XLIII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Podobne dokumenty
XL OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie doświadczalne

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Źródło: Komitet Główny Olimpiady Fizycznej A. Wysmołek; Fizyka w Szkole nr 1, Andrzej Wysmołek Komitet Główny Olimpiady Fizycznej, IFD UW.

Ć W I C Z E N I E N R O-3

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczenie ogniskowej soczewek za pomocą ławy optycznej.

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Piotr Targowski i Bernard Ziętek WYZNACZANIE MACIERZY [ABCD] UKŁADU OPTYCZNEGO

Ćwiczenie z fizyki Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki oraz współczynnika załamania światła

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Wyznaczanie wartości współczynnika załamania

Ćwiczenie 361 Badanie układu dwóch soczewek

XLVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie doświadczalne

WARUNKI TECHNICZNE 2. DEFINICJE

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

Graficzne opracowanie wyników pomiarów 1

LVII Olimpiada Fizyczna (2007/2008)

KOOF Szczecin:

Wyznaczanie ogniskowej soczewki za pomocą ławy optycznej

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK

Rozwiązanie: Część teoretyczna

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Soczewkami nazywamy ciała przeźroczyste ograniczone dwoma powierzchniami o promieniach krzywizn R 1 i R 2.

BADANIE MIKROSKOPU. POMIARY MAŁYCH DŁUGOŚCI

Optyka geometryczna - 2 Tadeusz M.Molenda Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński. Zwierciadła niepłaskie

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 53: Soczewki

Odgłosy z jaskini (11) Siatka odbiciowa

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

Opis matematyczny odbicia światła od zwierciadła kulistego i przejścia światła przez soczewki.

Ćwiczenie 53. Soczewki

f = -50 cm ma zdolność skupiającą

WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK

XXIX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Optyka 2012/13 powtórzenie

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA

XLVI OLIMPIADA FIZYCZNA (1996/1997). Stopień III, zadanie doświadczalne D

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK. Instrukcja wykonawcza

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej cienkiej soczewki skupiającej

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Fizyka fal cyrklem i linijką

Uwaga: Nie przesuwaj ani nie pochylaj stołu, na którym wykonujesz doświadczenie.

Wyniki pomiarów okresu drgań dla wahadła o długości l = 1,215 m i l = 0,5 cm.

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI

Dodatek 1. C f. A x. h 1 ( 2) y h x. powrót. xyf

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

BADANIE DRGAŃ TŁUMIONYCH WAHADŁA FIZYCZNEGO

Zasady konstrukcji obrazu z zastosowaniem płaszczyzn głównych

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

Tutaj powinny znaleźć się wyniki pomiarów (tabelki) potwierdzone przez prowadzacego zajęcia laboratoryjne i podpis dyżurujacego pracownika obsługi

XXXI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

Temat: SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

LXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

Wersja z dnia: Metoda piknometryczna jest metodą porównawczą. Wyznaczanie gęstości substancji ciekłych

Optyka. Wykład X Krzysztof Golec-Biernat. Zwierciadła i soczewki. Uniwersytet Rzeszowski, 20 grudnia 2017

ĆWICZENIE 13 TEORIA BŁĘDÓW POMIAROWYCH

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Strumień Prawo Gaussa Rozkład ładunku Płaszczyzna Płaszczyzny Prawo Gaussa i jego zastosowanie

LABORATORIUM Z FIZYKI

SCENARIUSZ LEKCJI Z WYKORZYSTANIEM TIK

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Optyka. Wykład XI Krzysztof Golec-Biernat. Równania zwierciadeł i soczewek. Uniwersytet Rzeszowski, 3 stycznia 2018

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Pomiar ogniskowych soczewek metodą Bessela

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

KOOF Szczecin:

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Ćw. nr 41. Wyznaczanie ogniskowych soczewek za pomocą wzoru soczewkowego

Zagadnienia: równanie soczewki, ogniskowa soczewki, powiększenie, geometryczna konstrukcja obrazu, działanie prostych przyrządów optycznych.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

SCENARIUSZ LEKCJI Temat lekcji: Soczewki i obrazy otrzymywane w soczewkach

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Materiały pomocnicze 14 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Klasa 3.Graniastosłupy.

Dmuchając nad otworem butelki można sprawić, że z butelki zacznie wydobywać się dźwięk.

Cairns (Australia): Szerokość: 16º 55' " Długość: 145º 46' " Sapporo (Japonia): Szerokość: 43º 3' " Długość: 141º 21' 15.

