Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….
Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............
Godzina ………………..
Ćwiczenie nr OP1
Temat: Wyznaczanie długości fali świetlnej lub stałej siatki za pomocą siatki dyfrakcyjnej
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła,
wyznaczenie długości
fali świetlnej lub wyznaczenie stałej
siatki dyfrakcyjnej.
Zagadnienia do opracowania:
dyfrakcja i interferencja światła,
rodzaje siatek dyfrakcyjnych,
uzasadnienie wzorów stosowanych w ćwiczeniu.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
laser półprzewodnikowy lub He-Ne,
siatka dyfrakcyjna,
taśma miernicza,
ekran.
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
Przebieg pomiarów
Włączyć laser.
Ustawić odległość L=20 cm.
Odczytać wielkość
oraz
(pierwszy rząd n=1, drugi rząd n=2, trzeci rząd n=3) za pomocą nitki z zawieszonym ciężarkiem.
Odczytać z tablic odpowiadającą temu kątowi wartość tablicową.
Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.
W celu podniesienia dokładności wyników, wyznaczać
i
z widma rzędu I, II i III, jako wartość średnią.
Pomiary powtórzyć dla 5 różnych odległości
, mierząc wielkości
i
dla każdego rzędu widma.
Tabele pomiarowe i obliczenia
Lp. |
|
Odległość widma rzędu n od widma rzędu zerowego |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 2 3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
UWAGA:, którą z wartości (
,
) student ma obliczyć, wskazuje prowadzący zajęcia
Obliczyć:
średnią arytmetyczną obu odczytów:
na podstawie
oraz wielkości L, z twierdzenia Pitagorasa, określić kąt ugięcia promienia lasera:
w przypadku obliczania długości fali laserowej skorzystać ze wzoru:
przy znanej wielkości
jeżeli należy wyznaczyć stałą siatki dyfrakcyjnej skorzystać ze wzoru:
przy znanej wartości
Analiza niepewności pomiarowych
stałą siatki oraz długość fali przyjąć jako nieobarczoną błędem,
wyznaczyć błędy pomiarowe wielkości
i
, równe dokładności pomiaru,
obliczyć metodą różniczki zupełnej błąd bezwzględny i względny wielkości
lub
dowolnego pomiaru.
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001.
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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 OP1a
Temat: Wyznaczanie długości fali świetlnej emitowanej przez diodę LED za pomocą siatki dyfrakcyjnej
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła,
poznanie zjawisk zachodzących w diodzie,
wyznaczenie długości fali świetlnej.
Zagadnienia do opracowania:
dyfrakcja i interferencja światła,
rodzaje siatek dyfrakcyjnych,
dioda elektroluminescencyjna,
uzasadnienie wzorów stosowanych w ćwiczeniu.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
dioda LED,
siatka dyfrakcyjna,
taśma miernicza,
ekran,
soczewki skupiające: +5 i +10.
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 diodę LED
- odległość między szczelinami siatki dyfrakcyjnej, tzw. stała siatki
Przebieg pomiarów
Podłączyć, według wskazówek prowadzącego, diodę LED (napięcie 3V).
Ustawić soczewkę skupiającą +5 bezpośrednio za siatką dyfrakcyjną (od strony ekranu).
Ustawić ekran w ognisku soczewki +5.
Zapisać w tabeli odległość L.
Pomiędzy diodę, a układ: siatka dyfrakcyjna-soczewka, wstawić soczewkę +10, w takiej odległości od diody, aby uzyskać wiązkę równoległą padającą na siatkę dyfrakcyjną. Równoległość wiązki sprawdzić, przesuwając miedzy soczewką +10 a siatką, białą kartkę papieru.
Układ pomiarowy musi być tak ustawiony, aby otrzymane na ekranie punkty świetlne były o możliwie największej ostrości.
Odczytać wielkość
oraz
za pomocą nitki z zawieszonym ciężarkiem
Odczytać z tablic odpowiadającą temu kątowi wartość tablicową.
Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.
W celu podniesienia dokładności wyników, wyznaczać
z widma rzędu I, II jako wartość średnią.
Pomiary powtórzyć dla 5 różnych diod LED, mierząc wielkości
i
dla każdego rzędu widma.
