Posluchači provedou odpovídající selekci a syntézu informací a uceleně je uvedou do teoretického základu vlastního měření.

Transkript

1 Úloh č. 9 je sestven n zákldě odkzu n dv prmeny. Kždý z nich přistupuje k stejnému úkolu částečně odlišnými způsoby. Níže jsou uvedeny ob zdroje v plném znění. V kždém z nich jsou pro posluchče cenné inormce z teorie principu měření, vše doloženo výpočty, přípdně nákresy vlstní relizcí měření. Posluchči provedou odpovídjící selekci syntézu inormcí uceleně je uvedou do teoretického zákldu vlstního měření. Optické jevy netrdičně -využití žákovské souprvy pro pokusy z optiky Pvel Kříž, Frntišek Špulák, Ktedr yziky, PF JU České Budějovice V článku popisujeme několik experimentů se žákovskou souprvou pro pokusy z optiky []. Abychom mohli uvedené pokusy provádět, je třeb udělt drobné úprvy s některými součástmi této souprvy. Stolek (součást č. 0) optickou lvici (součást č. ) provrtáme sešroubujeme tk, by bylo možno optickou lvici postvit do svislé polohy (viz obr. ). Obr. : - optická lvice, - stolek, 3 - šrouby, 4 - držáky, 5 - duté zrcdlo, 6 - mtnice s ryskmi N mtnici (součást č. ) připevníme ppírovou pásku, která má přes okrj mtnice prvidelně rozmístěné tři rysky, přičemž prostřední rysk je nejsilnější obě krjní jsou stejně silné. Pro všechn měření je zpotřebí uprvená optická lvice ve svislé poloze, dv držáky optických prvků (součást č. ) mtnice s ppírovou páskou ryskmi. N optickou lvici připevníme držáky, jeden do polohy nul druhý kmkoliv nd něj. Do horního držáku vložíme mtnici s páskou ryskmi. Tím je souprv připrven k dlšímu využití. Osttní pomůcky uvedeme u kždého experimentu zvlášť. Princip všech experimentů je stejný. Ze vzdálenosti minimálně 5 cm pozorujeme jedním okem rysky n mtnici zároveň s jejich obrzem v příslušné optické soustvě umístěné v dolním držáku. Nstvíme-li polohu mtnice tk, by se vzdálenosti rysek n mtnici v obrze shodovly (viz obr. ), potom je příčné zvětšení soustvy jednotkové ze vzthu y y vyplývá, že vzdálenost mtnice od optické soustvy je. Po změření této vzdálenosti lze určit ohniskovou vzdálenost použité optické soustvy následně i jiné prmetry (poloměry křivosti, index lomu tp.). Pro zdárný průběh měření je důležité, by os optické soustvy procházel okrjem mtnice v místě, kde je nkreslen nejsilnější rysk. Toho lze docílit posunem mtnice v držáku posunem ppírové pásky po mtnici v nvzájem kolmých směrech. Poznámk: Místo mtnice s ppírovou páskou ryskmi lze použit i obyčejného školního prvítk.

2 Experiment č. : Měření ohniskové vzdálenosti dutého zrcdl (obr. ) Pomůcky: optická lvice, mtnice s ryskmi, dv držáky, duté zrcdlo. Souprvu připrvíme k měření výše popsným způsobem. Do dolního držáku vložíme duté zrcdlo odrzným povrchem vzhůru. Po nstvení polohy mtnice tk, by se vzdálenosti rysek n mtnici v obrze shodovly, změříme vzdálenost mtnice od vrcholu zrcdl. Ohniskovou vzdálenost dutého zrcdl pk určíme ze vzthu: Obr. : 5 - duté zrcdlo, 6 - mtnice s ryskmi Experiment č. : Měření indexu lomu kpliny pomocí dutého zrcdl (obr. 3) Pomůcky: optická lvice, mtnice s ryskmi, dv držáky, duté zrcdlo, kplin Souprvu připrvíme k měření výše popsným způsobem. Do dolního držáku vložíme duté zrcdlo odrzným povrchem vzhůru. Ohniskovou vzdálenost zrcdl určíme jko u experimentu č.. Poté do dutého zrcdl nlijeme mlé množství kpliny. Opět nstvíme polohu mtnice tk, by se vzdálenosti rysek n mtnici v obrze shodovly. Odečteme vzdálenost mtnice od vrcholu zrcdl. Pro ohniskovou vzdálenost vzniklé optické soustvy pltí: pro index lomu kpliny (tvoří ploskovypuklou čočku) pltí vzth: n z P P r h Obr. 3: P - poloh mtníce bez vody, P - poloh mtníce s vodou, M - duté zrcdlo, r -poloměr křivosti zrcdl, h - poloměr křivosti soustvy zrcdlo vod

