Zum NachschlagenZurück zur ErklärungPolarisation — Erklärung, Video nachlesen.
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Übungsaufgaben
1Welche Welle lässt sich polarisieren?AFB I
Kreuzen Sie an, welche Eigenschaften auf die jeweilige Welle zutreffen.
Klicke jede Zelle an, die zutrifft — ein zweiter Klick nimmt die Markierung zurück. Pro Zeile sind zwei Häkchen möglich.
| Welle | transversal | longitudinal | polarisierbar |
|---|---|---|---|
| Licht | |||
| Schall in Luft | |||
| Seilwelle, quer geschüttelt | |||
| Druckwelle längs einer Schraubenfeder | |||
| Radiowelle |
Lesen Sie die Tabelle spaltenweise: Die Spalten „transversal“ und „polarisierbar“ sind identisch gefüllt. Genau das ist die Kernaussage der Seite — Polarisation ist kein Zusatzeffekt, sondern der Nachweis dafür, dass eine Welle quer schwingt. Bei einer Längswelle gibt es überhaupt keine seitliche Richtung, aus der ein Filter etwas auswählen könnte.
2Begriffe und ihre BedeutungAFB I
Finden Sie die zusammengehörenden Kartenpaare.
Decke immer zwei Karten auf. Passen sie zusammen, bleiben sie liegen — sonst drehen sie sich wieder um.
Achten Sie auf die Rollenverteilung: Polarisator und Analysator sind bauglich dieselben Filter — nur ihre Aufgabe im Versuch unterscheidet sie. Der erste erzeugt polarisiertes Licht, der zweite misst dessen Richtung. Vertauscht man beide, ändert sich am Ergebnis nichts; entscheidend ist allein der Winkel θ zwischen ihren Durchlassrichtungen.
3Quer, längs oder beides?AFB I
Ordnen Sie jede Aussage dem passenden Bereich zu.
Ziehe jeden Begriff in den passenden Bereich — oder wähle ihn mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Bereichs.
1 nur transversale Wellen
2 nur longitudinale Wellen
3 beide Wellenarten
Der mittlere Bereich ist der wichtigste: Wellenlänge, Frequenz, Energietransport und Reflexion gibt es bei jeder Welle — daran erkennt man die Wellenart also nicht. Nur die Polarisierbarkeit trennt sauber. Deshalb war der Polarisationsversuch historisch der Beweis dafür, dass Licht quer und nicht längs schwingt.
4Hell oder dunkel?AFB II
Sortieren Sie die Filterstellungen danach, ob Licht auf den Schirm fällt.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Licht kommt durch
2Schirm bleibt völlig dunkel
Dunkel wird es nur, wenn cos θ = 0 ist — also bei 90° und 270°. Bei 180° stehen die Durchlassrichtungen wieder parallel (nur „andersherum“), deshalb ist der Schirm dort genauso hell wie bei 0°. Der häufige Denkfehler lautet „je größer der Winkel, desto dunkler“: Ab 90° wird es wieder heller, weil cos²θ periodisch ist und sich alle 180° wiederholt.
5Von hell nach dunkelAFB II
Ordnen Sie die Winkel nach abnehmender Helligkeit des Schirms (oben am hellsten).
Verschiebe die Zeilen mit den Pfeilen, bis die Reihenfolge stimmt, und klicke dann auf „Reihenfolge prüfen“.
1θ = 0° — 100 % von I0
2θ = 20°
3θ = 45° — 50 % von I0
4θ = 70°
5θ = 100°
6θ = 90° — völlig dunkel
Die letzten beiden Zeilen sind die Falle: 100° ist der größere Winkel, aber cos²100° ≈ 0,03 — es kommt wieder ein wenig Licht durch. Der einzige echte Nullpunkt liegt bei exakt 90°. Merken Sie sich den Verlauf als Kurve: cos²θ fällt von 1 auf 0 und steigt danach wieder an, statt immer weiter zu sinken.
6Das Gesetz von Malus zusammenbauenAFB II
Setzen Sie die Bausteine zur Gleichung des Malus-Gesetzes zusammen.
Klicke die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
Zwei Bausteine sind besonders verführerisch: cos θ ohne Quadrat und sin²θ. Das Quadrat ist entscheidend, weil die Intensität vom Quadrat der Amplitude abhängt — der Filter schneidet die Amplitude auf I0 cos θ zurecht, die Intensität geht deshalb mit cos²θ. Und der Kosinus (nicht der Sinus) steht dort, weil bei θ = 0° die volle Intensität durchkommen muss.
7Intensität hinter dem AnalysatorAFB II
Hinter dem Polarisator hat das Licht die Intensität \(I_0=240\,\mathrm{W/m^2}\). Der Analysator ist um \(\theta=60^\circ\) gedreht.
Berechnen Sie die Intensität \(I\) hinter dem Analysator.Nutze I = I0 · cos²θ. Trage nur die Zahl ein (Dezimaltrennzeichen egal), Enter prüft.
Rechnen Sie in zwei Schritten: cos 60° = 0,5, quadriert also 0,25 — und 0,25 · 240 W/m² = 60 W/m². Wer das Quadrat vergisst, erhält 120 W/m² und damit den doppelten Wert. Bemerkenswert ist, dass schon 60° Drehung drei Viertel des Lichts schlucken: Die Helligkeit fällt viel schneller, als das Auge es beim Drehen erwarten würde.
8Wo bleibt genau die Hälfte übrig?AFB II
Bestimmen Sie den Winkel \(\theta\), bei dem noch die Hälfte der Intensität \(I_0\) durchkommt.
9Fehler im SchülerheftAFB III
Finden Sie die falschen Zeilen in diesem Heftauszug und klicken Sie sie an.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Die drei Fehler stehen für drei verschiedene Fehlertypen: eine vertauschte Zuordnung (parallel/gekreuzt), ein verlorenes Quadrat in der Formel und eine unzulässige Übertragung von Licht auf Schall. Besonders hartnäckig ist der letzte: Filter sind keine Siebe, die etwas „durchlassen oder nicht“, sondern sie wählen eine Richtung aus — und die muss es überhaupt erst geben.
10Was beweist der Versuch wirklich?AFB III
Behauptung: „Der Versuch mit zwei Filtern beweist, dass Licht eine Transversalwelle ist.“
Wählen Sie alle Aussagen aus, die diese Behauptung tatsächlich stützen.Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Auswahl prüfen“.
Die drei falschen Antworten sind allesamt wahre Aussagen über Licht — sie taugen nur nicht als Beweis. Beugung und Brechung zeigen, dass Licht überhaupt eine Welle ist; longitudinale Schallwellen können beides ebenso. Geschwindigkeit und Wellenlänge sagen gar nichts über die Schwingungsrichtung. Nur die Polarisation unterscheidet quer von längs, und genau deshalb ist sie das entscheidende Experiment.