Tabele pomiarowe i obliczenia
Barwa diody LED |
|
Odległość widma rzędu n od widma rzędu zerowego |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
1 2 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
Obliczyć:
średnią arytmetyczną obu odczytów:
na podstawie
oraz wielkości L, z twierdzenia Pitagorasa, określić kąt ugięcia promienia lasera:
długość fali laserowej ze wzoru:
przy znanej wielkości
Analiza niepewności pomiarowych
stałą siatki przyjąć jako nieobarczoną błędem,
wyznaczyć błędy pomiarowe wielkości
i
, równe dokładności pomiaru,
obliczyć metodą różniczki zupełnej błąd bezwzględny i względny wielkości
dowolnego pomiaru.
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych pojęć związanych z optyką geometryczną,
wyznaczenie ogniskowej soczewki.
Zagadnienia do opracowania
opis biegu promieni w różnego rodzaju soczewkach ,
załamanie światła,
wyprowadzenie równania soczewkowego.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
źródło światła, ekran, przymiar,
soczewki: rozpraszająca, skupiająca.
Przyjęte oznaczenia
- odległość przedmiotu od soczewki,
- odległość obrazu na ekranie od soczewki
- odległość przedmiotu od ekranu
- ognisko
- ogniskowa soczewki
Przebieg pomiarów
Dla soczewki skupiającej
Zamocować jedną z soczewek w uchwycie 1 (uchwyt pomiędzy przedmiotem a ekranem).
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
Dla każdej z wymienionych odległości D, przesuwać soczewkę tak, aby:
otrzymać obraz ostry i powiększony
, wpisać do tabeli wartości X i Y.
otrzymać obraz ostry i pomniejszony
, wpisać do tabeli wartości X i Y.
Obliczyć ogniskową ze wzoru:
Dla soczewki skupiającej i rozpraszającej
Zamocować soczewkę skupiającą wykorzystywaną w punkcie A i rozpraszającą *.
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
, przesuwać soczewkę tak, aby:
otrzymać obraz ostry i powiększony
, wpisać do tabeli wartości XU i YU.
otrzymać obraz ostry i pomniejszony
, wpisać do tabeli wartości XU i YU
* w uchwycie 1, za pomocą miedzianych drucików.
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:
.
Analiza niepewności pomiarowych
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).
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd. X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła,
wyznaczenie współczynnika załamania wody.
Zagadnienia do opracowania:
odbicie światła, zwierciadła, załamanie światła, przykłady,
kąt graniczny, całkowite wewnętrzne odbicie, bezwzględny współczynnik załamania.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
laser półprzewodnikowy lub He-Ne,
cylindryczne, białe naczynie o płaskim dnie,
patyczek drewniany do określenia głębokości cieczy w naczyniu,
suwmiarka z wąsami do pomiaru średnicy nieoświetlonego krążka.
Przyjęte oznaczenia
- promień nieoświetlonego okręgu
- grubość warstwy wody
Przebieg pomiarów
Do naczynia wlać wodę do wysokości około 1cm
Włączyć laser, ustawiony w osi naczynia, prostopadle do jego dna.
Za pomocą suwmiarki odczytać promień
nieoświetlonego okręgu.
Zanurzając w badanej cieczy drewniany patyczek odczytać grubość warstwy wody
.
Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.
Pomiary powtórzyć dla 5 różnych wielkości
i dla minimum dwóch cieczy wskazanych przez prowadzącego.
Tabele pomiarowe i obliczenia
Na podstawie wzoru
oraz ze związku
oraz
i
otrzymujemy, że
, podstawiając
otrzymamy wzór na współczynnik załamania wody:
Analiza niepewności pomiarowych
Obliczyć:
niepewność pomiarów na podstawie wzoru:
.
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001.
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła,
poznanie podstawowych typów zwierciadeł.
Zagadnienia do opracowania:
prawa rządzące zjawiskiem odbicia i załamania światła,
podstawowe typy zwierciadeł,
wypisać wartości współczynników załamania dla: powietrza, wody, lodu, szkła, plexiglasu.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
laser półprzewodnikowy lub inne źródło światła,
dwie przysłony magnetyczne,
tarcza-kątomierz,
zwierciadło płaskie,
płytka cylindryczna.
