Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP1

Temat: Wyznaczanie długości fali świetlnej lub stałej siatki za pomocą siatki dyfrakcyjnej

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła

• wyznaczenie długości fali świetlnej

• wyznaczenie stałej
  siatki dyfrakcyjnej

2. Zagadnienia do opracowania:

• dyfrakcja i interferencja światła

• rodzaje siatek dyfrakcyjnych

• uzasadnienie wzorów stosowanych w ćwiczeniu

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• laser półprzewodnikowy lub He-Ne

• siatka dyfrakcyjna

• taśma miernicza

• ekran

4. Przyjęte oznaczenia

- odległość widma rzędu n, występującego z lewej strony, od widma rzędu zerowego,

- odległość widma rzędu n, występującego z prawej strony, od widma rzędu zerowego,

- odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu,

- rząd widma

- długość fali świetlnej emitowanej przez laser

- odległość między szczelinami siatki dyfrakcyjnej, tzw. stała siatki

5. Przebieg pomiarów

1. Włączyć laser

2. Ustawić odległość L=20 cm

3. Odczytać wielkość
   oraz
   za pomocą nitki z zawieszonym ciężarkiem

4. Odczytać z tablic odpowiadającą temu kątowi wartość tablicową.

5. Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.

6. W celu podniesienia dokładności wyników, wyznaczać
   i
   z widma rzędu I, II i III, jako wartość średnią.

7. Pomiary powtórzyć dla 5 różnych odległości
   , mierząc wielkości
   i
   dla każdego rzędu widma

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.		Odległość widma rzędu n od widma rzędu zerowego				lub
1	1 2 3
2
…

Obliczyć:

• średnią arytmetyczną oby odczytów:

• na podstawie
  oraz wielkości L, z twierdzenia Pitagorasa, określić kąt ugięcia promienia lasera:

• długość fali laserowej ze wzoru:

przy znanej wielkości

• stałą siatki dyfrakcyjnej

przy znanej wartości

UWAGA:, którą z wartości (
,
) student ma obliczyć, wskazuje prowadzący zajęcia

7. Rachunek błędu

• stałą siatki oraz długość fali przyjąć jako nieobarczoną błędem.

• wyznaczyć błędy pomiarowe wielkości
  i
  , równe dokładności pomiaru oraz błędy pomiarowe
  lub
  .

• obliczyć metodą różniczki zupełnej błąd bezwzględny i względny wielkości
  lub
  dowolnego pomiaru

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP2

Temat: Wyznaczanie ogniskowej soczewki na podstawie pomiaru odległości przedmiotu i obrazu od soczewki

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z optyką geometryczną

• wyznaczenie ogniskowej soczewki

2. Zagadnienia do opracowania

• opis biegu promieni w różnego rodzaju soczewkach

• załamanie światła

• wyprowadzenie równania soczewkowego

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• źródło światła, ekran, przymiar

• soczewki: rozpraszająca, skupiająca

4. Przyjęte oznaczenia

- odległość przedmiotu od soczewki,

- odległość obrazu na ekranie od soczewki

- odległość przedmiotu od ekranu

- ognisko

- ogniskowa soczewki

5. Przebieg pomiarów

1. Dla soczewki skupiającej

1. Zamocować jedną z soczewek w uchwycie 1.

2. Ustawić ekran w odległości
   od przedmiotu, w odległościach podanych przez prowadzącego:

• dla soczewki: +18 (D = 320, D = 410, D = 490, D = 580, D = 700) mm

• dla soczewki: +10 (D = 460, D = 540, D = 600, D = 660, D = 850) mm

• dla soczewki: +5 (D = 850, D = 920) mm

3. Dla każdej z wymienionych odległości D, przesuwać soczewkę tak, aby:

1. otrzymać obraz ostry i powiększony
   , wpisać do tabeli wartości X i Y.

2. otrzymać obraz ostry i pomniejszony
   , wpisać do tabeli wartości X i Y.

