Nauka o œwietle. (optyka)

Transkrypt

1 Nauka o œwietle (optyka)

2 11

3 Nauka o œwietle (optyka) 198 Prostopad³oœcienne pude³ka, wykonane z tektury, posiadaj¹ z boku po cztery okienka (,, C, D). Do okienek kierujemy równoleg³e wi¹zki promieni. Zauwa amy, e z pierwszego pude³ka wychodzi wi¹zka promieni równoleg³ych przez okienko D, a z drugiego wychodz¹ dwie (wê sze) wi¹zki promieni równoleg³ych przez okienka id. a Jak myœlisz, co znajduje siê we wnêtrzu pierwszego pude³ka, a co we wnêtrzu drugiego? D D C C b Uzupe³nij rysunki. 199 ** Stoj¹c przed zwierciad³em p³askim stanowimy dla niego przedmiot. Promienie œwietlne rozproszone od naszej postaci rozchodz¹ siê we wszystkich kierunkach. Czêœæ z nich pada na zwierciad³o, ulega odbiciu (z zachowaniem prawa odbicia). Niektóre z promieni odbitych trafiaj¹ do naszych oczu i wtedy widzimy w zwierciadle te szczegó³y naszej postaci 1, od których te promienie 0,6 m zosta³y rozproszone. Magda stanê³a przed lustrem, aby zobaczyæ swoje stopy w nowych butach oraz 1,6 m sprawdziæ, czy d³ugoœæ spódnicy jest odpowiednia. Wysokoœæ Magdy wynosi 1,6 m, a wysokoœæ lustra 0,6 m. Lustro jest zawieszone na œcianie tak, jak pokazuje rysunek. 1 Œciœle mówi¹c, ich obrazy pozorne. 130 Rozwi¹zania na str. 278, 279

4 Zadania 11 a Czy Magda zobaczy w tym lustrze obraz pozorny swoich stóp? b Czy zobaczy w tym lustrze dó³ swojej spódnicy? c Czy odpowiedzi na pytania a i b ulegn¹ zmianie, gdy Magda stanie w innej odleg³oœci od lustra? Uzasadnij wszystkie odpowiedzi. d Ile powinna wynosiæ minimalna wysokoœæ lustra, aby Magda mog³a w nim zobaczyæ odbicie (obraz pozorny) ca³ej swojej postaci? 200 ** Zadanie to jest kontynuacj¹ poprzedniego. Magda przekonawszy siê, e zbli anie lub oddalanie siê od lustra nie daje oczekiwanego wyniku, zdjê³a lustro i postawi³a je na pod³odze, opieraj¹c pionowo o œcianê. Spodziewa³a siê, e teraz bêdzie mog³a zobaczyæ odbicie swoich nóg w nowych butach. a Czy by³ to dobry pomys³? b W sklepach z obuwiem znajduj¹ siê jednak ca³kiem niewielkie, stoj¹ce na pod³odze lusterka, których klienci z powodzeniem u ywaj¹, podejmuj¹c decyzjê o wyborze butów. Wyjaœnij, jak to jest mo liwe. Jeœli aden pomys³ nie przychodzi ci do g³owy, idÿ do odpowiedniego sklepu i zobacz, jak te lustra s¹ ustawione. 201 * Przed zwierciad³em kulistym wklês³ym umieszczono kwiatek. F a Skontruuj obraz tego kwiatka. b Czy jest to obraz rzeczywisty, czy pozorny? Rozwi¹zania na str. 278, 279,

5 Nauka o œwietle (optyka) 202 * Za pomoc¹ soczewki otrzymano pomniejszony, rzeczywisty obraz oœwietlonego przedmiotu.? Czy otrzymamy obraz, je eli po³owê soczewki os³onimy czarnym papierem? Czy mo e otrzymamy po³owê obrazu? 203 * Do dwóch czarnych skrzynek opisanych ju w zadaniu 1., przez okienka wchodz¹ równoleg³e wi¹zki œwiat³a. Przez okienko C pierwszej skrzynki 1. D 2. D C C 132 Rozwi¹zania na str. 281

