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 lub 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
   (pierwszy rząd n=1, drugi rząd n=2, trzeci rząd n=3) 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
…

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

7. 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.

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 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

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła,

• poznanie zjawisk zachodzących w diodzie,

• wyznaczenie długości fali świetlnej.

2. Zagadnienia do opracowania:

• dyfrakcja i interferencja światła,

• rodzaje siatek dyfrakcyjnych,

• dioda elektroluminescencyjna,

• uzasadnienie wzorów stosowanych w ćwiczeniu.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• dioda LED,

• siatka dyfrakcyjna,

• taśma miernicza,

• ekran,

• soczewki skupiające: +5 i +10.

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 diodę LED

- odległość między szczelinami siatki dyfrakcyjnej, tzw. stała siatki

5. Przebieg pomiarów

1. Podłączyć, według wskazówek prowadzącego, diodę LED (napięcie 3V).

2. Ustawić soczewkę skupiającą +5 bezpośrednio za siatką dyfrakcyjną (od strony ekranu).

3. Ustawić ekran w ognisku soczewki +5.

4. Zapisać w tabeli odległość L.

5. 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.

6. Układ pomiarowy musi być tak ustawiony, aby otrzymane na ekranie punkty świetlne były o możliwie największej ostrości.

7. Odczytać wielkość
   oraz
   za pomocą nitki z zawieszonym ciężarkiem

8. Odczytać z tablic odpowiadającą temu kątowi wartość tablicową.

9. Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.

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

11. Pomiary powtórzyć dla 5 różnych diod LED, mierząc wielkości
    i
    dla każdego rzędu widma.

6. 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

7. 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.

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 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

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 (uchwyt pomiędzy przedmiotem a ekranem).

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 skupiającą wykorzystywaną w punkcie A i rozpraszającą *.

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
, 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

^* w uchwycie 1, za pomocą miedzianych drucików.

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. 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).

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 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

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z interferencja i dyfrakcja światła,

• wyznaczenie współczynnika załamania wody.

2. Zagadnienia do opracowania:

• odbicie światła, zwierciadła, załamanie światła, przykłady,

• kąt graniczny, całkowite wewnętrzne odbicie, bezwzględny współczynnik załamania.

3. 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.

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. Za pomocą suwmiarki odczytać promień
   nieoświetlonego okręgu.

4. Zanurzając w badanej cieczy drewniany patyczek odczytać grubość warstwy wody
   .

5. Obliczone wielkości wpisać do tabeli pomiarów.

6. Pomiary powtórzyć dla 5 różnych wielkości
   i dla minimum dwóch cieczy wskazanych przez prowadzącego.

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Na podstawie wzoru
oraz ze związku
oraz
i
otrzymujemy, że


, podstawiając
otrzymamy wzór na współczynnik załamania wody:




7. Analiza niepewności pomiarowych

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 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

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 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

5. Przebieg pomiarów

A. 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

B. 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 (zgodnie z tabelą 2).

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

C. 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
   (patrz tabela 3).

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
…

Obliczyć:

• współczynnik załamania światła prędkość n:




• prędkość rozchodzenia się światła prędkość v:




• kąt graniczny
  

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 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

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 lub papier w kratkę

4. Przyjęte oznaczenia


- grubość warstwy wody - szerokość kuwety


- przesunięcie promieni

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 lub w kratkę.

4. Włączyć laser i na papierze zaznaczyć punkt zero
   .

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

6. Każdy z pomiarów
   zaznaczyć na papierze.

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. Analiza niepewności pomiarowych

• 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 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

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. 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




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 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

1. Cel ćwiczenia:

• obserwacja polaryzacji 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 - umieszczony bliżej źródła światła,

• analizator,

• fotoopornik,

• zasilacz prądu stałego,

• opornica dekadowa,

• amperomierz.

4. Przebieg pomiarów

1. Podłączyć szeregowo fotoopornik i amperomierz do wejścia Master zasilacza.

2. Multimetr ustawić na pomiar prądu stałego - 20mA.

3. Na zasilaczu (Master) ustawić napięcie na wartość 5V do 8V.

4. Osłonić układ przed wpływem światła zewnętrznego.

5. Podłączyć oświetlacz do wyjścia Slave zasilacza.

6. Ustawić wartość napięcia na wyjściu Slave 6V do 10V.

7. Ustawić polaryzator i analizator, poprzez obrót skalą kątową, na zero.

8. 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 I_0.

5. 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
  .

6. Analiza niepewności pomiarowych

Przedyskutować uzyskane wyniki.

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 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

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych praw rządzących zjawiskiem odbicia i załamania światła,

• wyznaczanie współczynnika załamania światła w wybranych cieczach

2. Zagadnienia do opracowania:

• zjawisko załamania światła,

• prawa Snella,

• dyspersja,

• całkowite wewnętrzne odbicie.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• źródło oświetlenia okna refraktometru,

• refraktometr Abbego,

• badane ciecze.

4. 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


5. Przebieg pomiarów

1. Odchylić oprawę pryzmatu oświetlającego (górnego) i oczyścić powierzchnie pryzmatów gazą zwilżoną spirytusem.

2. 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!

3. Opuścić górny pryzmat, odsłonić okienko z przodu tego pryzmatu.

4. Przed refraktometrem, 10 - 15 cm umieścić lampę oświetlająca, tak, aby w okularze lunety był widoczny wyraźny obraz.

5. Wyostrzyć widzenie nici pajęczych.

6. Obracając pokrętłem z lewej strony przyrządu ustawić w polu widzenia linię rozgraniczającą jasną i ciemną część obrazu.