Ćw. nr 1. Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI 1

20. Na poniŝszym rysunku zaznaczono bieg promienia świetlnego 1. Podaj konstrukcję wyznaczającą kierunek padania promienia 2 na soczewkę.

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

Załamanie na granicy ośrodków

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

XXXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyny

Transkrypt:

XLIII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne ZADANIE D1 Nazwa zadania: Współczynnik załamania cieczy wyznaczany domową metodą Masz do dyspozycji: - cienkościenne, przezroczyste naczynie szklane w kształcie walca, - kawałek papieru milimetrowego, - taśmę klejącą, - linijkę, - nieznana ciecz, Wyznacz współczynnik załamania cieczy Wskazówka W przybliżeniu optyki geometrycznej równoległe promienie biegnące blisko prostej 0 0 w ośrodku o współczynniku n (patrz ryc7), po przejściu do ośrodka o współczynniku załamania n 0 <n przez granicę miedzy ośrodkami będącą wycinkiem sfery o promieniu R, przecinają się w punkcie odległym od powierzchni sfery o promieniu R, przecinają się w punkcie odległym od powierzchni sfery o R f n 1 n 0 Ryc7 W zestawach przygotowanych przez organizatorów zawodów role szklanego naczynia w kształcie walca pełniła szklanka o cienkich ściankach lub zlewka o średnicy od 6 do 10 cm Kawałek papieru milimetrowego miał wymiary zbliżone do 1,5 1,5 cm Nieznaną cieczą był roztwór wodny rivanolu o jasnym cytrynowym zabarwieniu ROZWIĄZANIE ZADANIA D1 Do powierzchni bocznej walcowego naczynia przyklejamy papier milimetrowy w taki sposób, aby jego część znajdowała się poniżej poziomu cieczy Zakładamy, że obserwator ogląda papier przez wodę i przez powietrze Pomijamy efekty związane z załamaniem światła w szkle Wykorzystując wskazówkę zawartą w zadaniu wyznaczamy powiększenie kątowe obrazu pozornego podziałki papieru milimetrowego przyklejonego do bocznej powierzchni walcowego naczynia

Przyjmuje się, że liniowy przedmiot jest umieszczony w cieczy (w rzeczywistości papier jest oddalony od powierzchni cieczy o grubości ścianki naczynia i przybiera kształt łuku) Na podstawie związku powiększenia kątowego z wymiarami przedmiotu (papier milimetrowy wystający nad powierzchnią cieczy) wyznaczamy współczynnik załamania światła w cieczy Znalezienie obrazu pozornego przedmiotu znajdującego się na bocznej powierzchni naczynia szklanego w kształcie walca Korzystając ze znajomości biegu promieni przechodzących przez ognisko zewnętrzne (punkt oddalony o f od powierzchni naczynia) i przez punkt 0 (ryc8) na osi walca dostajemy związki: z + R R, H h f + R + z H f h Ryc8 Po krótkich przekształceniach i oznaczeniu przez p H/h (powiększenie liniowe) mamy p + 1 f R p 1 Wykorzystując wzór na f podany we wskazówce dostajemy : n p n0 p + 1 Ponieważ w doświadczeniu mierzymy powiększenie kątowe p α należy znaleźć jego związek z powiększeniem liniowym p W tym celu założymy, że oko znajduje się w odległości x od powierzchni bocznej naczynia(ryc9) Powiększenie kątowe obrazu pozornego wynosi (ryc9) Ryc9 θ p α ϕ

Ponieważ kąty θ, φ są małe to można je zastąpić ich tangensami: H H p + z h h + z + z Biorąc pod uwagę, że z R(p-1) otrzymujemy : p α p + R Co po przekształceniu prowadzi do ( p 1) ' ( ) ( ) R p R Podstawiając wyrażenie na p α do wzoru na n/n 0 otrzymujemy ostatecznie: R 1 n n 1 0 + R 1 + 1 Zakładając, że x>>r można z dobrym przybliżeniem napisać: n n0 + 1 Wyrażenie to ma taka sama postać jak wzór (1) co oznacza, że w granicznym przypadku powiększenie kątowe p α i liniowe p posiadają te samą wartość Eksperyment Z boku szklanego naczynia przyklejamy kawałek papieru milimetrowego tak, aby kreski podziałki były prostopadłe do powierzchni cieczy Porównujemy (ryc10) rozmiary obrazu papieru milimetrowego z jego częścią wystającą ponad powierzchnię cieczy i na ich podstawie obliczamy p α Ryc10 P α 4 Zmieniając odległość x (ryc9) z jakiej obserwujemy naczynie można zauważyć zmiany wielkości powiększenia kątowego p α Z rozważań teoretycznych wynika, że najprostsze wyrażenie na stosunek n/n 0 otrzymujemy dla dużych odległości x (wzór (3) W miarę zwiększania odległości x popełniamy jednak większy błąd w ocenie powiększenia kątowego p α Należy więc wybrać optymalne (dla eksperymentatora) warunki pomiaru Gdy wybrana odległość x jest duża (np 50 cm),wtedy można korzystać ze wzoru (3),gdyż poprawka rzędu 1% wynikająca z różnicy między p α i p jest mała w porównaniu z błędem pomiaru powiększenia Gdy obserwujemy naczynie z mniejszej odległości (np x 5cm) różnica między wynikiem uzyskanym ze wzoru (3) lub () wynosi około 5% i jest porównywalna z błędem wnoszonym do statecznego wyniku przez niedokładność wyznaczenia powiększenia p α Przy