6 Zadania 11 wychodzi taka sama równoleg³a wi¹zka, natomiast przez okienko C drugiej wi¹zka równoleg³a, ale o mniejszej œrednicy. Jak myœlisz, co znajduje siê w pierwszej skrzynce, a co w drugiej? Napisz odpowiedÿ i uzupe³nij rysunek. 204 * Do soczewki skupiaj¹cej o ogniskowej f zbli amy pal¹c¹ siê œwieczkê z odleg³oœci x 3 f do odleg³oœci x 2 f od soczewki. 1 2 a Wykonaj starannie konstrukcjê dwóch obrazów œwieczki utworzonych przez soczewkê dla odleg³oœci: pocz¹tkowej i koñcowej. b Oszacuj, na podstawie rysunków, odleg³oœci y 1 i y 2 utworzonych obrazów (wyraÿ te odleg³oœci przez ogniskow¹ soczewki). c Na podstawie otrzymanych wartoœci y 1 i y 2 oszacuj wartoœæ przemieszczenia obrazu œwieczki, gdy przemieszczenie œwieczki mia³o wartoœæ x x 3f 2f f. 1 2 d Oszacuj, ile razy (w tym przypadku) œrednia szybkoœæ przemieszczania siê œwieczki by³a wiêksza od œredniej szybkoœci przemieszczania siê jej obrazu. e Porównaj zwroty prêdkoœci œwieczki i jej obrazu (czy by³y one zgodne, czy przeciwne). 205 ** Jeœli masz w domu soczewkê skupiajac¹ (mo e to byæ soczewka okularów dalekowidza lub lupa), zbadaj zale noœæ odleg³oœci (y)rzeczywistego obrazu od soczewki od odleg³oœci (x) przedmiotu od soczewki: y( x). W tym celu: ekran soczewka y x Rozwi¹zania na str. 281, 282,

7 Nauka o œwietle (optyka) x (cm) y (cm) a Korzystaj¹c z promieni s³onecznych oszacuj ogniskow¹ soczewki: Umieœæ kartkê papieru w takiej odleg³oœci od niej, aby na kartce powsta³ jak najmniejszy kr¹ ek ( punkt œwietlny ); zmierz odleg³oœæ kartki od soczewki. b Umocuj na stole taœmê z podzia³k¹ centymetrow¹ (mo e to byæ centymetr krawiecki). Nad podzia³k¹ umieœæ arówkê (lampê sto³ow¹ lub nocn¹), tak jak pokazuje rysunek, oraz ustawion¹ pionowo tekturkê w uchwycie (ekran) mo e to byæ uchwyt z plasteliny. W³ókno arówki, œrodek soczewki i œrodek tekturki powinny znajdowaæ siê na jednej prostej poziomej. Odleg³oœæ od w³ókna arówki do ekranu nie mo e byæ mniejsza od czterech ogniskowych soczewki. Po w³¹czeniu lampy do kontaktu przesuwaj soczewkê lub ekran tak, aby na ekranie otrzymaæ ostry obraz œwiec¹cego w³ókna arówki, powiêkszony lub pomniejszony. Wiesz, e aby taki obraz powsta³, odleg³oœæ œwiec¹cego przedmiotu od soczewki musi byæ wiêksza od jej ogniskowej, oszacowanej w punkcie a. c Ustawiaj kolejno (kilkanaœcie razy) soczewkê w ró nych odleg³oœciach od arówki i przesuwaj ekran tak, aby otrzymaæ na nim ostry obraz w³ókna. Mierz za ka dym razem (z dok³adnoœci¹ do 1 cm) x i y. Zapisuj te wielkoœci w tabelce. d Wykonaj wykres zale noœci y( x), dobierajac na osiach odpowiedni¹ skalê. Zaznacz w ka dym punkcie niepewnoœci pomiarowe x y 1cm.Pona- niesieniu punktów narysuj najlepiej dobran¹ do nich krzyw¹. e Wiesz, e x y wtedy, gdy x y 2 f. Odszukaj taki punkt na wykresie i oblicz ogniskow¹ twojej soczewki. Zastanów siê, jak mo na oszacowaæ niepewnoœæ pomiarow¹ wyznaczonej w ten sposób ogniskowej soczewki f. 206 * Prêdkoœæ œwiat³a w powietrzu ma prawie tak¹ sam¹ wartoœæ, jak w pró ni, tzn. c km s, w wodzie: w km s, w szkle: sz km s. Ka dy z poni szych rysunków przedstawia dwie warstwy z dwóch ró nych oœrodków, granicz¹ce od góry i od do³u z trzecim. Oœrodki te to: powietrze, woda 134 Rozwi¹zania na str. 283, 284

