Pracownia: promienie, soczewki i całkowite wewnętrzne odbicie
Rysunek promieni ma przewidywać położenie obrazu, a pomiar je sprawdzać. Nie każdy obraz da się złapać na ekranie. Właśnie nieudana próba może pomóc rozpoznać obraz pozorny, jeśli wykluczymy błędne ustawienie.
W tym materiale
Rysunek promieni ma przewidywać położenie obrazu, a pomiar je sprawdzać. Nie każdy obraz da się złapać na ekranie. Właśnie nieudana próba może pomóc rozpoznać obraz pozorny, jeśli wykluczymy błędne ustawienie.
Potrzebne wiadomości: Odbicie, załamanie i ognisko.
Odbicie i konstrukcja
Użyj szkolnego niskojaskrawego źródła LED ze szczeliną, kartki i lustra. Nie kieruj światła w oczy; nigdy nie używaj Słońca ani silnego lasera. Zaznacz powierzchnię lustra, normalną, bieg padający i odbity. Mierz kąty od normalnej. Porównaj lustro i matową kartkę: rozproszenie nie oznacza, że lokalne odbicia łamią prawo odbicia.
Położenie obrazu w lustrze płaskim ustalając metodą porównania kierunków, przedłuż promienie za lustro. Dla lustra sferycznego i soczewki oznacz oś oraz ogniska. Rysuj promień równoległy i przechodzący przez środek cienkiej soczewki. Przedłużenia promieni stosuj tylko tam, gdzie są potrzebne do konstrukcji obrazu pozornego.
Wspólna normalna w obu odczytach
Kąt 20° do powierzchni oznacza 70° do normalnej. Prawo odbicia porównuje kąty względem normalnej, nie mieszane definicje. Przy załamaniu i kącie granicznym również mierzymy od prostej prostopadłej do powierzchni.
Dla przejścia do powietrza sinαgr=1/n. Kąt 45° daje n≈1,414. Przy użyciu półkolistego bloku promień przechodzący przez środek krzywizny pada na zakrzywioną granicę prostopadle; to pomaga oddzielić badane zjawisko na płaskiej ściance od dodatkowego załamania przy wejściu.
Pomiar ogniskowej i załamanie
Na stabilnym krótkim torze ustaw oświetlony przedmiot, soczewkę skupiającą i ekran. Przesuń ekran do ostrego rzeczywistego obrazu, zmierz x i y od przyjętej płaszczyzny soczewki. Powtórz dla kilku położeń i oblicz f=xy/(x+y). Grubość soczewki, aberracje i ocena ostrości wpływają na wynik.
Przezroczysty półkrążek akrylowy w szkolnym zestawie pozwala badać załamanie oraz kąt graniczny od strony gęstszego optycznie ośrodka. Ustaw promień przez środek krzywizny, aby wejście przez krzywą powierzchnię nie wnosiło dodatkowego załamania. Zmieniaj kąt na powierzchni płaskiej, obserwując odbicie i załamanie. Rysunek, zdjęcie i tabela powinny pokazywać tę samą normalną i granicę ośrodków.
Nie szukaj tylko jednego ostrego ustawienia
Dla cienkiej soczewki skupiającej i rzeczywistego obrazu 1/f=1/x+1/y. Para x=30 cm,y=60 cm daje f=20 cm. Taką samą ogniskową powinny dać 40 cm i 40 cm oraz 60 cm i 30 cm. Kilka par pozwala sprawdzić model i zauważyć błąd odczytu, który jedna para mogłaby ukryć.
Odległości mierzymy od modelowej płaszczyzny soczewki, a ekran ustawiamy prostopadle do osi. Ostry fragment obrazu przy przechylonym ekranie nie oznacza ostrości całej płaszczyzny. Przedmiot ma być oświetlony, lecz światło nie powinno oślepiać ani przegrzewać elementów; szkolne źródło zastępuje skupianie promieni Słońca.
Prosta po zamianie współrzędnych
Przepisanie wzoru daje 1/y=1/f−1/x. Wykres 1/y od 1/x ma nachylenie−1, a wyraz wolny 1/f. Odwrotności zapisujemy w tych samych jednostkach, np.cm⁻¹. Przy f=20 cm wyraz wolny to 0,05 cm⁻¹, nie 20 cm.
Odległość x bliska f powoduje bardzo duże y. Niepewność ustawienia może wtedy istotnie wpływać na położenie ostrego obrazu. Brak obrazu na krótkiej ławie nie musi więc oznaczać uszkodzonej soczewki. Dla x mniejszego niż f obraz jest pozorny i zwykły ekran nie uchwyci go po drugiej stronie.
Zadania do tego tematu
- Ogniskowa z pary odległości obrazu rzeczywistego
- Kąt od powierzchni zamiast od normalnej
- Współczynnik załamania z kąta granicznego
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto