Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu Ć wiczenia laboratoryjne z fizyki Ćwiczenie 6 Wyznaczanie ogniskowych soczewek ze wzoru soczewkowego i metodą Bessela Kalisz, luty 2005 r. Opracował: Ryszard Maciejewski
Część doświadczalna Celem ćwiczenia jest: wyznaczenie ogniskowych soczewek skupiających i rozpraszających, wyznaczenie ogniskowych układu soczewek metodą Bessela. Pomiary i obliczenia Materiały i przyrządy ława optyczna, przedmiot (przesłona z otworem w kształcie litery Y), soczewki w uchwytach, źródło światła, ekran, Przebieg ćwiczenia. Sprawdzić poprawność ustawienia ławy optycznej (Uwaga! Odległość ekranu l > 4f), 2. umieścić badaną soczewkę w uchwycie na ławie optycznej, Rys. Zamontowana na ławie soczewka i przedmiot w kształcie litery Y 3. zmieniając położenie soczewki, doprowadzić do uzyskania ostrego obrazu na ekranie, - 2 -
Uwaga: - jeżeli nie możesz uzyskać ostrego obrazu zmień odległość ekranu od przedmiotu i następnie przesuwaj soczewką po ławie optycznej od jednego do drugiego skrajnego położenia soczewki; obserwuj obraz na ekranie, Rys. 2 Powstały obraz na ekranie 4. dla ostrego obrazu uzyskanego na ekranie odczytaj na podziałce ławy optycznej odległość przedmiotu p i obrazu o od soczewki, 5. dla tego położenia ekranu znajdź jeszcze jeden ostry obraz przedmiotu i dla niego również odczytaj odległości: przedmiotu p i obrazu o od soczewki, Rys. 3 Odczyt położenia soczewki na podziałce liniowej ławy optycznej - 3 -
6. powtórz pomiary dla kilku położeń ekranu, 7. pomiarów można dokonać także dla soczewek skupiających i układu soczewek: skupiająca + rozpraszająca, Rys. 4 Układ soczewek 8. dla każdego położenia ekranu obliczyć ogniskową f ze wzoru soczewkowego, 9. obliczyć wartości średnie f śr dla każdej z soczewek, 0. odczytane wartości p i o nanieść na osie współrzędnych na papierze milimetrowym (wartości p oś OX, zaś wartości o oś OY),. połączyć pary wartości p i o linią prostą (dla poszczególnych soczewek), 2. znaleźć (dla danej soczewki) wspólny punkt przecięcia i odczytać jego wartość f gr (jest to graficzny sposób wyznaczenia ogniskowej soczewki). 3. dla układu soczewek zastosować metodę Bessela. Zmierzyć odległość l oraz e między dwoma położeniami soczewek, przy których obraz na ekranie jest ostry. 4. zmienić położenie ekranu i powtórzyć pomiary z pkt. 8 (zobacz rys.), 5. obliczyć ogniskowe układu soczewek skupiających ze wzoru: f l = e 4l 2 2 6. obliczyć wartości średnie ogniskowych dla poszczególnych metod pomiarów. - 4 -
Tabela pomiarowa Ze wzoru soczewkowego Odległości Przedmiotu od ekranu l Przedmiotu od soczewki p Obrazu od soczewki a Ogniskowa f Wartość średnia f śr Ogniskowa wyznaczona graficznie- f gr Obraz powiększony Obraz pomniejszony Metoda Bessela Odległości Pomiar Pomiar 2 Przedmiotu od ekranu l Odległość między soczewkami e Ogniskowa f Wartość średnia f śr Wartość ogniskowej wyznaczona graficznie - f gr Pojęcia kluczowe Soczewki grube i cienkie, oś optyczna, środek optyczny soczewki, załamanie światła w soczewkach, ognisko, ogniskowa, zdolność skupiająca, dioptria, równanie soczewkowe, warunki stosowania równania soczewkowego, konstrukcja obrazu, powiększenie obrazu. Ocena błędów oszacować błąd odczytu na ławie optycznej, aby wyeliminować błąd paralaksy, oko w chwili odczytywania odpowiedniej podziałki skali, winno być umieszczone w płaszczyźnie prostopadłej do skali, wartości średnie p, o, obliczyć ze wzoru: - 5 -
- gdzie: n ilość pomiarów, x i wynik każdego pomiaru. x = n śr x i n i= Obliczyć błąd poszczególnego pomiaru jako odchylenie wartości pomiaru od wartości średniej ze wzoru: ε i = x i - x śr błąd p i o obliczyć jako błąd średniej arytmetycznej. Obliczyć odchylenie standardowe dla p i o (błąd średni kwadratowy średniej wartości) ze wzoru: σ = s n n( n ) i= ε 2 i Literatura uzupeł niają ca. Stanisław Szuba Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej 996 r. 2. Tadeusz Dryński Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN Warszawa967 r. 3. Henryk Szydłowski Pracownia fizyczna, PWN Warszawa 975 r. 4. Michał Halaunbrenner Ćwiczenia praktyczne z fizyki kurs średni, PZWSz 5. Jay Orear Fizyka, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, W-wa 998r. 6. R.Resnick, D.Halliday Fizyka dla studentów nauk przyrodniczych i technicznych, tom I, wydanie IV, PWN, Warszawa 980 r. 7. Marta Skorko Fizyka, PWN Warszawa 980 r. 8. Szczepan Szczeniowski Fizyka doświadczalna cz.i, PWN, Warszawa 980 r. 9. C.Kittel, W.D.Knight, M.A.Ruderman Mechanika, PWN, Warszawa 973 r., wyd.ii 0. R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands Feynmana wykłady z fizyki, tom I, część I, PWN, Warszawa 97 r. - 6 -