Przyjęte oznaczenia
- promień padający
- kąt zawarty pomiędzy promieniem padającym a normalną do płytki cylindrycznej w punkcie padania
- promień odbity
- kąt zawarty pomiędzy promieniem odbitym o a normalną do zwierciadła w punkcie odbicia
- prędkość światła w próżni (300 000 km/s)
- promień przechodzący
- kąt, przy którym następuje całkowite wewnętrzne odbicie
Przebieg pomiarów
A. Prawo odbicia
Źródło światła umieścić na metalowej tacy.
Wyregulować źródło światła tak, aby wychodzący promień świetlny był równoległy i poziomy.
Ustawić tarczę kątomierza tak, aby promień pokrywał się z osią 0─0, a zwierciadło ustawić na osi 90─90.
Obracać układ tarcza ─zwierciadło, tak aby promień świetlny przechodził zawsze przez środek tarczy.
Promień padający
tworzy z osią 0─0 (normalna do zwierciadła w punkcie padania), kąt
zwany kątem padania - przyjętym z tabeli 1.
Promień odbity
tworzy z tą samą osią 0─0 kąt
zwany kątem odbicia - wpisać do tabeli 1
B. Prawo załamania
Źródło światła umieścić na metalowej tacy.
Wyregulować źródło światła tak, aby wychodzący promień świetlny był równoległy i poziomy.
Ustawić tarczę kątomierza tak, aby promień pokrywał się z osią 0─0, a płytkę cylindryczną ustawić stroną płaską na osi 90─90.
Obracać układ tarcza ─zwierciadło, tak aby promień świetlny przechodził zawsze przez środek płytki (zgodnie z tabelą 2).
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
C. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia
Źródło światła umieścić na metalowej tacy.
Wyregulować źródło światła tak, aby wychodzący promień świetlny był równoległy i poziomy.
Ustawić tarczę kątomierza tak, aby promień pokrywał się z osią 0─0, a płytkę cylindryczną ustawić stroną wypukłą w kierunku wychodzącego promienia świetlnego.
Zwiększać kąt padania
, tak, aby otrzymać kąt graniczny
(patrz tabela 3).
Po przekroczeniu kąta granicznego
, nie otrzymamy promienia złamanego, tylko odbity, czy płytka zaczyna zachowywać się jak zwierciadło?
Pomiary powtórzyć 10-krotnie.
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Obliczyć:
współczynnik załamania światła prędkość n:
prędkość rozchodzenia się światła prędkość v:
kąt graniczny
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła,
wyznaczenie współczynnika załamania wody,
zamiana stopni na radiany.
Zagadnienia do opracowania:
prawa rządzące zjawiskiem odbicia i załamania światła,
podstawowe typy zwierciadeł,
wypisać wartości współczynników załamania dla: powietrza, wody, lodu, szkła, plexiglasu.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
laser półprzewodnikowy lub He-Ne,
prostopadłościenne naczynie szklane,
suwmiarka,
papier milimetrowy lub papier w kratkę
Przyjęte oznaczenia
- grubość warstwy wody - szerokość kuwety
- przesunięcie promieni
Przebieg pomiarów
Na tarczy obrotowej umieścić puste, suche naczynie szklane, dłuższym bokiem na osi 90─90.
Promień świetlny powinien przechodzić przez oś 0─0.
Na prostokątnej białej tablicy przymocowanej do podstawy obrotowej tarczy zawiesić papier milimetrowy lub w kratkę.
Włączyć laser i na papierze zaznaczyć punkt zero
.
Zmieniać położenie tarczy tak, aby promień laserowy padał na kuwetę pod kątem
.
Każdy z pomiarów
zaznaczyć na papierze.
Do naczynia wlać wodę tak, aby promień laserowy przechodził przez ciecz.
Kuwetę ustawić tak, jak w punktach 1 i 2.
Włączyć laser i powtórzyć punkty 5 i 6-
.
Za pomocą suwmiarki odczytać grubość warstwy wody
.
Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.
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
Analiza niepewności pomiarowych
dokładność mierzenia
,
metodą różniczki zupełnej obliczyć błąd bezwzględny i względny współczynnika załamania cieczy dowolnego pomiaru.
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001.
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła,
wyznaczenie współczynnika załamania pryzmatu,
zamiana stopni na radiany.