4. Obliczyć ogniskową ze wzoru:

1. Dla soczewki skupiającej i rozpraszającej

1. Zamocować soczewkę rozpraszającą i skupiającą wykorzystywaną w punkcie I,

2. Ustawić ekran w odległości
   od przedmiotu, w odległościach podanych przez prowadzącego:

• dla soczewki: +18 i -15 (
  = 300, 400, 520, 540, 700) mm

• dla soczewki: +10 i -15 (
  = 590, 700, 800, 900, 1000) mm

Odległości X i Y zmierzyć od środka układu soczewek

Dla każdej z wymienionych odległości D lub
, przesuwać soczewkę tak, aby:

1. otrzymać obraz ostry i powiększony
   , wpisać do tabeli wartości X_U i Y_U.

2. otrzymać obraz ostry i pomniejszony
   , wpisać do tabeli wartości X_U i Y_U

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.		Rodzaj obrazu
1
		2
				Średnia ogniskowa

Lp.		Rodzaj obrazu
1
		2
				Średnia ogniskowa

Obliczyć:

• ogniskową obu soczewek ze wzoru:




• ogniskową soczewki rozpraszającej ze wzoru:




7. Rachunek błędu

• błędy pomiarów bezpośrednich
  i
  przyjąć jako

• odchylenie standardowe serii pomiarów dla soczewki +10 i +18 metodą Studenta - Fishera:


;

• błąd bezwzględny obliczony metodą Studenta - Fishera




• obliczyć metodą różniczki zupełnej błąd bezwzględny i względny pojedynczego, dowolnego pomiaru
  (dla układu soczewek +18 i -10) oraz ogniskowej
  (dla soczewki +10)

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd. X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001.

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP3

Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania wody metodą kąta granicznego

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła

• wyznaczenie współczynnika załamania wody

2. Zagadnienia do opracowania:

• dyfrakcja i interferencja światła

• kąt graniczny

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• laser półprzewodnikowy lub He-Ne

• cylindryczne, białe naczynie o płaskim dnie

• suwmiarka

• papier milimetrowy

4. Przyjęte oznaczenia


- promień nieoświetlonego okręgu


- grubość warstwy wody

5. Przebieg pomiarów

1. Do naczynia wlać wodę do wysokości około 1cm

2. Włączyć laser, ustawiony w osi naczynia, prostopadle do jego dna.

3. Na papierze milimetrowym odczytać promień
   nieoświetlonego okręgu.

4. Za pomocą suwmiarki odczytać grubość warstwy wody
   .

5. Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.

6. Pomiary powtórzyć dla 5 różnych wielkości
   .

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Na podstawie wzoru
oraz ze związku
oraz
i
otrzymujemy, że


, podstawiając
otrzymamy wzór na współczynnik załamania wody:




7. Rachunek błędu

Obliczyć:

• niepewność pomiarów na podstawie wzoru:




8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP4

Temat: Sprawdzanie praw odbicia i załamania światła oraz zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła

• poznanie podstawowych typów zwierciadeł

2. Zagadnienia do opracowania:

• prawa rządzące zjawiskiem odbicia i załamania światła

• podstawowe typy zwierciadeł

• wypisać wartości współczynników załamania dla: powietrza, wody, lodu, szkła, plexiglasu.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• laser półprzewodnikowy lub inne źródło światła,

• dwie przysłony magnetyczne

• tarcza-kątomierz,

• zwierciadło płaskie

• płytka cylindryczna

4. Przyjęte oznaczenia


- promień padający


- kąt zawarty pomiędzy promieniem padającym a normalną do płytki cylindrycznej w punkcie padania


- promień odbity


- kąt zawarty pomiędzy promieniem odbitym a normalną do zwierciadła w punkcie odbicia


- prędkość światła w próżni (300 000 km/s)

5. Przebieg pomiarów

Prawo odbicia

1. Źródło światła umieścić na metalowej tacy.

2. Wyregulować źródło światła tak, aby wychodzący promień świetlny był równoległy i poziomy.

3. Ustawić tarczę kątomierza tak, aby promień pokrywał się z osią 0─0, a zwierciadło ustawić na osi 90─90.

4. Obracać układ tarcza ─zwierciadło, tak aby promień świetlny przechodził zawsze przez środek tarczy.

5. Promień padający
   tworzy z osią 0─0 (normalna do zwierciadła w punkcie padania), kąt
   zwany kątem padania - przyjętym z tabeli 1.

