Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa
w Kaliszu
Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki
Ćwiczenie 6
Wyznaczanie ogniskowych soczewek ze wzoru soczewkowego i metodą
Bessela
Opracował:
Ryszard Maciejewski
Kalisz, luty 2005 r.
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 6 –metoda Bessela
Część doświadczalna
Celem ćwiczenia jest:
9 wyznaczenie ogniskowych soczewek skupiających i rozpraszających,
9 wyznaczenie ogniskowych układu soczewek metodą Bessela.
Pomiary i obliczenia
Materiały i przyrządy
¾
¾
¾
¾
¾
ława optyczna,
przedmiot (przesłona z otworem w kształcie litery Y),
soczewki w uchwytach,
źródło światła,
ekran,
Przebieg ćwiczenia
1. Sprawdzić poprawność ustawienia ławy optycznej (Uwaga! Odległość ekranu l > 4f),
2. umieścić badaną soczewkę w uchwycie na ławie optycznej,
Rys. 1 Zamontowana na ławie soczewka i przedmiot w kształcie litery Y
3. zmieniając położenie soczewki, doprowadzić do uzyskania ostrego obrazu na ekranie,
-2-
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 6 –metoda Bessela
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-
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 6 –metoda Bessela
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 fśr dla każdej z soczewek,
10. odczytane wartości p i o nanieść na osie współrzędnych na papierze milimetrowym
(wartości p oś OX, zaś wartości o – oś OY),
11. połączyć pary wartości p i o linią prostą (dla poszczególnych soczewek),
12. znaleźć (dla danej soczewki) wspólny punkt przecięcia i odczytać jego wartość fgr
(jest to graficzny sposób wyznaczenia ogniskowej soczewki).
13. dla układu soczewek zastosować metodę Bessela. Zmierzyć odległość l oraz e między
dwoma położeniami soczewek, przy których obraz na ekranie jest ostry.
14. zmienić położenie ekranu i powtórzyć pomiary z pkt. 8 (zobacz rys.1),
15. obliczyć ogniskowe układu soczewek skupiających ze wzoru:
f =
l 2 − e2
4l
16. obliczyć wartości średnie ogniskowych dla poszczególnych metod pomiarów.
-4-
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 6 –metoda Bessela
Tabela pomiarowa
Ze wzoru soczewkowego
Odległości
Obraz powiększony
Obraz pomniejszony
Przedmiotu od ekranu – l
Przedmiotu od soczewki – p
Obrazu od soczewki – a
Ogniskowa – f
Wartość średnia – fśr
Ogniskowa wyznaczona graficznie- fgr
Metoda Bessela
Odległości
Pomiar 1 Pomiar 2
Przedmiotu od ekranu – l
Odległość między soczewkami – e
Ogniskowa – f
Wartość średnia – fśr
Wartość ogniskowej wyznaczona graficznie - fgr
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
9 oszacować błąd odczytu na ławie optycznej,
9 aby wyeliminować błąd paralaksy, oko w chwili odczytywania odpowiedniej podziałki
skali, winno być umieszczone w płaszczyźnie prostopadłej do skali,
9 wartości średnie ∆p, ∆o, obliczyć ze wzoru:
-5-
Laboratorium fizyczne PWSZ
Ćwiczenie 6 –metoda Bessela
x śr =
1 n
∑ xi
n i =1
- gdzie:
n – ilość pomiarów,
xi – wynik każdego pomiaru.
9 Obliczyć błąd poszczególnego pomiaru jako odchylenie wartości pomiaru od wartości
średniej ze wzoru:
εi = xi - xśr
9 błąd ∆p i ∆o obliczyć jako błąd średniej arytmetycznej. Obliczyć odchylenie
standardowe dla ∆p i ∆o (błąd średni kwadratowy średniej wartości) ze wzoru:
σs =
n
1
ε i2
∑
n(n − 1) i =1
Literatura uzupełniająca
1. Stanisław Szuba – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej 1996 r.
2. Tadeusz Dryński – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, PWN Warszawa1967 r.
3. Henryk Szydłowski – „Pracownia fizyczna”, PWN Warszawa 1975 r.
4. Michał Halaunbrenner – „Ćwiczenia praktyczne z fizyki” – kurs średni, PZWSz
5. Jay Orear – „Fizyka”, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, W-wa 1998r.
6. R.Resnick, D.Halliday – „Fizyka” dla studentów nauk przyrodniczych i technicznych,
tom I, wydanie IV, PWN, Warszawa 1980 r.
7. Marta Skorko – „Fizyka”, PWN Warszawa 1980 r.
8. Szczepan Szczeniowski – „Fizyka doświadczalna” cz.I, PWN, Warszawa 1980 r.
9. C.Kittel, W.D.Knight, M.A.Ruderman – „Mechanika”, PWN, Warszawa 1973 r., wyd.II
10. R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands – „Feynmana wykłady z fizyki”, tom I, część I,
PWN, Warszawa 1971 r.
-6-