Zagadnienia do opracowania:
prawa rządzące zjawiskiem odbicia i załamania światła,
całkowite wewnętrzne odbicie,
pryzmat.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
laser półprzewodnikowy lub He-Ne,
pryzmat.
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
Przebieg pomiarów
Laser ustawić tak, aby promień świetlny lasera przechodził przez oś 0─0.
Na tarczy obrotowej umieścić pryzmat tak, aby kąt łamiący pryzmatu „patrzył od osoby przeprowadzającej doświadczenie”.
Włączyć laser i odczytać kąt
dla
.
Obrócić talerz, zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara, do wartości
odczytać wartość
.
Obracać talerz tak, aby
- odczytać kąt
.
Kontynuować obrót talerza dla wartości
Odczytane kąty wpisać do tabeli pomiarów.
Tabele pomiarowe i obliczenia
|
0 |
10 |
|
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kąt najmniejszego odchylenia
wynosi:
współczynnik załamania szkła dla światła laserowego wg wzoru:
Analiza niepewności pomiarowych
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
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji
Cel ćwiczenia:
obserwacja polaryzacji światła,
zastosowanie światła spolaryzowanego.
Zagadnienia do opracowania:
zjawisko polaryzacji fal,
rodzaje polaryzacji,
kąt Brewstera,
prawo Malusa,
dwójłomność,
zastosowanie zjawiska polaryzacji.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
źródło światła,
polaryzator - umieszczony bliżej źródła światła,
analizator,
fotoopornik,
zasilacz prądu stałego,
opornica dekadowa,
amperomierz.
Przebieg pomiarów
Podłączyć szeregowo fotoopornik i amperomierz do wejścia Master zasilacza.
Multimetr ustawić na pomiar prądu stałego - 20mA.
Na zasilaczu (Master) ustawić napięcie na wartość 5V do 8V.
Osłonić układ przed wpływem światła zewnętrznego.
Podłączyć oświetlacz do wyjścia Slave zasilacza.
Ustawić wartość napięcia na wyjściu Slave 6V do 10V.
Ustawić polaryzator i analizator, poprzez obrót skalą kątową, na zero.
Zmieniając kąt na polaryzatorze, od 00 co 50 do 1800 odczytywać wskazania prądu na miliamperomierzu. Dane wpisać do tabeli 1. Wartość minimalną prądu, wybraną spośród wszystkich wielkości otrzymanych podczas zmiany kąta polaryzatora, przyjąć jako I0.
Tabele pomiarowe i obliczenia
Kąt obrotu polaryzatora
|
Natężenie prądu
I |
|
0 |
|
|
5 |
|
|
10 |
|
|
… |
|
|
180 |
|
|
Obliczyć:
korzystając z prawa Malusa,
stopień polaryzacji
na podstawie uzyskanych wyników sporządzić wykresy
oraz
.
Analiza niepewności pomiarowych
Przedyskutować uzyskane wyniki.
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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 OP8
Temat: Pomiar współczynnika załamania cieczy przy pomocy refraktometru Abbego
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła,
wyznaczanie współczynnika załamania światła w wybranych cieczach
Zagadnienia do opracowania:
zjawisko załamania światła,
prawa Snella,
dyspersja,
całkowite wewnętrzne odbicie.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
źródło oświetlenia okna refraktometru,
refraktometr Abbego,
badane ciecze.
Przyjęte oznaczenia
- liczba Abbego
- współczynnik załamania szkła dla żółtej linii sodu
- współczynnik załamania szkła dla niebieskiej linii wodoru
- współczynnik załamania szkła dla czerwonej linii wodoru
Przebieg pomiarów
Odchylić oprawę pryzmatu oświetlającego (górnego) i oczyścić powierzchnie pryzmatów gazą zwilżoną spirytusem.
Zakraplaczem nanieść na powierzchnię dolnego pryzmatu kilka kropel wody, tak, aby po przykryciu górnym pryzmatem cała powierzchnia pomiarowa została pokryta badana cieczą.
UWAGA: nie dotykać palcami powierzchni pomiarowej ani cieczy!
Opuścić górny pryzmat, odsłonić okienko z przodu tego pryzmatu.
Przed refraktometrem, 10 - 15 cm umieścić lampę oświetlająca, tak, aby w okularze lunety był widoczny wyraźny obraz.
Wyostrzyć widzenie nici pajęczych.