6. Promień odbity
   tworzy z tą samą osią 0─0 kąt
   zwany kątem odbicia - wpisać do tabeli 1

Prawo załamania

1. Źródło światła umieścić na metalowej tacy.

2. Wyregulować źródło światła tak, aby wychodzący promień świetlny był równoległy i poziomy.

3. Ustawić tarczę kątomierza tak, aby promień pokrywał się z osią 0─0, a płytkę cylindryczną ustawić stroną płaską na osi 90─90.

4. Obracać układ tarcza ─zwierciadło, tak aby promień świetlny przechodził zawsze przez środek płytki.

5. Promień padający
   tworzy z osią 0─0 (normalna do zwierciadła w punkcie padania), kąt
   zwany kątem padania - przyjętym z tabeli 2.Promień przechodzący
   tworzy z tą samą osią 0─0 kąt
   zwany kątem załamania - wpisać do tabeli 2

Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia

1. Źródło światła umieścić na metalowej tacy.

2. Wyregulować źródło światła tak, aby wychodzący promień świetlny był równoległy i poziomy.

3. Ustawić tarczę kątomierza tak, aby promień pokrywał się z osią 0─0, a płytkę cylindryczną ustawić stroną wypukłą w kierunku wychodzącego promienia świetlnego.

4. Zwiększać kąt padania
   , tak, aby otrzymać kąt graniczny
   

5. Po przekroczeniu kąta granicznego
   , nie otrzymamy promienia złamanego, tylko odbity, czy płytka zaczyna zachowywać się jak zwierciadło?

6. Pomiary powtórzyć 10-krotnie

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Tabela 1.

	10	20	30	40	50	60	70	80

Tabela 2.

	10	20	30	40	50	60	70	80

Tabela 3.

	10	20	30		50	60	70	80
…

7. Rachunek błędu

Obliczyć:

• współczynnik załamania światła prędkość n:




• prędkość rozchodzenia się światła prędkość v:




• kąt graniczny
  

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP5

Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania światła w płaskorównoległej warstwie cieczy

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła

• wyznaczenie współczynnika załamania wody

• zamiana stopni na radiany

2. Zagadnienia do opracowania:

• prawa rządzące zjawiskiem odbicia i załamania światła

• podstawowe typy zwierciadeł

• wypisać wartości współczynników załamania dla: powietrza, wody, lodu, szkła, plexiglasu.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• laser półprzewodnikowy lub He-Ne

• prostopadłościenne naczynie szklane

• suwmiarka

• papier milimetrowy

4. Przyjęte oznaczenia


- grubość warstwy wody - szerokość kuwety

5. Przebieg pomiarów

1. Na tarczy obrotowej umieścić puste, suche naczynie szklane, dłuższym bokiem na osi 90─90.

2. Promień świetlny powinien przechodzić przez oś 0─0

3. Na prostokątnej białej tablicy przymocowanej do podstawy obrotowej tarczy zawiesić papier milimetrowy.

4. Włączyć laser i na papierze milimetrowym zaznaczyć punkt zero
   .

5. Zmieniać położenie tarczy tak, aby promień laserowy padał na kuwetę pod kątem
   

6. Każdy z pomiarów
   zaznaczyć na papierze milimetrowym.

7. Do naczynia wlać wodę tak, aby promień laserowy przechodził przez ciecz.

8. Kuwetę ustawić tak, jak w punktach 1 i 2.

9. Włączyć laser i powtórzyć punkty 5 i 6-
   .

10. Za pomocą suwmiarki odczytać grubość warstwy wody
    .

11. Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	Kąt padania	Położenie punktów świetlnych	Położenie punktów świetlnych	Odchylenie promieni	Grubość warstwy cieczy	Współczynnik załamania światła
1	20
2	30
3	40
4	50
5	60

Obliczyć:

