Aufgabe 1 Bestimmung der Brechzahl von Wasser
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ForscherInnenwerkstatt Physik Aufgabe 1 Graz, 01-2014 Bestimmung der Brechzahl von Wasser Diese physikalischen Begriffe benötigt man: Brechung zum Lot Material: • Experimentierleuchte • Blende mit einem Schlitz • Optische Scheibe mit Winkelskala • Halbzylindergefäß mit Wasser • Stromversorgung 12V • Kabel Abb. 1 Brechung zum Lot Unter der Brechzahl eines Stoffes versteht man die Eigenschaft, die Richtung des Lichtstrahls beim Eintritt in diesen Stoff abzulenken. Siehe Abbildung 1. Der halbzylinderförmige, wassergefüllte Kunststoffkörper wird so auf die optische Scheibe gestellt, dass seine gerade Seite auf einem Durchmesser der optischen Scheibe liegt und die Mittelpunkte übereinstimmen. Der von der Experimentierleuchte durch die Blende mit einem Schlitz erzeugte Strahl soll genau durch den Mittelpunkt der optischen Scheibe verlaufen und durch die ebene Fläche in den Glaskörper einfallen! Das Lot liegt immer senkrecht zur brechenden Fläche! Einfallswinkel und Brechungswinkel werden immer zwischen Lot und Lichtstrahl gemessen! 1.1 Versuchsdurchführung: Man beginnt mit einem Einfallswinkel von 0° (parallel zum Lot) und misst den Brechungswinkel. Das Ergebnis wird in die nachfolgende Tabelle eingetragen. Dasselbe macht man nun mit allen weiteren Einfallswinkel, die in der Tabelle vorgegeben sind. (Gemessen wird immer der Winkel zwischen Lichtstrahl und Lot!) Einfallswinkel α Brechungswinkel β 0° 20° 40° 60° 80° 85° Brechzahl n 1.2 Berechne für die verschiedenen Winkel α und 𝛽 die Brechzahl n und trage sie in der obigen Tabelle ein. Hinweis: Das Brechungsgesetz lautet n Luft ⋅ sin α = nWasser ⋅ sin β mit n Luft = 1 oder nWasser = Ohne Verwendung von Winkelfunktionen nimmt man nWasser = 1.3 a b sin α . sin β (siehe Abbildung 1). Ergebnis: Beim Übergang vom optisch dünneren Medium (Luft) in ein optisch dichteres Medium (Glas, Wasser) ist der Einfallswinkel stets ....................... als der Brechungswinkel!