8 Zadania 11 i szk³o. Na rysunkach pominiêto cienkie œcianki przezroczystego naczynia, w którym znajduje siê woda, jeœli od do³u graniczy z powietrzem. Na podstawie narysowanego biegu promieni œwietlnych rozpoznaj te oœrodki na ka dym rysunku. a b c d 207 Oko jest przyrz¹dem optycznym, w którym rzeczywisty, odwrócony, pomniejszony obraz powstaje na siatkówce. Istnieje na niej miejsce zwane plamk¹ œlep¹, pozbawione zakoñczeñ nerwowych. Powstaj¹cego w tym miejscu obrazu nie widzimy. Wykonaj nastêpuj¹ce doœwiadczenie: Rozwi¹zania na str

9 Nauka o œwietle (optyka) Zakryj lewe oko rêk¹. Prawym okiem patrz na krzy yk, jednoczeœnie zmieniaj¹c odleg³oœæ ksi¹ ki od oka. W pewnym momencie zauwa ysz, e kropka znika. Dlaczego? ** W doœwiadczeniu wyznaczono wartoœæ maksymalnej energii kinetycznej elektronów wyemitowanych z pewnego metalu pod wp³ywem naœwietlania promieniowaniem o ró nych d³ugoœciach fali 1. Wyniki podane s¹ w tabeli. Uwaga: 1eV 16, J. D³ugoœæ fali (nm) Maksymalna energia kinetyczna elektronów (ev) ,40 0,60 0,95 1,15 1,45 2,05 a Dla ka dej d³ugoœci fali oblicz czêstotliwoœæ promieniowania padaj¹cego na metal. Sporz¹dŸ now¹ tabelê, w której zamiast d³ugoœci fal bêd¹ wystêpowa³y czêstotliwoœci promieniowania, wyra one w hercach (Hz). b Na podstawie danych w tabeli sporz¹dÿ wykres zale noœci energii kinetycznej elektronów od czêstotliwoœci promieniowania: E k ( ). Uwzglêdnij tylko niepewnoœci pomiaru E k ( 0,05 ev), bowiem d³ugoœci fal (jak widaæ z tabeli) zosta³y wyznaczone z bardzo du ¹ dok³adnoœci¹. c Z wykresu wyznacz pracê wyjœcia dla metalu u ytego w doœwiadczeniu. d Wyznacz wartoœæ sta³ej Plancka w ev s, a nastêpnie wyraÿ j¹ w J s. e Oszacuj niepewnoœci pomiarowe bezwzglêdne i wzglêdne, z którymi w tym doœwiadczeniu zosta³y wyznaczone: praca wyjœcia W i sta³a Plancka h (nie 8 uwzglêdniaj niepewnoœci pomiarowych c 310 msi e 1, C, tzn. za³ó, e wartoœci te zosta³y wyznaczone z bardzo du ¹ dok³adnoœci¹). 209 * renica oka to otwór, którym œwiat³o wpada do oka. Jeœli œwiat³a jest za du o, Ÿrenica zwê a siê, jeœli za ma³o rozszerza siê. 1 Fale elektromagnetyczne zastosowane w doœwiadczeniu wysy³aj¹ pobudzone do œwiecenia pary rtêci. 136 Rozwi¹zania na str. 284, 285, 286

10 Zadania 11 Ni ej przedstawiono uk³ad stanowi¹cy model uk³adu reguluj¹cego wielkoœæ Ÿrenicy oka. Uk³ad zawiera fotokomórkê F i elektromagnes E. Opisz jego dzia³anie. oœ obrotu P Z p³ytka elazna œwiat³o F E 210 ** Na rysunku 1. przedstawiono schemat dzwonka elektrycznego. Na rysunku 2. przedstawiono sposób u ycia fotokomórki w systemie alarmowym. W chwili, gdy z³odziej wchodz¹c przez okno zas³oni swoim cia³em strumieñ œwiat³a lub promieniowania ultrafioletowego padajacego na fotokomórkê, w obwodzie fotokomórki przestaje p³yn¹æ pr¹d elektryczny i w³¹cza siê urz¹dzenie alarmowe. Po³¹cz schematy 1. i 2. w taki sposób, by tym urz¹dzeniem alarmowym by³ dzwonek elektryczny. Jeœli trzeba, u yj dodatkowych elementów, np. dodatkowego elektromagnesu p³ytka elazna Ÿród³o œwiat³a lub promieniowania ultrafioletowego Rozwi¹zania na str. 286,