LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE Ćwiczenie nr 7 Temat: Pomiar kąta załamania i kąta odbicia światła. Sposoby korekcji wad wzroku. 1. Wprowadzenie Zestaw ćwiczeniowy został zaprojektowany, aby możliwe było łatwe i wyraźne pokazywanie zjawisk i urządzeń optycznych wykorzystywanych w optyce. Użycie lasera (lub diody laserowej) jako źródła światła pozwala na zrozumienie zasady działania prostych układów optycznych, ale również i układów bardziej złożonych. W niniejszej instrukcji opisane są doświadczenia, które należy zrealizować podczas zajęć laboratoryjnych w pracowni fizyki. Każde doświadczenie składa się z 3 części: Prosty opis doświadczenia Schemat doświadczenia Schemat przedstawiający elementy, które znajdują się przed użytkownikiem. Zestaw zawiera bardzo ważny element, potrzebny do wykonania doświadczeń: laserowe źródło światła, które właściwie składa się z pięciu diod laserowych. To źródło światła jest modelem wiązki światła o promieniach równoległych. Można użyć również klasycznej diody laserowej, ale konieczne jest jej dostosowanie do zestawu. UWAGA: Należy unikać wszelkiego bezpośredniego kontaktu oka z promieniem lasera.. Wykaz elementów znajdujących się w zestawie Spis elementów: - 4 soczewki dwuwypukłe, - soczewka dwuwklęsła, 1
- mała i duża soczewka płasko wypukła, - mała soczewka płasko - wklęsła, - zwierciadła: płaskie, wypukłe i wklęsłe, - płytka o równoległych bokach - pryzmat, - światłowód. Zakładki: A model oka, B aparat fotograficzny, C teleskop Galileusza, D teleskop Keplera, E Korekta aberracji optycznych, F Tarcza optyczna. 3. Zadania do wykonania: 3.1. Odbicie od zwierciadła płaskiego Wykazanie prawa odbicia. Promień światła trafiający w płaskie lustro pod kątem α ulega odbiciu pod tym samym kątem β. α=β Pomiar obu kątów w stosunku do normalnej do lustra płaskiego. 3.. Odbicie promieni światła od zwierciadła wklęsłego: 3..1.Promienie są równoległe do osi optycznej
Odległość ogniskowa f lustra wklęsłego jest określana odległością VF. Promień krzywizny można wyliczyć stosując następujący wzór: f = Odległość VS jest razy większa niż odległość VF, gdzie S jest środkiem krzywizny, a F ogniskiem przedmiotu. r 3...Promienie nie są równoległe do osi optycznej Oś φ, która jest prostopadła do osi optycznej, i która przechodzi przez ognisko przedmiotu F pozwala oznaczyć płaszczyznę ogniskową lustra wklęsłego. Wszystkie równoległe promienie, odbite od lustra, przecinają się w jednym punkcie osi φ. Gdy promienie te są równoległe do osi optycznej punkt ten nazywa się ogniskiem (F). 3
3.3. Odbicie promieni światła od zwierciadła wypukłego: 3.3.1.Promienie są równoległe do osi optycznej Promienie równoległe do osi optycznej, odbite od lustra wklęsłego, zdają się pochodzić z jednego punktu znajdującego się za lustrem. Punkt ten nazywa się ogniskiem obrazowym. Długość VF określa odległość ogniskową f lustra. Promień krzywizny można wyliczyć stosując wzór: f = Odległość VS jest razy większa niż odległość VF, gdzie S jest środkiem krzywizny, a F jest ogniskiem obrazowym. r 3.3..Promienie nie są równoległe do osi optycznej Oś φ, która jest prostopadła do osi optycznej, i która przechodzi przez ognisko przedmiotu F pozwala oznaczyć płaszczyznę ogniskową lustra wypukłego. Wszystkie równoległe promienie odbite od lustra zdają się przechodzić z jednego punktu na płaszczyźnie φ. Gdy promienie te są równoległe do osi optycznej punkt ten znajduje się na osi. 4
3.4. Załamanie światła na granicy powietrze szkło (Zakładka F) Gdy światło przechodzi z jednego otoczenia charakteryzującego się współczynnikiem załamania n 1 do innego otoczenia o współczynniku n, to jego kierunek zmienia się zgodnie z prawem Kartezjusza: n 1 sinα = n sinβ gdzie α jest kątem padania w otoczeniu n 1, a β jest kątem załamania w otoczeniu n. Kąty oznaczane są w odniesieniu do normalnej do płaszczyzny oddzielającej obydwa otoczenia. 3.5. Załamanie światła na granicy szkło powietrze (Zakładka F) Promień zostaje załamany pod kątem β, dużo większym niż kąt padania α. 5
3.6. Model oka normalnego (Zakładka A) Promienie równoległe do osi optycznej po przejściu przez soczewkę stymulującą oko (bez korekty) przecinają się w jednym punkcie na siatkówce. Należy umieścić soczewkę (1) bezpośrednio za linią O na zakładce A. 3.7. Model oka krótkowzrocznego (Zakładka A) Promienie równoległe do osi optycznej po przejściu przez soczewkę stymulującą oko (bez korekty) przecinają się w jednym punkcie przed siatkówką. Należy umieścić soczewkę () bezpośrednio za linią O i na zakładce między liniami O 1 i O umieścić soczewkę korygującą. 6
3.8. Model oka starczowzrocznego (Zakładka A) Promienie równoległe do osi optycznej po przejściu przez soczewkę stymulującą oko (bez korekty) przecinają się w jednym punkcie za siatkówką. Soczewka korygująca powinna być soczewką skupiającą. Odległość ogniskowa f układu oko + soczewka wynosi: f ' = f ' f ' 1 1 f ' + f gdzie f 1 jest odległością ogniskową soczewki reprezentującej oko (3) a f jest odległością ogniskową soczewki korygującej. ' 7