XXIX OLIMPIADA FIZYCZNA (1979/1980). Etap II, zadanie doświadczalne D.



Podobne dokumenty
ROZWIĄZANIA ZADAŃ Zestaw P3 Odpowiedzi do zadań zamkniętych

W. Guzicki Zadanie 23 z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

Matematyka:Matematyka I - ćwiczenia/granice funkcji

TEST WIADOMOŚCI: Równania i układy równań

KARTY PRACY UCZNIA. Twierdzenie Pitagorasa i jego zastosowanie. samodzielnej pracy ucznia. Zawarte w nich treści są ułożone w taki sposób,

Zadanie I. 2. Gdzie w przestrzeni usytuowane są punkty (w której ćwiartce leży dany punkt):

PLANIMETRIA. Poziom podstawowy

1 Granice funkcji. Definicja 1 (Granica w sensie Cauchy ego). Mówimy, że liczba g jest granicą funkcji f(x) w punkcie x = a, co zapisujemy.

Optyka geometryczna i falowa

Ćwiczenie nr 2 Zbiory rozmyte logika rozmyta Rozmywanie, wnioskowanie, baza reguł, wyostrzanie

NUMER IDENTYFIKATORA:

Geometria Wykreślna Wykład 3

BAZA ZADAŃ KLASA 3 TECHNIKUM LOGARYTMY I FUNKCJA WYKŁADNICZA. 1. Oblicz: a) b) c) d) e)* f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) p) r)

Zadania z parametrem

14.Rozwiązywanie zadań tekstowych wykorzystujących równania i nierówności kwadratowe.

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA 2006/2007 Zawody II stopnia

SPRAWDZIANY Z MATEMATYKI

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Harmonogramowanie projektów Zarządzanie czasem

KONKURSY MATEMATYCZNE. Treść zadań

Odpowiedzi i schematy oceniania Arkusz 23 Zadania zamknięte. Wskazówki do rozwiązania. Iloczyn dwóch liczb ujemnych jest liczbą dodatnią, zatem

PRZETWORNIK NAPIĘCIE - CZĘSTOTLIWOŚĆ W UKŁADZIE ILORAZOWYM

Przykłady wybranych fragmentów prac egzaminacyjnych z komentarzami Technik ochrony fizycznej osób i mienia 515[01]

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

STA T T A YSTYKA Korelacja

TWIERDZENIE PITAGORASA

Segment B.XII Opór elektryczny Przygotował: Michał Zawada

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Matematyki. dla uczniów szkół podstawowych - etap szkolny

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI MAJ 2011 POZIOM ROZSZERZONY. Czas pracy: 180 minut. Liczba punktów do uzyskania: 50 WPISUJE ZDAJĄCY

14P2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM PODSTAWOWY

MATEMATYKA 4 INSTYTUT MEDICUS FUNKCJA KWADRATOWA. Kurs przygotowawczy na studia medyczne. Rok szkolny 2010/2011. tel

Trenuj przed sprawdzianem! Matematyka Test 4

22 PRĄD STAŁY. CZĘŚĆ 1

Bazy danych. Andrzej Łachwa, UJ, /15

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 23 marca 2012 r. zawody III stopnia (finałowe)

Arkusz maturalny treningowy nr 7. W zadaniach 1. do 20. wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawną odpowiedź.

MATEMATYKA 9. INSTYTUT MEDICUS Kurs przygotowawczy do matury i rekrutacji na studia medyczne Rok 2017/2018 FUNKCJE WYKŁADNICZE, LOGARYTMY

LXV OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

Kwantowa natura promieniowania elektromagnetycznego

Zadanie 3 - (7 punktów) Iloczyn składników Jeśli zapis liczby 22 w postaci sumy zawiera składnik 1, lepiej pogrupować go z innym składnikiem

P 0max. P max. = P max = 0; 9 20 = 18 W. U 2 0max. U 0max = q P 0max = p 18 2 = 6 V. D = T = U 0 = D E ; = 6

1. Rozwiązać układ równań { x 2 = 2y 1

Test F- Snedecora. będzie zmienną losową chi-kwadrat o k 1 stopniach swobody a χ

Test całoroczny z matematyki. Wersja A

PRZYK ADOWY ARKUSZ EGZAMINACYJNY Z MATEMATYKI

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Programowanie obrabiarek CNC. Nr H8

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM MATEMATYKA

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Matematyki dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2012/2013

