Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik LK · Spektroskopie 2026

Fraunhofer und der Beginn der Astrospektroskopie

Die Astrospektroskopie umfasst die Analyse der Wellenlängen der Strahlung astronomischer Objekte. Ausgangspunkt war die Entdeckung vieler feiner, dunkler Linien im Spektrum der Sonne durch Joseph Fraunhofer.

1 Man kann sogenannte Fraunhofer'sche Linien z. B. in Spektren beobachten, die man durch die Interferenz des Sonnenlichtes an einem optischen Gitter erzeugt hat (M 1). Zur Vereinfachung wird die Interferenz von Licht an optischen Gittern zunächst für monochromatisches Licht betrachtet.

Material 1: Optische Gitter

Ein Gitter ist vereinfacht gesagt eine Aneinanderreihung vieler Doppelspalte, wobei der Abstand benachbarter Spaltmitten, auch Gitterkonstante genannt, jeweils $g$ beträgt. Für ein Gitter mit $270\text{ Spalten pro mm}$ beträgt der Spaltmittenabstand $g = \frac{1}{270}\text{ mm}$. Für die Beugungswinkel $\alpha_k$ der Maxima $k$-ter Ordnung, die bei der Interferenz von Licht der Wellenlänge $\lambda$ an einem Gitter mit der Gitterkonstante $g$ entstehen, gilt die gleiche Beziehung wie beim Doppelspalt: $\sin \alpha_k = \frac{k \cdot \lambda}{g}$.

a)

Die Abbildungen 2a–c zeigen Interferenzmuster, die entstehen, wenn ein optisches Gitter unter sonst gleichen Bedingungen mit verschiedenfarbigem Licht bestrahlt wird (M 2).

Ordnen Sie die Abbildungen 2a–c den Farben Rot, Blau und Grün zu und begründen Sie Ihre Zuordnung. [4 BE]

Material 3: Interferenz von monochromatischem Licht

Das monochromatische Licht eines Laserpointers fällt senkrecht auf ein optisches Gitter mit $g = \frac{1}{270}\text{ mm}$. Auf einem Schirm, der sich im Abstand von $60{,}0\text{ cm}$ parallel zum Gitter befindet, wird ein Interferenzmuster als Abfolge heller Leuchtpunkte beobachtet (s. Abb. 3). Die Entfernung zwischen Gitter und Schirm kann bis auf $\pm 0{,}05\text{ cm}$, die Abmessungen am Interferenzmuster auf $\pm 0{,}2\text{ cm}$ genau bestimmt werden.

b)

Auf dem Typenschild des Laserpointers ist die Wellenlänge $\lambda = 630\text{ nm}$ angegeben. Es soll nun die Wellenlänge des im Versuch verwendeten Laserlichtes experimentell bestimmt werden.

Ermitteln Sie diese Wellenlänge möglichst genau. Wählen Sie dazu aus Abbildung 3 zwei geeignete Leuchtpunkte begründet aus. [7 BE]

c)

Durch die in Material 3 angegebenen Messunsicherheiten lässt sich für das dargestellte Interferenzmuster eine kleinste und eine größte Wellenlänge des Laserlichtes bestimmen.

Ermitteln Sie diese und entscheiden Sie, ob die Angabe zur Wellenlänge auf dem Typenschild des Laserpointers innerhalb des sich ergebenden Intervalls liegt.

Hinweis: Es genügt die Betrachtung der in Teilaufgabe 1b gewählten Leuchtpunkte. [6 BE]

Ja

Nein