Obracając pokrętłem z lewej strony przyrządu ustawić w polu widzenia linię rozgraniczającą jasną i ciemną część obrazu.
Kręcąc pokrętłem z podziałką z prawej strony przyrządu uzyskać ostrą, wyraźną bezbarwna linię rozgraniczającą jasną i ciemną część obrazu.
Ponownie obracając pokrętłem z lewej strony naprowadzić tę linię na środek krzyża z nici pajęczych w lunetce.
Odchylając odpowiednio zwierciadełko (znajdujące się z lewej strony refraktometru) oświetlić zieloną skalę w dolnej części pola widzenia lunetki.
Odczytać i zanotować współczynnik załamania n. Odczytu dokonuje się z górnej skali oznaczonej symbolem nD.
Odczytać i zanotować odpowiednią wartość Z ze skali pokrętła kompensatora umieszczonego z prawej strony refraktometru.
Opuścić lusterko dolnego pryzmatu. Zasłonić okienko górnego pryzmatu.
Powtarzając p-ty 1-12, odczytać ze skali pokrętła kompensatora i zanotować wartość parametru Z oraz współczynnik załamania n dla wszystkich wskazanych przez prowadzącego roztworów.
UWAGA:Po każdym pomiarze należy ostrożnie usunąć resztki badanej cieczy, przemywając pryzmaty szmatką nasączoną ciepłą wodą, a następnie wacikiem nasączonym spirytusem.
Tabele pomiarowe i obliczenia
Rodzaj cieczy |
Współczynnik załamania n |
Wartość parametru Z |
Wartość tablicowa n |
Woda destylowana |
|
|
|
Gliceryna |
|
|
|
Glikol |
|
|
|
Ciecz nr 1 |
|
|
|
Ciecz nr 2 |
|
|
|
Ciecz nr 3 |
|
|
|
Wartość parametru Z jest to tzw. Liczba Abbego - wielkość charakteryzująca dyspersję szkła optycznego. Liczba Z jest wyrażona wzorem:
W przypadku Refraktometru Abbego liczbę Z odczytujemy ze skali pokrętła kompensatora znajdującego się po prawej stronie korpusu refraktometru. Wartość liczbowa Z wynosi:
dla szkieł o małej dyspersji od 60 do 70
dla szkieł o dużej dyspersji od 20 do 40
Wartość dyspersji średniej można wyliczyć na podstawie równania:
gdzie dla
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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 OP 9
Temat: Pomiar współczynnika załamania światła dla ciał stałych za pomocą mikroskopu
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła,
wyznaczanie współczynnika załamania światła w wybranych ciałach stałych,
umiejętność konstruowania obrazów w soczewkach oraz w mikroskopie.
Zagadnienia do opracowania:
zjawisko załamania światła,
prawa Snella,
bieg promieni w mikroskopie,
całkowite wewnętrzne odbicie.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
mikroskop,
optyczna śruba mikrometryczna.
Przebieg pomiarów
Za pomocą śruby mikrometrycznej wyznaczyć grubość d wybranych do badania płytek. Pomiar powtórzyć dla różnych punktów płytki 5-krotnie.
Ustawić najmniejsze powiększenie mikroskopu.
Ustawić badaną płytkę na stoliku mikroskopu, tak, aby móc obserwować naniesioną na płytkę górną kreskę.
Pokrętłem () ustawić ostre widzenie górnej kreski.
Odczytać wskazanie śruby mikrometrycznej mikroskopu hg.
Za pomocą pokrętła przesuwu precyzyjnego, licząc liczbę n pełnych obrotów pokrętła, przesunąć tubus w dół do położenia, w którym można otrzymać ostry obraz rysy dolnej.
Zapisać w tabeli pomiarów liczbę pełnych obrotów n i wskazanie śruby mikrometrycznej mikroskopu - wielkość hd.
Pomiary opisane w punktach 2 - 6 powtórzyć pięciokrotnie dla każdej próbki wskazanej przez prowadzącego zajęcia.
Zwiększyć powiększenie mikroskopu i pomiary powtórzyć.