3b. Rozwiązywanie zadań ze skali mapy

Kurs wyrównawczy dla kandydatów i studentów UTP

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

ETAP I KONKURSU MATEMATYCZNEGO CONTINUUM

Zadania. SiOD Cwiczenie 1 ;

Temat: Funkcje. Własności ogólne. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

POMIAR OGNISKOWEJ SOCZEWEK METODĄ BESSELA

BLOK I. 3. Korzystając z definicji pochodnej w punkcie, obliczyć pochodne podanych funkcji we wskazanych punktach:

Zadanie 21. Stok narciarski

Temat: Co to jest optymalizacja? Maksymalizacja objętości naczynia prostopadłościennego za pomocą arkusza kalkulacyjngo.

Kratownice Wieża Eiffel a

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Wykład 7. Obliczenia wytrzymałościowe prętów skręcanych. Skręcanie sprężyste i sprężysto - plastyczne.

I. LOGICZNE STRUKTURY DRZEWIASTE

9. Dyfrakcja światła laserowego na tkaninach i siatce dyfrakcyjnej oraz promieni X na krysztale. Obliczenia dyfrakcyjne.

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

XIII KONKURS MATEMATYCZNY

Jakie są te obowiązki wg MSR 41 i MSR 1, a jakie są w tym względzie wymagania ustawy o rachunkowości?

Temat ćwiczenia: Analiza pojedynczego zdjęcia lotniczego

2.Prawo zachowania masy

MATERIAŁY DIAGNOSTYCZNE Z MATEMATYKI

Efektywność nauczania w Gimnazjum w Lutyni

Błędy fotografii akwarystycznej

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

'()(*+,-./01(23/*4*567/8/23/*98:)2(!."/+)012+3$%-4#"4"$5012#-4#"4-6017%*,4.!"#$!"#%&"!!!"#$%&"#'()%*+,-+

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI CZERWIEC 2012 POZIOM PODSTAWOWY. Czas pracy: 170 minut. Liczba punktów do uzyskania: 50 WPISUJE ZDAJĄCY

Kod pracy. Po udzieleniu odpowiedzi do zadań 1 20, wypełnij tabelkę

Pomiary napięć i prądów w obwodach prądu stałego

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM MATEMATYKA

Przykłady wybranych fragmentów prac egzaminacyjnych z komentarzami Technik technologii odzieży 311[34]

s n = a k (2) lim s n = S, to szereg (1) nazywamy zbieżnym. W przeciwnym przypadku mówimy, że szereg jest rozbieżny.

EGZAMIN MATURALNY 2013 MATEMATYKA

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Matematyki dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2011/2012

K P K P R K P R D K P R D W

Instrukcja do ćwiczenia Kompensacja mocy biernej

Ćwiczenie nr 6 BADANIE WYDAJNOŚCI KOMPRESOROWEJ POMPY CIEPŁA

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Statystyczna analiza danych w programie STATISTICA. Dariusz Gozdowski. Katedra Doświadczalnictwa i Bioinformatyki Wydział Rolnictwa i Biologii SGGW

Zagospodarowanie magazynu

Czy zdążyłbyś w czasie, w jakim potrzebuje światło słoneczne, aby dotrzeć do Saturna, oglądnąć polski hit kinowy: Nad życie Anny Pluteckiej-Mesjasz?

NACZYNIE WZBIORCZE INSTRUKCJA OBSŁUGI INSTRUKCJA INSTALOWANIA

Wyznaczanie wartości współczynnika załamania

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

ZESPÓŁ DO SPRAW ORGANIZACYJNO- GOSPODARCZYCH

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

RZUTOWANIE AKSONOMETRYCZNE

Transkrypt:

