Seminar und Praktikum zur Didaktik der Physik
Versuchskarte zu experimentellen Themen
 
Datum: 2008

Titel: Bestiimung der Gitterkonstante einer CD




unilogo.gof
Versuchsnr.: 3

Namen: Tobias Trummer, Frieder Braun

Gruppe: A

DP Physik

 
Versuchsaufbauten
mit Parametern
Mit einfachen Mitteln lässt sich im Unterricht eventuell auch durch Schüler (unter Anleitung) die Gitterkonstante
einer CD bestimmen. Dadurch lässt sich ein sehr theoretisches Thema mit Alltagsgegenständen
verbinden.

Für die Bestimmung derWellenlänge des Laserpointers leuchtet dieser von hinten so auf das Referenzgitter,
dass das Haupmaximum auf kürzestem Wege senkrecht auf dieWand (oder eine andere Schirmfläche) trifft.
Der Abstand b des k-ten Nebenmaximums zum Hauptmaximum durch den Abstand des Gitters zur Wand
d ergibt den Tangens des Winkels zum k-ten Maximum:
k = arctan b(k)*d
Der Laserpointer sollte horizontal auf Höhe der Mitte der vertikal ausgerichteten CD montiert sein. Dadurch erhält man ein Beugungsbild wie bei einem Gitter mit vertikal verlaufenden ”Gitterstäben“. Die CD muss so aufgestellt sein, dass das Hauptmaximum auf einen nicht zu weit entfernten Schirm (=Wand oder Tafel) senkrecht einfällt. Die Entfernung der CD zur Wand muss abgemessen werden (wieder Wert d - der Einfachheit halber der Gleiche wie eben). Leider kann man mit dem Laserstrahl nicht genau senkrecht
auf die CD-Oberfläche leuchten, da dann die Hauptmaxima auf dem Laserpointer und nicht auf der Wand
erscheinen. Aber man kann fast senkrecht draufleuchten.
Geräte
mit Firmenangabe
• Laserpointer
• CD
• Stativmaterial für beides
• Referenzgitter mit bekannter Gitterkonstante g zur Bestimmung der Laserwellenlänge 
• Zollstock und/oder Tafelgeodreieck
• Taschenrechner für die Auswertung (durch Schüler)
Durchführung
Aus der einfach herzuleitenden Formel für die Winkel(abhängig von der Ordnung k)  (k ganzzahlig), unter denen beim Gitter Maxima auftreten:
k · Wellenlänge  = sin(Winkel(k)) · g
lässt sich die Wellenlänge des Lasers berechnen zu
Wellenlänge = sin(Winkel(k)) · g /k
Dazu braucht man ein Gitter mit bekanntem g und man muss wissen, welches Maximum man misst, bei
kleinem g empfiehlt sich das erste Maximum, also k = 1.
Mit der dadurch bekannten Wellenlänge lässt sich mit der gleichen Formel die Gitterkonstante der CD
berechnen:
g = k · Wellenlänge / sin(Winkel(k))
Bei beiden Rechnungen müssen natürlich einzeln die Winkel bestimmt werden.
Resultate
möglichst quantitative
g=698nm bei der CD (nur eine Messung, daher mit Vorsicht genießen)
Bemerkungen
&
Tricks
Ein Laserpointer geht besser als ein Stativlaser, da er eine geringere Baugröße hat. Leider kann man ihn selten auf Dauerbetrieb stellen, daher braucht man für die Durchführung freiwillige Helfer.
Literatur