Tabele pomiarowe i obliczenia
i - nr płytki |
lp. pomiaru |
d [mm] |
hg [mm] |
hd [mm] |
h [mm] |
||
1 |
1 |
|
|
|
|
||
|
… |
|
|
|
|
||
|
5 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
||
|
… |
|
|
|
|
||
|
5 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Obliczyć:
grubość pozorną płytki
współczynnik załamania płytek
Analiza niepewności pomiarowych
Obliczyć:
obliczyć błędy maksymalne
i
oszacować błędy maksymalne dla współczynników załamania płytek
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.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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 OP10
Temat: Porównanie światłości źródeł światła przy pomocy fotometru Ritchiego
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych wiadomości dotyczących fotometrii, źródeł światła, parametrów światła i ich jednostek
wyznaczanie światłości różnych źródeł światła
Zagadnienia do opracowania:
fotometria,
strumień świetlny i natężenie źródła światła,
kąt bryłowy,
oświetlenie,
lumen, kandela, steradian, lux,
luksomierze - pomiary fotometryczne.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
Fotometr Ritchiego,
źródło oświetlenia o znanej światłości,
źródło oświetlenia o poszukiwanej światłości
przymiar.
Przyjęte oznaczenia
- natężenie źródła światła o znanej światłości.
- natężenie źródła światła o poszukiwanej światłości.
- odległość znanego oraz poszukiwanego źródła światła od ekranu (pryzmatu).
Przebieg pomiarów
Ustawić w odległości
od pryzmatu źródło światła o znanej jasności, tak, aby promień środkowy biegł wzdłuż osi fotometru.
Po drugiej stronie fotometru ustawić źródło światła, którego światłość chcemy zmierzyć.
Szkło, tzw matówka zostanie oświetlona, przy czym jedna połowa będzie jaśniejsza od drugiej.
należy dopasować odległości od ekranu tak, aby obie połowy matówki były jednakowo oświetlone i znikła wyraźna krawędź miedzy nimi.
Otrzymane wartości podstawić do wzoru 1.
Tabele pomiarowe i obliczenia
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Obliczyć:
światłość źródła światła
.
Wnioski i spostrzeżenia
zapis wyników wraz z jednostkami w układzie SI,
porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi,
dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych,
propozycje poprawy dokładności pomiarów.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne 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 OP11
Temat: Wyznaczanie ogniskowej f zwierciadła wklęsłego i wypukłego na podstawie pomiaru wysokości obrazu oraz wyznaczenie promienia R zwierciadła na podstawie pomiaru średnicy sfery zwierciadła i jego wysokości.
Cel ćwiczenia:
poznanie podstawowych pojęć związanych z powstawaniem obrazów w zwierciadle wklęsłym i wypukłym
wyznaczanie promienia R zwierciadeł przy użyciu wzorów oraz pomiarów.
Zagadnienia do opracowania:
powstawanie obrazów w zwierciadłach,
prawo odbicia,
równanie zwierciadła.
Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury
suwmiarka z głębokościomierzem,
przymiar.
Przyjęte oznaczenia
- wysokość przedmiotu (człowieka),
- wysokość obrazu,
- odległość przedmiotu od zwierciadła
- powiększenie zwierciadła,
- ogniskowa zwierciadła,
- promień zwierciadła.
- wysokość sfery zwierciadła,
- promień sfery zwierciadła.
Przebieg pomiarów
Zmierzyć wysokość h przedmiotu (studenta)
Ustawić w odległości
badany przedmiot (student).
Osoba, której odbicie widać w zwierciadle, nie ruszając się z miejsca informuje partnera z zespołu, gdzie widzi wierzchołek swojej głowy i stopy.
Pomiar wysokości obrazu h' w zwierciadle zanotować w tabeli.
Na podstawie dokonanych pomiarów obliczyć promień R zwierciadła oraz jego ogniskową f.
Pomiary powtórzyć 5 krotnie.
Z zależności typowych dla trójkąta wpisanego w koło obliczyć promień R zwierciadła.
Tabele pomiarowe i obliczenia
Lp. |
x [m] |
h [m] |
h' [m] |
R [m] |
f [m] |
H [m] |
r [m] |
R [m] |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Wzory:
.
Wnioski i spostrzeżenia
zapis wyników wraz z jednostkami w układzie SI,
porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi,
dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych,
propozycje poprawy dokładności pomiarów.
Literatura
H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.
W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001
T. Dryński, “Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.
A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001
OPTYKA
23
Opracował: mgr Adam Szulc