9OF_II_D KO OF Szczecin: www.o.szc.pl XXIX OLIMPIADA FIZYCZNA (979/98). Etap II, zadanie doświadczalne D. Źródło: W. Gorzkowski: Olimpiady izyczne XXIII i XXIV. WSiP, Warszawa 977. Autor: Waldemar Gorzkowski, KG OF Nazwa zadania: Optyczna czarna skrzynka Działy: Słowa kluczowe: Optyka geometryczna Pryzmat, soczewka, ogniskowa, odbicie światła, załamanie światła, czarna skrzynka Zadanie 6, doświadczalne D, zawody stopnia II, XXIX OF. Dana jest czarna skrzynka w postaci pudełka z dwoma otworami i (rys. ), zawierająca pewien układ optyczny. Wiadomo, Ŝe układ ten składa się z soczewki cienkiej umieszczonej przy jednym z otworów i pryzmatu o kątach 9, 45 i 45. Mając do dyspozycji: źródło światła Ŝarówkę z baterią, papier milimetrowy ( arkusz ormatu A3), ekran z podstawką, ustal: - jak ustawione są soczewka i pryzmat w czarnej skrzynce, - jaka jest ogniskowa soczewki. Uwaga: Opracowanie danych moŝna sobie ułatwić przez udowodnienie, a następnie skorzystanie z następującego twierdzenia: Prosta przechodząca przez punkt o współrzędnych (, ) przecina osie współrzędnych w punktach i y takich, Ŝe: y Astygmatyzm układu zaniedbujemy. Rozwiązanie Z aktu, Ŝe przez pudełko moŝna patrzeć na wprost jak przez lupę, która dodatkowo odbija w płaszczyźnie prostopadłej do podstawy pudełka i równoległej do odcinka łączącego otwory, jak równieŝ z aktu, Ŝe obraz jest bez aberracji chromatycznej wynika, Ŝe soczewka jest soczewką skupiającą, a w pryzmacie musi zachodzić zwierciadlane odbicie obrazu. Stąd wynika, Ŝe promienie w pryzmacie biegną jak na rysunku (ściana trójkąta jest równoległa do podstawy pudełka, a przeciwprostokątna jest równoległa do prostej łączącej otwory). Dla uproszczenia zaznaczono tylko dwa promienie, aby wykazać, Ŝe w rozwaŝanej koniguracji zachodzi odwrócenie obrazu. Tak więc pryzmat i soczewka są ustawione jedno za drugim, a na przeciwprostokątnej zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie promieni. NaleŜy teraz rozstrzygnąć, przy którym otworze, nr czy nr, znajduje się soczewka (na pierwszy rzut oka nie moŝna tego zrobić, gdyŝ w jednym z otworów umieszczona jest soczewka, a przy drugim cienka szybka). Oprac. PDFiA US, 6 - /6 - www.dydaktyka.izyka.szc.pl

9OF_II_D KO OF Szczecin: www.o.szc.pl Rys. Całkowite wewnętrzne odbicie Rys. I tak przy połoŝeniu I i II (rys. 3) czarna skrzynka jest ustawiona otworem nr bliŝej przedmiotu, a w połoŝeniach III i IV (po odwróceniu pudełka) jest ustawiona otworem nr bliŝej przedmiotu. Wynik eksperymentu jest mniej więcej taki, jak pokazano na rysunku 3. Rozpatrując dwie hipotezy, Ŝe soczewka jest przy otworze albo przy otworze, wynik eksperymentu moŝemy przedstawić jak na rysunku 4. Przyjęcie hipotezy, Ŝe soczewka jest umieszczona przy otworze (po odwróceniu pudełka), prowadzi do zmiany połoŝenia soczewki o odległość większą niŝ średnica pudełka ( cm), podczas gdy zmiana połoŝenia soczewki musi być porównywalna ze zmianą ogniskowej przy przechodzeniu światła przez szkło pryzmatu (wydłuŝenie drogi optycznej, zmiana zbieŝności wiązki). Stąd wniosek, Ŝe soczewka musi być umieszczona przy otworze. NaleŜy teraz wyznaczyć ogniskową soczewki. Najpierw udowodnimy twierdzenie podane w temacie zadania. Oprac. PDFiA US, 6 - /6 - www.dydaktyka.izyka.szc.pl

9OF_II_D KO OF Szczecin: www.o.szc.pl I II III IV źródło ekran Rys. 3 I - II Soczewka przy otworze III - IV I - II Soczewka przy otworze III - IV Rys. 4 Prosta przechodząca przez punkt o współrzędnych (, ) przecina osie współrzędnych w punktach i y takich, Ŝe spełnione jest równanie: y () ZałóŜmy, Ŝe równanie prostej ma postać y a b Na prostej tej ma leŝeć punkt (, ), to znaczy skąd wynika, Ŝe a b b ( a) a zatem Oprac. PDFiA US, 6-3/6 - www.dydaktyka.izyka.szc.pl

