Universität des Saarlandes FR 7.2 Experimentalphysik Prof. Dr. R. Birringer http://www.nano.uni-saarland.de 5. Übungsblatt WS 2015/2016 Experimentalphysik IIIa – Thermodynamik und Optik 19. Aufgabe: Abbildungsgleichung einer dünnen Linse Leiten Sie die Gleichung für die Abbildung durch eine dünne Linse 1 1 1 + = g b f mit Hilfe folgender Zeichnung her, wobei f die Brennweite der Linse ist. 20. Aufgabe: Wellenrennen Ein Glasbehälter (Wandstärke = 0.5 cm, Breite = 10 cm, n = 1,52) auf Weg A ist mit Wasser (n = 1,33) gefüllt. In den Weg von Welle B wird ein Block aus Kronglas (n = 1,6) gestellt. Beide Wellen starten phasengleich und haben im Vakuum eine Wellenlänge von 500 nm. Wie dick muss der Block sein, damit die Laufzeitdifferenz ∆t = tA − tB im Ziel 3 · 10−12 s beträgt? Wie groß ist dann der Phasenunterschied im Ziel? 1/2 21. Aufgabe: Polarisation a) Die Überlagerung von zwei elektrischen Wellen, die sich in z-Richtung ausbreiten und deren ~ E-Felder in x bzw y-Richtung schwingen, lässt sich allgemein durch ~ t) = E ~ x (z, t) + E ~ y (z, t) = E x ~ex cos(kz − ωt) + E y ~ey cos(kz − ωt + ) E(z, 0 0 (1) beschreiben. Leiten Sie, ausgehend von (1), die Gleichungen für linear, zirkular und elliptisch polarisiertes Licht her. Geben Sie dabei in allen Fällen den Wert für die Amplitude sowie den Phasenunterschied der beiden überlagerten Wellen an. b) Zeigen Sie, dass bei der Überlagerung einer rechts- und einer linkszirkular polarisierten elektromagnetischen Welle mit gleicher Amplitude und gleicher Wellenlänge linear polarisiertes Licht entsteht. c) Wie ändert sich der Polarisationszustand im vorhergehenden Fall, wenn die beiden zirkular polarisierten Wellen eine unterschiedliche Amplitude aufweisen? Begründen Sie mathematisch! 22. Aufgabe: Fresnel-Formeln Leiten Sie den Transmissionskoeffizienten τp und den Reflexionskoeffizienten ρs einer ebenen, parallel zur Einfallsebene polarisierten elektromagnetischen Welle an einer ladungs- und stromfreien Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices her. Nutzen Sie dazu die aus den Maxwell-Gleichungen herleitbaren Stetigkeitsbedingungen. 23. Aufgabe: Diamant In einem Diamanten (Brechungsindex n = 2, 41) breitet sich eine linear polarisierte Lichtwelle aus und trifft auf die Diamant-Luft-Grenzfläche. Die Schwingungsebene der Lichtwelle ist parallel zur Einfallsebene orientiert. a) In welchem Winkelbereich darf das Licht auf die Grenzfläche treffen, damit Licht aus dem Diamanten austreten kann? b) Wie groß ist der Reflexionsgrad der Grenzfläche bei senkrechtem Einfall des Lichts? c) Gibt es einen Einfallswinkel, unter dem die Grenzfläche nicht reflektierend wirkt? 24. Aufgabe: Zwischenevaluation Schreiben Sie auf ein Blatt Kritik oder Anregungen zu den Thermodynamik-Aufgaben. Schreiben Sie außerdem auf, an welchen Stellen aus Ihrer Sicht noch Unklarheiten oder Lücken bestehen. Die Blätter werden dann in den Übungen eingesammelt und sollen als Anhaltspunkt für ein freiwilliges Klausurvorbereitungsblatt dienen. Sie können Ihr Blatt, falls Sie möchten, auch anonym abgeben. Übungstermin: Fr. 15.01.2016 Bei Fragen und Anregungen zum Übungsbetrieb wenden Sie sich bitte an Michael Deckarm [email protected], Tel.: 0681-302-5189, Gebäude D2 2, Raum B0.10 2/2
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