Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik GK · Zuckergehalt von Weintrauben 2026
Thema: Interferenz von Licht und Mikrowellen · Aus der Prüfung GK · Zuckergehalt von Weintrauben (2026)
Aufgabenstellung
2 Material
Material 1: Versuch zur Erzeugung eines Interferenzmusters mit einem Doppelspalt
Monochromatisches Laserlicht trifft senkrecht auf den im Becken befindlichen Doppelspalt.
Der Abstand zwischen Doppelspalt und Schirm beträgt .
Der Spaltmittenabstand beträgt .
Die Beugungswinkel () zu den beobachteten Maxima -ter Ordnung können als klein betrachtet werden.
Material 2: Das Gitter
Ein Gitter ist vereinfacht gesagt eine Aneinanderreihung vieler Doppelspalte, wobei der Abstand der Spaltmitten jeweils beträgt. Für die Lage der Maxima im Interferenzmuster hinter dem Gitter gilt dieselbe Formel wie beim Doppelspalt:
Material 3: Interferenz in Wasser
a) Beugung in Wasser
Das Gitter besitzt den Spaltmittenabstand .
Der Abstand zwischen Gitter und Schirm beträgt .
b) Versuchsergebnis
Material 4: Die Brechzahl
Licht einer bestimmten Frequenz hat in verschiedenen Stoffen verschiedene Wellenlängen.
Das Verhältnis der Wellenlänge des Lichtes in Luft zu der Wellenlänge des Lichtes im Stoff nennt man die Brechzahl des Stoffes:
Material 5: Zuckergehalt von Traubensaft
Die Traubenernte zur Produktion von Wein kann beginnen, wenn sich in den Weintrauben genügend Zucker befindet. Der Zuckergehalt wird in der Einheit „Grad Oechsle“ angegeben. Um einen maximalen Preis für den hergestellten Wein zu erzielen, muss hierfür der ideale Zeitpunkt der Traubenernte gefunden werden. Hierfür muss unter anderem der Zuckergehalt der Weintrauben auf wenige Grad Oechsle genau bestimmt werden können (siehe Tab. 1).
Nimmt der Zuckergehalt (und damit der Oechsle-Grad) des Traubensaftes zu, so steigt auch seine Brechzahl (vgl. M 4) mit der Zuckerkonzentration an (siehe Abb. 6).
Material 6: Ermittlung der Lage der Maxima 1. Ordnung
(i) Aus 73 Grad Oechsle folgt .
(ii) Somit ist .
(iii) Mit folgt .
(iv) Auf dem Schirm liegen die Maxima 1. Ordnung somit ca. entfernt voneinander.
3 Da Traubensaft für Laserlicht durchlässig ist, will die Schülergruppe den richtigen Zeitpunkt für die Traubenernte mit dem in Material 3 beschriebenen Versuchsaufbau bestimmen. In Material 5 ist der Zusammenhang zwischen Zuckergehalt und Brechzahl (siehe M 4) von Traubensaft beschrieben.
a)
Mithilfe der Schritte in Material 6 ermittelt die Schülergruppe die Lage der Maxima 1. Ordnung für den Beugungsversuch aus Material 3. Im Glasbecken ist hierbei Traubensaft mit 73 Grad Oechsle enthalten.
Begründen Sie die Aussagen (i) bis (iv). [6 BE]
b)
Beurteilen Sie, ob die Schülergruppe mit dem Versuch eine verlässliche Empfehlung für den idealen Erntezeitpunkt gewinnen kann. Gehen Sie von der Ablesegenauigkeit aus, die in Teilaufgabe 1c angegeben ist. [4 BE]

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
a) Begründung zu (i): Aus 73 Grad Oechsle folgt .
Lösung: Aus dem Diagramm in Abb. 6 liest man bei 73 Grad Oechsle auf der Hochachse die Brechzahl ab.
a) Begründung zu (ii): Somit ist .
Lösung: Aus der Definition der Brechzahl folgt .
a) Begründung zu (iii): Mit folgt .
Lösung: Die Interferenzbedingung für das Maximum 1. Ordnung lautet . Mit und folgt .
a) Begründung zu (iv): Auf dem Schirm liegen die Maxima 1. Ordnung somit ca. entfernt voneinander.
Lösung: Der Abstand eines Maximums 1. Ordnung zum Maximum 0. Ordnung beträgt . Der Abstand beider Maxima 1. Ordnung zueinander ist somit .
b) Beurteilen Sie, ob die Schülergruppe mit dem Versuch eine verlässliche Empfehlung für den idealen Erntezeitpunkt gewinnen kann. Gehen Sie von der Ablesegenauigkeit aus, die in Teilaufgabe 1c angegeben ist.
Lösung: Nein, eine verlässliche Empfehlung ist nicht möglich. Eine Änderung um 73 Grad Oechsle bewirkt nur eine Verschiebung der Maxima von etwa 2 mm (von 6,9 cm in Wasser auf 6,7 cm in Safternte). Bei einer Ablesegenauigkeit von 1 mm ist die Messunsicherheit im Vergleich zur geringen Abstandsänderung viel zu groß, um wenige Grad Oechsle sicher zu unterscheiden.
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