Über dieses Experiment
Richten Sie einen Lichtstrahl auf die Grenzfläche zwischen zwei transparenten Materialien. Verändern Sie den Winkel und die Brechungsindizes, um Reflexion, Brechung und Totalreflexion zu vergleichen. Beide Winkel werden zum Lot gemessen, der Senkrechten zur Grenzfläche. Die Strahlbreiten veranschaulichen schematisch die Leistung, während die numerischen Anzeigen die berechneten Anteile angeben.
Lernziele
- Wenden Sie das Reflexionsgesetz und das Snelliussche Gesetz an einer ebenen Grenzfläche an
- Sagen Sie voraus, ob der gebrochene Strahl zum Lot hin oder vom Lot weg abgelenkt wird
- Bestimmen Sie den Grenzwinkel und die Bedingungen für Totalreflexion
Anleitung
- 1Legen Sie Luft über Glas fest und erhöhen Sie den Einfallswinkel. Vergleichen Sie den Einfalls- und den Brechungswinkel.
- 2Vertauschen Sie die Medien. Beobachten Sie, wie sich der gebrochene Strahl vom Lot weg bewegt.
- 3Wählen Sie die Voreinstellung für Totalreflexion und verringern Sie dann den Winkel unter den Grenzwinkel.
- 4Stellen Sie beide Brechungsindizes gleich ein. Prüfen Sie die Strahlrichtung und die reflektierte Leistung.
Das Modell
Annahmen
- Beide Medien sind homogen, isotrop, nichtmagnetisch und transparent, ohne Absorption.
- Die Grenzfläche ist eben und viel größer als die Wellenlänge. Beugung und Oberflächenrauheit werden vernachlässigt.
- Die Brechungsindizes sind reell und unabhängig von der Wellenlänge. Die Fresnel-Leistungsanteile gelten für unpolarisiertes Licht.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum gibt es keinen Grenzwinkel, wenn Licht von Luft in Glas übergeht?
- Q2Schätzen Sie für Glas mit einem Brechungsindex von 1,50 beim Übergang in Luft den Grenzwinkel und überprüfen Sie Ihre Schätzung.
- Q3Bedeutet bei senkrechtem Einfall ein Brechungswinkel von null, dass die reflektierte Leistung null ist?
Häufig gestellte Fragen
Warum bleibt der reflektierte Strahl bestehen, wenn eine Brechung stattfindet?
An einer Grenzfläche zwischen unterschiedlichen Brechungsindizes wird ein Teil der einfallenden Leistung im Allgemeinen reflektiert und ein Teil übertragen. Die Fresnel-Gleichungen bestimmen diese Anteile.
Was geschieht genau beim Grenzwinkel?
Die Grenzrichtung der Transmission verläuft entlang der Grenzfläche und bildet mit der Normalen einen Winkel von 90 Grad. Bei einer verlustfreien Grenzfläche geht die normal zur Fläche übertragene Leistung gegen null. Oberhalb des Grenzwinkels gibt es in diesem Modell keinen sich ausbreitenden transmittierten Strahl.