Ćwiczenie z fizyki Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki oraz współczynnika załamania światła



Podobne dokumenty
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

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

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Pomiar ogniskowych soczewek metodą Bessela

WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK

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

Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej cienkiej soczewki skupiającej

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

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

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

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI 1

Ćwiczenie 361 Badanie układu dwóch soczewek

Wyznaczanie ogniskowej soczewki za pomocą ławy optycznej

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

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK. Instrukcja wykonawcza

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

35 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2

Ć W I C Z E N I E N R O-3

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

TABELA INFORMACYJNA Imię i nazwisko autora opracowania wyników: Klasa: Ocena: Numery w dzienniku

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

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych. Wykład tutora na bazie wykładu prof. Marka Stankiewicza


LABORATORIUM Z FIZYKI

LABORATORIUM Z FIZYKI

Ćwiczenie 53. Soczewki

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

02. WYZNACZANIE WARTOŚCI PRZYSPIESZENIA W RUCHU JEDNOSTAJNIE PRZYSPIESZONYM ORAZ PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO Z WYKORZYSTANIEM RÓWNI POCHYŁEJ

Wstęp do teorii niepewności pomiaru. Danuta J. Michczyńska Adam Michczyński

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI

PODSTAWY OPRACOWANIA WYNIKÓW POMIARÓW Z ELEMENTAMI ANALIZY NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

Ćw. 2: Analiza błędów i niepewności pomiarowych

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

XLIII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Odchudzamy serię danych, czyli jak wykryć i usunąć wyniki obarczone błędami grubymi

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych. Wykład tutora na bazie wykładu prof. Marka Stankiewicza

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

BŁĘDY W POMIARACH BEZPOŚREDNICH

Podstawy opracowania wyników pomiarów

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

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

SCENARIUSZ LEKCJI Temat lekcji: Soczewki i obrazy otrzymywane w soczewkach

Niepewności pomiarów

Ćwiczenie 1. Metody określania niepewności pomiaru

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności statystycznych

KARTA INFORMACYJNA PRZEDMIOTU

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

Statystyczne Metody Opracowania Wyników Pomiarów

Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 34 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2. ZAŁAMANIE ŚWIATŁA. SOCZEWKI

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Rozkład normalny, niepewność standardowa typu A

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Fizyka (Biotechnologia)

WYZNACZANIE PRACY WYJŚCIA ELEKTRONÓW Z LAMPY KATODOWEJ

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

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Statystyczne Metody Opracowania Wyników Pomiarów

Zasady konstrukcji obrazu z zastosowaniem płaszczyzn głównych

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

Niepewność pomiaru. Wynik pomiaru X jest znany z możliwa do określenia niepewnością. jest bledem bezwzględnym pomiaru

Analiza korelacyjna i regresyjna

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

SCENARIUSZ LEKCJI Z WYKORZYSTANIEM TIK

Statystyczne Metody Opracowania Wyników Pomiarów

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

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

Wyznaczanie wartości współczynnika załamania

Teoria błędów. Wszystkie wartości wielkości fizycznych obarczone są pewnym błędem.

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

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

BADANIE MIKROSKOPU. POMIARY MAŁYCH DŁUGOŚCI

CECHOWANIE TERMOELEMENTU Fe-Mo I WYZNACZANIE PUNKTU INWERSJI

Dr inż. Paweł Fotowicz. Procedura obliczania niepewności pomiaru

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

Optyka 2012/13 powtórzenie

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Oszacowanie i rozkład t

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Zmierzyłem i co dalej? O opracowaniu pomiarów i analizie niepewności słów kilka

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 8, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

I PRACOWNIA FIZYCZNA, UMK TORUŃ

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 41: Busola stycznych

Transkrypt:

Ćwiczenie z fizyki Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki oraz współczynnika załamania światła Michał Łasica klasa IIId nr 13 22 grudnia 2006 1