• współczynnik załamania światła dla każdego pomiaru,




• wartość średnią współczynnika załamania cieczy

7. Rachunek błędu

Obliczyć:

• dokładność mierzenia
  

• metodą różniczki zupełnej obliczyć błąd bezwzględny i względny współczynnika załamania cieczy dowolnego pomiaru

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP6

Temat: Wyznaczanie współczynnika załamania metodą kata najmniejszego odchylenia promieni w pryzmacie oraz kąta łamiącego pryzmatu

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła

• wyznaczenie współczynnika załamania pryzmatu

• zamiana stopni na radiany

1. Zagadnienia do opracowania:

• prawa rządzące zjawiskiem odbicia i załamania światła

• całkowite wewnętrzne odbicie

• pryzmat

2. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• laser półprzewodnikowy lub He-Ne

• pryzmat

3. Przyjęte oznaczenia


- promień padający


- kąt zawarty pomiędzy promieniem padającym a osią 0-0


- promień przechodzący


- kąt zawarty pomiędzy promieniem przechodzącym a osią 0-0


- kąt zawarty pomiędzy promieniem przechodzącym, a przedłużeniem promienia padającego na pryzmat

4. Przebieg pomiarów

1. Laser ustawić tak, aby promień świetlny lasera przechodził przez oś 0─0

2. Na tarczy obrotowej umieścić pryzmat tak, aby kąt łamiący pryzmatu „patrzył od osoby przeprowadzającej doświadczenie”.

3. Włączyć laser i odczytać kąt
   dla
   .

4. Obrócić talerz, zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara, do wartości
   odczytać wartość
   .

5. Obracać talerz tak, aby
   - odczytać kąt
   .

6. Kontynuować obrót talerza dla wartości
   

7. Odczytane kąty wpisać do tabeli pomiarów.

5. Tabele pomiarowe i obliczenia

	0	10		20	30	40	50	60	70

• kąt najmniejszego odchylenia
  wynosi:




• współczynnik załamania szkła dla światła laserowego wg wzoru:




6. Rachunek błędu

Obliczyć:

• niepewność pomiarów na podstawie wzoru:





:Ponieważ błąd popełniany podczas wyznaczania kąta
jest nieco większy od błędu popełnianego przy wyznaczaniu kąta
.

Ostatecznie błąd bezwzględny współczynnika załamania szkła można przedstawić w następujący sposób




Wartość błędu względnego wynosi




7. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

8. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr OP7

Temat: Sprawdzanie prawa Malusa i skręcenie płaszczyzny polaryzacji

1. Cel ćwiczenia:

• polaryzacja światła

• zastosowanie światła spolaryzowanego

2. Zagadnienia do opracowania:

• zjawisko polaryzacji fal,

• rodzaje polaryzacji,

• kąt Brewstera,

• prawo Malusa,

• dwójłomność

• zastosowanie zjawiska polaryzacji,

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• źródło światła

• polaryzator,

• analizator,

• fotoopornik

4. Przyjęte oznaczenia


- grubość warstwy wody - szerokość kuwety

5. Przebieg pomiarów

12. Podłączyć multimetr cyfrowy do fotoopornika, badać opór.

13. Włączyć zasilanie źródła światła.

14. Ustawić analizator, poprzez obrót skala kątową, tak, aby wskazanie na multimetrze było jak najmniejsze.

15. Zmieniać, co 10⁰ kąt ustawienia skali kątowej, odczytywać kolejne wartości oporu i wpisywać je do tabeli pomiarowej.

16. wody
    .

17. Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	Kąt padania	Położenie punktów świetlnych	Położenie punktów świetlnych	Odchylenie promieni	Grubość warstwy cieczy	Współczynnik załamania światła
1	20
2	30
3	40
4	50
5	60

Obliczyć:

• współczynnik załamania światła dla każdego pomiaru,




• wartość średnią współczynnika załamania cieczy

7. Rachunek błędu

Obliczyć:

• dokładność mierzenia
  

• metodą różniczki zupełnej obliczyć błąd bezwzględny i względny współczynnika załamania cieczy dowolnego pomiaru

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

OPTYKA

16

---