mniejszych wartościach x poprawka jest większa Tak więc w zależności od wybranej metody postępowania należy zmierzyć średnicę naczynia i odległość x ( wykorzystując linijkę) albo tego nie robić We wzorcowym doświadczeniu użyto czystej wody, szklanki o promieniu R 3cm i dokonano obserwacji z odległości x 5 cm Uzyskano wtedy wartość p α 1,80 ± 0, 5, co odpowiada współczynnikowi załamania dla wody n/n 0 1,33 ± 0, 06 (wzór ()) Dla porównania, korzystając ze wzoru uproszczonego (3), dla tych samych warunków eksperymentalnych otrzymujemy n/n 0 1,9 ± 0, 06 Przy obserwacji z dużej odległości (x 50 cm), ze wzoru (3), dostajemy p α 1,96 ± 0, 5, co daje n/n 0 1,3 ± 0, 06 Otrzymane wartości współczynnika załamania cieczy względem powietrza SA równe szukanemu współczynnikowi załamania, gdyż błąd wprowadzony przez podstawienie n 1 (zamiast dokładnej wartości n 0 1,0003) jest zaniedbywany w porównaniu z innymi błędami pomiarowymi Tylko niewielka część zawodników wybrała metodę rozwiązania zbliżoną do wzorcowej Nagminnie stosowano wzory obowiązujące dla soczewek cienkich Większość zawodników nie dostrzegała różnicy pomiędzy powiększeniem kątowym a liniowym Znalazła się też spora grupa rozwiązań, w których pomylono własności obrazów pozornych i rzeczywistych Bardzo często nie zwracano uwagi na to, który element doświadczenia ma największy wpływ na wynik końcowy Wielokrotnie mierzono np średnicę szklanego naczynia, natomiast pomiar powiększenia wnoszący największy błąd do wyniku końcowego wykonywano tylko raz Warto wspomnieć, że spora część zawodników rozwiązała zadanie innymi sposobami Wielu zawodników wykonało np bezpośredni pomiar odległości f opisanej we wskazówce W tym celu uczniowie naklejali z boku naczynia (poniżej poziomu cieczy) dwa paski papieru lub taśmy klejącej o jednakowej szerokości, symetrycznie względem jego średnicy (ryc11) Ryc11 Zamieniając odległość oka od powierzchni szklanki znajdowali położenie, w którym rozmiary kątowe pasków pokrywały się Mierząc odległość między powierzchnią szklanki i okiem uczniowie wyznaczyli wartość f, a następnie korzystając ze wskazówki obliczali szukana wartość współczynnika załamania n Metoda ta obarczona jest błędem systematycznym spowodowanym zaniedbaniem rozmiarów oka w porównaniu w porównaniu z f oraz trudnościami w dokładnym zmierzeniu odległości od oka do szklanki przy użyciu linijki Duża liczba sposobów rozwiązania problemu, które prowadzą do uzyskania dobrego wyniku końcowego sprawiła, że zadanie można ocenić jako udane Punktacja Pomysł i poprawne rozwiązanie teoretyczne 10 pkt Część eksperymentalna: a) wykonanie (możliwych do powtórzenia) pomiarów 5 pkt

a) zgodność metody pomiaru z rozwiązaniem teoretycznym 3 pkt b) poprawny wynik końcowy wraz z analizą błędu pomiaru pkt Źródło: Zadanie pochodzi z czasopisma Fizyka w Szkole 97/98r Komitet Okręgowy Olimpiady Fizycznej w Szczecinie wwwofszcpl