1 Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki 1.1 Teoria Dla cienkiej soczewki odległość y, w której powstaje obraz przedmiotu oddalonego od niej o x jest związana z odległością x równaniem 1 x + 1 y = 1 f gdzie f to odległośc ogniskowa soczewki. Przekształcając to równanie można otrzymać wyrażenie na f w zależności od x i y: f = 1.2 Przebieg doświadczenia xy x + y Do doświadczenia została użyta zapalona świeca, ekran z kartki papieru oraz linijka z podziałką 1 mm. Wykonane zostało 6 prób, w których ustawiano świecę w różnych odległościach od ekranu i przesuwano soczewkę na osi świeca - ekran aż na ekranie pojawił się obraz płomienia świecy. Następnie mierzono odległość między soczewką i ekranem. Obraz pojawiający się na ekranie jest obrazem rzeczywistym, zatem odległości tej przypisuje się znak dodatni. Wyniki uzyskane w kolejnych próbach przedstawiam w tabeli: l. p. x+y [cm] y [cm] x [cm] 1 20,00 6,20 13,80 2 32,00 5,00 27,00 3 40,00 5,20 34,80 4 60,00 4,60 55,40 5 80,00 3,80 76,20 6 100,00 4,40 95,60 2

1.3 Obliczenie ogniskowej Dla każdej z prób można obliczyć ogniskową za pomocą równania podanego w częsci teoretycznej: l. p. f [cm] 1 4,28 2 4,22 3 4,52 4 4,25 5 3,62 6 4,21 Żadnej z otrzymanych wartości nie można odrzucić jako błąd gruby, a więc faktyczna wartość ogniskowej powinna być najlepiej przybliżana przez ich średnią arytmetyczną f = 4, 18cm 1.4 Dyskusja niepewności Ponieważ doświadczenie obejmowało kilka prób, nie jest konieczne szacowanie przedziału niepewności przez umowne przyjęcie niepewności odpowiadających stosowanym przyrządom, można go bowiem wyznaczyć korzystając z rozkładu Studenta. W tym celu obliczam odchylenia kolejnych pomiarów: l. p. f [cm] 1 0,10 2 0,04 3 0,34 4 0,07 5 0,56 6 0,02 Następnie obliczam średnie odchylenie standardowe serii ni=1 s = fi 2 = 0, 12 cm n(n 1) Rzeczywista wartość f zawiera się z danym prawdopodobieństwem w przedziale < f t s; f + t s >, gdzie t jest wartością funkcji Studenta dla tegoż prawdopodobieństwa przy określonej liczbie pomiarów (tu 6). Przedziały ufności f dla kilku prawdopodobieństw zamieszczam w tabeli: 3

1.5 Wnioski prawdopodobieństwo wartość t przedział f [cm] 80% 1,48 < 4, 00; 4, 36 > 90% 2,02 < 3, 94; 4, 42 > 95% 2,57 < 3, 87; 4, 49 > 99% 4,03 < 3, 70; 4, 66 > Wyniki te są dośc dobre jak na zastosowaną metodę, ich dokładność jest ograniczona względnie dużym rozrzutem pomiarów (choć żaden nie odbiega od pozostałych na tyle, aby go odrzucić). Może to wynikać z niedoskonałości metody: pewna niedokładność wynika ze skali linijki użytej do pomiaru odległości wpływ na błędy pomiarowe mogła mieć wielkość płomienia świecy i jego poruszanie się pod wpływem wiatru; ze względu na konieczność ustalania odległości względem konkretnego punktu płomienia/świecy mógł tu wystąpić błąd systematyczny Być może wyniki doświadczenia byłyby dokładniejsze, gdyby zastosowano inne źródło światła, np. niewielką żarówkę. 4