9OF_II_D KO OF Szczecin: www.o.szc.pl y a ( a) () skąd wynika, Ŝe: dla y a a dla o y ( a) a wartości i y spełniają równanie (). Oznacza to, Ŝe aby wyznaczyć graicznie ogniskową soczewki na wykresie y () (gdzie odległość przedmiotu od soczewki, a y odległość obrazu od soczewki) naleŝy połączyć ze sobą punkty (, ) i (, y ). Punkt leŝący na przecięciu tej prostej z prostą y ma współrzędne (, ). Wiedząc, przy którym otworze umieszczona jest soczewka, moŝemy wyznaczyć zaleŝność odległości y obraz soczewka (poprzez pryzmat) od odległości przedmiot soczewka. Odległość y nie jest równa odległości obrazu od soczewki y. Wielkości te róŝnią o się nieznaną zmianę połoŝenia obrazu s związaną z przechodzeniem światła przez pryzmat y' y s (3) Zgodnie z wzorem soczewkowym musi zachodzić związek y Ogniskową soczewki znajdujemy metodą graiczną wykorzystując podane twierdzenie. Na osi odkładamy kolejno wartości pomiaru odległości, a na osi y odpowiadające im wartości y. Następnie tak dobieramy przesunięcie s punktów y wzdłuŝ osi y, aby proste łączące (, ) z (, y s), (, ) z (, y s), ( 3, ) z (, y 3 s) idt., przecinały się w jednym punkcie. MoŜna to zrobić po kilku próbach, wykorzystując akt, Ŝe punkt przecięcia musi leŝećna prostej y. Wielkość s oraz ogniskową moŝna równieŝ wyznaczyć rachunkowo bez korzystania z wykresu. MoŜna to zrobić na przykład tak: Najpierw, dla uproszczenia, rozpatrzmy powstanie obrazu, gdy mamy tylko samą soczewkę (Rys. 5a) przyjmując y oraz y. Wówczas z (4) mamy: oraz y (5) y JeŜeli teraz za soczewką ustawimy pryzmat, który w kaŝdym przypadku przesunie obraz o wielkość s, wówczas będziemy mieli sytuację przedstawioną na rysunku 5b. Oprac. PDFiA US, 6-4/6 - www.dydaktyka.izyka.szc.pl

9OF_II_D KO OF Szczecin: www.o.szc.pl a y y b y s y s źródło ekran Rys. 5 Na podstawie związków (5) i (3) mamy y' s oraz: (6) y' s Skąd wynikają związki ' y s, y s (7) ' czyli: s y', s y' W jednej z prac otrzymano wyniki: 8, cm y 3 cm 9,3 cm y 9,7 cm s s s,7 cm (8) Oprac. PDFiA US, 6-5/6 - www.dydaktyka.izyka.szc.pl

9OF_II_D KO OF Szczecin: www.o.szc.pl a obliczona ogniskowa soczewki po uwzględnieniu przesunięcia wynosi 6,3 cm. Warto zauwaŝyć, Ŝe z wartości przesunięcia obrazu s moŝna oszacować dość dokładnie długość podstawy pryzmatu na podstawie wzoru (wyprowadzenie pozostawiam czytelnikom) s l n cos cos α β cos ( α β) gdzie l długość podstawy pryzmatu, n współczynnik załamania szkła pryzmatu, np. n,6, α kąt padania (α 45 ), β kąt załamania. Zadanie sprawiło zawodnikom wiele kłopotów. Przede wszystkim nie wszyscy potraili określić i w pełni uzasadnić połoŝenia soczewki i pryzmatu oraz bieg promieni w pryzmacie. Tylko w kilku rozwiązaniach uwzględniono akt zmiany drogi optycznej w pryzmacie w porównaniu z drogą promienia, który biegłby bezpośrednio z soczewki. Olbrzymia większość zawodników przyjęła y y i na tej podstawie obliczyła ogniskową soczewki. Ci, którzy korzystali z metody wykresów, przypisywali akt nie przecinania się prostych w jednym punkcie błędom eksperymentalnym. Tylko kilku uczniów zauwaŝyło, Ŝe punkt przecięcia musi jednocześnie leŝeć na prostej y. Jedynie dwóch uczestników zauwaŝyło, Ŝe istnieją całkowicie równowaŝne połoŝenia pryzmatu nierozróŝnialne metodami optycznymi (Rys. 6). Wielu uczniów znajdowało połoŝenie soczewki, badając obraz Ŝarówki odbity od powierzchni szkła w otworku. Od strony soczewki widać było dwa obrazy charakterystyczne dla odbić od powierzchni kulistych. Taka metoda jest całkowicie poprawna. pryzmat soczewka Rys. 6 Oprac. PDFiA US, 6-6/6 - www.dydaktyka.izyka.szc.pl