Gesetz von Malus im virtuellen Labor: I = I₀cos²θ

Aktualisiert am 2026-10-07

Dieser Versuch zum Gesetz von Malus im virtuellen Labor macht aus dem Polarisationsversuch der Oberstufenphysik (A-Level und vergleichbare Kurse) einen schnellen, sauberen Datensatz. Licht einer Lampe durchläuft einen Polarisator und einen Analysator und trifft auf ein Luxmeter. Die Lernenden drehen den Analysator von 0° bis 90°, notieren bei jedem Winkel die Anzeige und tragen die Intensität über θ und über cos²θ auf. Die Ursprungsgerade bestätigt I = I₀cos²θ, und ihre Steigung liefert I₀. Ein dritter Filter zwischen gekreuzten Polarisatoren lässt danach wieder Licht durch, was eine gute Erklärfrage ergibt. Jede Zahl unten wurde in der Simulation abgelesen.

Polarisation und Gesetz von Malus – I = I₀cos²θ, Transversalwellen am Spalt, Reflexion und Sonnenbrille

Lehrplanbezug

AQA A-level Physics 7408, Abschnitt 3.3.1.2: Polarisation als Beleg für die Transversalität von Wellen, mit Anwendungen wie Polarisationsfiltern.
NSW HSC Physics, Module 7 (The Nature of Light): die Untersuchung zur Bestätigung des Gesetzes von Malus, I = I_max cos²θ.
AP Physics 2: Polarisation von Licht als transversale elektromagnetische Welle.

Simulic ist weder mit AQA noch mit der NESA oder dem College Board verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Fragen Sie: „Wenn Polarisator und Analysator parallel stehen, zeigt das Messgerät I₀. Sie drehen den Analysator auf 60°. Welchen Bruchteil von I₀ zeigt das Messgerät an?“ Die Lernenden wählen ½, ¼, ⅓ oder null. Auf einem Klassenlink ist das Frage 1; die Simulation wird freigegeben, sobald sie geantwortet haben.

Durchführung in der Simulation

Lassen Sie im Reiter Gesetz von Malus die Quelle auf Licht (Lampe), den Polarisator P auf 0° und Raumlicht an ohne Häkchen. Klicken Sie auf Tabelle leeren, falls sie Zeilen enthält.
Stellen Sie den Analysator A auf 0°, warten Sie, bis sich die Anzeige beruhigt hat, und klicken Sie auf Notieren.
Wiederholen Sie das bei 15°, 30°, 45°, 60°, 75° und 90°.
Stellen Sie das Diagramm auf I über cos²θ und lesen Sie die Ausgleichsgerade unter dem Diagramm ab.
Setzen Sie das Häkchen bei Mittleren Filter einsetzen, stellen Sie die Durchlassrichtung M auf 45° und den Analysator A auf 90° und notieren Sie noch einmal.

θ (°)	0	15	30	45	60	75	90
cos²θ	1,000	0,933	0,750	0,500	0,250	0,067	0,000
I (lux)

der Reiter Gesetz von Malus mit Quelle: Licht (Lampe), Polarisator P 0° und Analysator A 60°, Diagramm: I über cos²θ, nach Messungen bei θ = 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° und 90° ohne Raumlicht: Anzeige etwa 125 lux und die Ausgleichsgerade unter dem Diagramm etwa I = 500·cos²θ

Erwartete Ergebnisse

Das Messgerät schwankt um etwa ±0,4 %, daher unterscheiden sich die Werte der Gruppen leicht.

Ein Durchlauf im Browser: 500,1, 463,2, 373,4, 251,1, 125,6, 33,3 und 0,0 lux für θ = 0° bis 90°. Vier weitere Messungen bei 60° ergaben 124,6–125,0 lux.
Diagramm: I über θ ist eine S-förmige Kurve; I über cos²θ ist eine Ursprungsgerade. Drei Durchläufe ergaben Ausgleichsgeraden mit Steigungen von 498,2, 499,8 und 499,3 lux und Achsenabschnitten, die höchstens 0,1 lux von null abwichen.
Warum I₀ = 500 lux: Die Lampe liefert 1000 lux, und der erste Polarisator lässt die Hälfte des unpolarisierten Lichts durch.
Mittlerer Filter bei 45° zwischen gekreuzten Filtern: 125,3 lux, ein Viertel von I₀.
Raumlicht an bei 90°: 7,9 lux Untergrund statt null. Mit diesem Punkt sank die Steigung auf 496,1 lux.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Welchen Bruchteil von I₀ zeigt das Messgerät bei θ = 60° an?
Welche Größen müssen gleich bleiben, während Sie den Analysator drehen?
Was zeigt das Messgerät bei P = 0° und A = 60° an?
Wie groß ist die Steigung Ihres Diagramms I über cos²θ?
Erklären Sie, warum ein mittlerer Filter bei 45° Licht durch zwei gekreuzte Polarisatoren lässt.

Antworten für Lehrkräfte: (1) ¼, denn cos²60° = 0,25. (2) Die Lampe, der Winkel P des Polarisators und das Raumlicht (aus). (3) 122–128 lux akzeptieren. (4) 495–505 lux akzeptieren; sie entspricht I₀. (5) Jeder Filter lässt die Komponente des elektrischen Feldes entlang seiner Achse durch. Hinter P schwingt das Feld bei 0°; der mittlere Filter lässt davon cos²45° = ½ durch, nun bei 45° polarisiert; der Analysator bei 90° steht 45° dazu und lässt noch einmal die Hälfte durch. I = 500 × ½ × ½ = 125 lux.

Häufige Fehlvorstellungen

„Die Intensität nimmt proportional zum Winkel ab.“ Bei 30° zeigt das Messgerät 373 lux, nicht zwei Drittel von 500. Die Intensität hängt von cos²θ ab.
„Ein zusätzlicher Filter kann nur mehr Licht sperren.“ Der mittlere Filter macht aus 0 lux 125 lux.
„Jede Welle lässt sich polarisieren.“ Nur Transversalwellen: Der Reiter Wellen am Spalt zeigt, dass eine Longitudinalwelle auf einer Feder einen Spalt bei jedem Winkel passiert.

Erweiterung

Mikrowellen: Stellen Sie die Quelle auf Mikrowellen und wiederholen Sie den Versuch. Der Sender ist bereits polarisiert, daher ist I₀ auf der Skala des Messgeräts 100; ein Metallgitter übernimmt die Rolle des mittleren Filters.
Blendung: Klicken Sie unter Reflexion und Brille für Wasser auf Brewster-Winkel (etwa 53°) und vergleichen Sie die Blendung mit und ohne Polarisationsbrille.

Häufige Fragen

Kann ich die Winkel für meine Klasse festlegen?

Ja. Legen Sie auf der Seite Teilen in den Startwerten des Links Achse des Polarisators (oder Senders) P, Achse des Analysators (oder Empfängers) A und Raumlicht an fest. Der Klassenlink öffnet im Reiter Gesetz von Malus.

Warum flackert die Anzeige?

Das Modell fügt wie ein echtes Luxmeter eine kleine zufällige Schwankung hinzu. Warten Sie einen Moment, bevor Sie auf Notieren klicken, oder notieren Sie zweimal und bilden Sie den Mittelwert.

Warum ist die Anzeige bei 90° mit Raumlicht nicht null?

Raumlicht erreicht das Messgerät, ohne die Filter zu durchlaufen. Lesen Sie diesen Untergrund bei θ = 90° ab und ziehen Sie ihn vor dem Auftragen von jedem Messwert ab.