2 Doświadczalne wyznaczanie współczynnika załamania światła szkła 2.1 Teoria Promień świetlny przechodząc między ośrodkami ulega załamaniu zgodnie z prawem Snella: n 1 sin α = n 2 sin β gdzie n 1 i n 2 to współczynniki załamania kolejno ośrodka wejściowego i ośrodka wyjściowego, α to kąt padania, a β to kąt odbicia, przy czym promień padający i załamany leżą w jednej płaszczyźnie. Gdy ośrodkiem wejściowym jest powietrze, n 1 1. Równanie można przekształcić, by wyrażało n 2 (w doświadczeniu n s ) w zależności od kątów: n s = sin α sin β 2.2 Przebieg doświadczenia Do doświadczenia został użyty szklany prostopadłościan, styropianowa podstawka, kilka kartke papieru oraz trzy szpilki. Szklany prostpadłościan umieszczono na kartce położonej na podstawce, po czym wykonano 5 prób w których wetknięto dwie szpilki w styropian po obu stronach prostopadłościanu tuż przy jego ściankach w różnych odległościach, a trzecią tak, by obrazy wszystkich trzech pokrywały się przy patrzeniu przez szkło. Następnie połączono za pomocą linijki i ołówka punkty, w które były wbite szpilki. Przez pomiar długości odcinków na tak otrzymanym rysunku można wyrazić 5

sin α i sin β, a co za tym idzie n s : sin α = a b sin β = c d n s = ad bc Długości odcinków uzyskane w poszczególnych próbach przedstawiam w tabeli: l. p. a [cm] b [cm] c [cm] d [cm] 1 2,00 5,00 0,80 3,20 2 4,40 5,30 2,10 3,70 3 2,40 3,70 1,50 3,50 4 6,10 7,20 2,50 4,10 5 6,40 7,90 2,10 3,20 2.3 Obliczenie współczynnika załamania Korzystając z podanego wcześniej równania można dla każdej z prób obliczyć współczynnik załamania szkła: l. p. n s 1 1,60 2 1,46 3 1,51 4 1,39 5 1,23 Żadnego z wyników nie można uznać za obarczony błędem grubym, więc najbliższa rzeczywistej wartości współczynnika załamania szkła powinna być ich średnia arytmetyczna n s = 1, 44 2.4 Dyskusja niepewności Tak jak w poprzednim doświadczeniu, wykonano kilka prób, nie jest więc konieczne szacowanie przedziału niepewności przez umowne przyjęcie niepewności odpowiadających stosowanym przyrządom, można go bowiem wyznaczyć korzystając z rozkładu Studenta. W tym celu obliczam odchylenia kolejnych pomiarów: 6

l. p. n s 1 0,16 2 0,02 3 0,07 4 0,05 5 0,21 Następnie obliczam średnie odchylenie standardowe serii ni=1 s = n 2 si = 0, 06 n(n 1) Rzeczywista wartość n s zawiera się z danym prawdopodobieństwem w przedziale < n s t s; n s +t s >, gdzie t jest wartością funkcji Studenta dla tegoż prawdopodobieństwa przy określonej liczbie pomiarów (tu 5). Przedziały ufności n s dla kilku prawdopodobieństw zamieszczam w tabeli: 2.5 Wnioski prawdopodobieństwo wartość t przedział n s 80% 1,53 < 1, 35; 1, 53 > 90% 2,13 < 1, 31; 1, 57 > 95% 2,78 < 1, 27; 1, 61 > 99% 4,60 < 1, 16; 1, 72 > Wyniki te są raczej przeciętne, zastosowana metoda pomiaru nie pozwalała na osiągnięcie dużo większej dokładności. Na każdą próbę przypadało kilka pomiarów odległości, przez co kumulowała się niepewność wynikająca z milimetrowej podziałki linijki. Poza tym dokładność była ograniczona przez grubość szpilek i zdolności manualne przeprowadzających doświadczenie - ze względu na te ograniczenia szpilki mogły być wbijane mało precyzyjnie. Niedokładności wynikające z powyższych przyczyn miały tym większe znaczenienie, że mierzone w doświadczeniu odległości nie były w porównaniu do nich bardzo duże. Być może na uzyskanie lepszych wyników pozwoliłoby przeprowadzanie doświadczenia na większej powierzchni. 7