernsehgeräten übermitteln die Steueranweisungen mittels „infrarot“;
auch hier sehen wir nichts. Gibt es infrarotes Licht?
Videokameras und Fotoapparate mit CCD-Aufnahmeeinheit können infrarotes Licht detektieren.
Zumindest sieht man auf dieser Kamera einen Lichtpunkt an der Stelle, an der sich auf einem Abbild
die Öffnung des Infrarotsenders befindet.
Zum Nachweis, dass es sich hierbei um elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge größer
als der des roten Lichts handelt, dient ein Interferenzversuch:
Lässt man ein enges Lichtbündel auf ein Gitter fallen, so entstehen hinter dem Gitter
Interferenzmuster. Aus dem Abstand zwischen dem Maximum 0.Ordnung und dem Maximum
1.Ordnung kann man die Wellenlänge der zugehörigen Welle bestimmen. Durch Vergleich mit dem
sichtbaren Interferenzmuster eines roten Lasers bekannter Wellenlänge lässt sich sogar die
Wellenlänge des infraroten Lichts recht genau angeben.
Versuchsaufbau:
Der gezeigte Versuchsaufbau erfordert etwas Geduld beim Einjustieren. Kritisch ist der Abstand
Kamera –Gitter, damit die Lichtreflexe noch auf dem Bildschirm erkannt werden, aber möglichst weit
auseinander liegen, um den relative Messfehler etwas zu verringern. Je nach Optik der Kamera eignet
sich eher ein Gitter mit 250 oder mit 400 Strichen/cm, ggf. mit dem optischen (nicht elektronischen!)
Zoom etwas nachhelfen.
Didaktik der Physik
3.1.2014, fjh
Durchführungshinweise:
Drücken Sie den Auslöser des Laserpointers, so dass ein Lichtstrahl auf die weiße Reflektorplatte fällt.
Justieren Sie den Laserpointer so, dass der Reflex von der Platte durch das Gitter in die Kamera fällt;
auf dem Monitor sehen Sie dann zwei bis drei Lichtflecke aus dem Interferenzmuster des
Laserstrahls. Messen Sie den Abstand zwischen den Maxima 0. Und 1. Ordnung.
Fixieren Sie die Fernbedienung an der Stelle der Reflektorplatte und justieren Sie sie ebenfalls so,
dass zwei Lichtflecke des Interferenzbilds auf dem Monitor der Kamera zu sehen sind. Dies ist hier
schwieriger, weil die Intensität der Lichtquelle bedeutend geringer ist. Messen Sie ebenfalls den
Abstand zwischen den Maxima 0. und 1. Ordnung.
(Achtung: Wenn Sie den Laserpointer direkt auf die Kamera richten, kann das zum zumindest
zeitweisen Ausbleichen des CCD führen); bei stärkeren Laserpointern ist u.U. sogar eine Mattscheibe
statt einer Reflektorplatte angebracht. IR-Fernbedienungen für Beamer (siehe links im Bild) haben
zwar meist einen eingebauten Laserpointer, doch ist auch hier das Intensitätsproblem gegeben.
Bild:
Aufgaben:
-
Messung des Abstandes der Maxima 0. Und 1. Ordnung für rotes Laserpointerlicht und
Infrarotlicht der Fernbedienung.
Bestimmung der Versuchskonstanten anhand der bekannten Wellenlänge des Laserpointers
(siehe Datenblatt, in der Regel ca. 670 nm))
Berechnung der Wellenlänge des Infrarotlichts der Fernbedienung mit Hilfe der vorher
bestimmten Versuchskonstanten.
Didaktik der Physik
3.1.2014, fjh