7. Kręcąc pokrętłem z podziałką z prawej strony przyrządu uzyskać ostrą, wyraźną bezbarwna linię rozgraniczającą jasną i ciemną część obrazu.

8. Ponownie obracając pokrętłem z lewej strony naprowadzić tę linię na środek krzyża z nici pajęczych w lunetce.

9. Odchylając odpowiednio zwierciadełko (znajdujące się z lewej strony refraktometru) oświetlić zieloną skalę w dolnej części pola widzenia lunetki.

10. Odczytać i zanotować współczynnik załamania n. Odczytu dokonuje się z górnej skali oznaczonej symbolem n_D.

11. Odczytać i zanotować odpowiednią wartość Z ze skali pokrętła kompensatora umieszczonego z prawej strony refraktometru.

12. Opuścić lusterko dolnego pryzmatu. Zasłonić okienko górnego pryzmatu.

13. 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.

6. 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

















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 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

1. 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.

2. Zagadnienia do opracowania:

• zjawisko załamania światła,

• prawa Snella,

• bieg promieni w mikroskopie,

• całkowite wewnętrzne odbicie.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• mikroskop,

• optyczna śruba mikrometryczna.

4. Przebieg pomiarów

1. Za pomocą śruby mikrometrycznej wyznaczyć grubość d wybranych do badania płytek. Pomiar powtórzyć dla różnych punktów płytki 5-krotnie.

2. Ustawić najmniejsze powiększenie mikroskopu.

3. Ustawić badaną płytkę na stoliku mikroskopu, tak, aby móc obserwować naniesioną na płytkę górną kreskę.

4. Pokrętłem () ustawić ostre widzenie górnej kreski.

5. Odczytać wskazanie śruby mikrometrycznej mikroskopu h_g.

6. 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.

7. Zapisać w tabeli pomiarów liczbę pełnych obrotów n i wskazanie śruby mikrometrycznej mikroskopu - wielkość h_d.

8. Pomiary opisane w punktach 2 - 6 powtórzyć pięciokrotnie dla każdej próbki wskazanej przez prowadzącego zajęcia.

9. Zwiększyć powiększenie mikroskopu i pomiary powtórzyć.

5. 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




6. Analiza niepewności pomiarowych

Obliczyć:

• obliczyć błędy maksymalne
  i
  

• oszacować błędy maksymalne dla współczynników załamania płytek




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 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

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych wiadomości dotyczących fotometrii, źródeł światła, parametrów światła i ich jednostek

• wyznaczanie światłości różnych źródeł światła

2. Zagadnienia do opracowania:

• fotometria,

• strumień świetlny i natężenie źródła światła,

• kąt bryłowy,

• oświetlenie,

• lumen, kandela, steradian, lux,

• luksomierze - pomiary fotometryczne.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• Fotometr Ritchiego,

• źródło oświetlenia o znanej światłości,

• źródło oświetlenia o poszukiwanej światłości

• przymiar.

4. Przyjęte oznaczenia


- natężenie źródła światła o znanej światłości.


- natężenie źródła światła o poszukiwanej światłości.


- odległość znanego oraz poszukiwanego źródła światła od ekranu (pryzmatu).

5. Przebieg pomiarów

1. Ustawić w odległości
   od pryzmatu źródło światła o znanej jasności, tak, aby promień środkowy biegł wzdłuż osi fotometru.

2. Po drugiej stronie fotometru ustawić źródło światła, którego światłość chcemy zmierzyć.

3. Szkło, tzw matówka zostanie oświetlona, przy czym jedna połowa będzie jaśniejsza od drugiej.

4. należy dopasować odległości od ekranu tak, aby obie połowy matówki były jednakowo oświetlone i znikła wyraźna krawędź miedzy nimi.

5. Otrzymane wartości podstawić do wzoru 1.

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Obliczyć:

• światłość źródła światła


.

7. 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.

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 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.

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z powstawaniem obrazów w zwierciadle wklęsłym i wypukłym

• wyznaczanie promienia R zwierciadeł przy użyciu wzorów oraz pomiarów.

2. Zagadnienia do opracowania:

• powstawanie obrazów w zwierciadłach,

• prawo odbicia,

• równanie zwierciadła.

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• suwmiarka z głębokościomierzem,

• przymiar.

4. Przyjęte oznaczenia





- wysokość przedmiotu (człowieka),


- wysokość obrazu,


- odległość przedmiotu od zwierciadła


- powiększenie zwierciadła,


- ogniskowa zwierciadła,


- promień zwierciadła.


- wysokość sfery zwierciadła,


- promień sfery zwierciadła.




5. Przebieg pomiarów

1. Zmierzyć wysokość h przedmiotu (studenta)

2. Ustawić w odległości
   badany przedmiot (student).

3. Osoba, której odbicie widać w zwierciadle, nie ruszając się z miejsca informuje partnera z zespołu, gdzie widzi wierzchołek swojej głowy i stopy.

4. Pomiar wysokości obrazu h' w zwierciadle zanotować w tabeli.

5. Na podstawie dokonanych pomiarów obliczyć promień R zwierciadła oraz jego ogniskową f.

6. Pomiary powtórzyć 5 krotnie.

7. Z zależności typowych dla trójkąta wpisanego w koło obliczyć promień R zwierciadła.

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	x [m]	h [m]	h' [m]	R [m]	f [m]	H [m]	r [m]	R [m]
1
…
5

Wzory:

• 
  .

• 
  

• 
  

• 
  

7. 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.

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 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

---