3 Experiment č. 3: Měření ohniskové vzdálenosti spojky pomoci rovinného zrcdl (obr. 4) Pomůcky: optická lvice, mtnice s ryskmi, dv držáky, rovinné zrcdlo, spojná čočk Souprvu připrvíme k měření výše popsným způsobem. Do dolního držáku vložíme rovinné zrcdlo odrzným povrchem vzhůru. N zrcdlo položíme spojnou čočku. Nstvíme polohu mtnice tk, by se vzdálenosti rysek n mtnici v obrze shodovly, odečteme vzdálenost mtnice od středu spojky. Světelná vln šířící se mezi čočkou rovinným zrcdlem musí být v tomto přípdě rovinná tedy pro ohniskovou vzdálenost spojky pltí: Obr. 4: M - rovinné zrcdlo, - spojná čočk, P - poloh mtnice, - ohnisková vzdálenost čočky ve vzduchu Experiment č. 4: Měření poloměru křivosti spojky jejího indexu lomu (obr. 5) Pomůcky: optická lvice, mtnice s ryskmi, dv držáky, rovinné zrcdlo, spojná čočk, uhlový ppír Souprvu připrvíme k měření výše popsným způsobem. Do dolního držáku vložíme rovinné zrcdlo odrzným povrchem vzhůru. N zrcdlo položíme spojnou čočku. Změříme ohnisko- vou vzdálenost čočky jko u experimentu č. 3. Poté pod čočku umístíme uhlový ppír. Opět nlezneme polohu mtnice tk, by se vzdálenosti rysek n mtnici v obrze shodovly, odměříme vzdálenost mtnice od spodního povrchu čočky. Potom lze určit poloměr křivosti spodního povrchu čočky podle následujícího vzthu:. Poloměr křivosti druhého povrchu čočky lze po otočení čočky zjistit stejným Způsobem. S použitím rovnice: ( n ) lze vypočítt index lomu n skl, z kterého je čočk vyroben. V přípdě rovnosti obou poloměrů křivosti čočky je n Experiment č. 5: Měření indexu lomu kpliny pomocí spojky rovinného zrcdl (obr. 6) Pomůcky: optická lvice, mtnice s ryskmi, dv držáky, rovinné zrcdlo, spojná čočk, uhlový ppír, kplin Souprvu připrvíme k měření výše popsným způsobem. Do dolního držáku vložíme rovinné zrcdlo odrzným povrchem vzhůru. N zrcdlo položíme spojnou čočku. Změříme ohnisko- vou vzdálenost čočky jko u experimentu č. 3. Poté určíme poloměr křivosti spodního povrchu čočky jko u experimentu č. 4. Odstrníme uhlový ppír mezi čočku rovinné zrcdlo nkpeme trochu kpliny (prostor mezi čočkou zrcdlem musí být kp

4 linou vyplněn). Opět nstvíme polohu mtnice tk, by se vzdálenosti rysek n mtnici v obrze shodovly, odečteme vzdálenost mezi mtnicí rovinným zrcdlem. Potom pro ohniskovou vzdálenost K kplinové čočky pltí: K. Pro index lomu kpliny dostneme vzth: ( ) n. Měření indexu lomu destilovné vody (stislv Bník - prktická úloh č. 6 z XXI. ročníku yzikální olympiády ktegorie A. SPN, Prh, 98 - neutorizovný překld ze slovenštiny) Pomůcky: destilovná vod, sttivový mteriál, duté sérické zrcdlo n kterém nejsou uvedeny žádné údje (npř. zrcdlo z velké optické souprvy), miniturní žárovk 3,5 V/0,3 A s objímkou přípojné vodiče, bílé mtné stínítko, délkové pásmové měřidlo m ž m, bterie 4,5 V. Postup:. Určete ohniskovou vzdálenost zrcdl. Žárovku postvte do vzdálenosti od zrcdl pokusně určete vzdálenost b stínítk od zrcdl tk, by obrz vlákn žárovky n stínítku byl co nejostřejší. Z hodnot, b určete ohniskovou vzdálenost. Zrcdlo je přitom pomocí sttivového mteriálu upevněné ve vodorovné poloze.. Do dutiny zrcdl nlijte destilovnou vodu. Podobným způsobem jko v bode. určete ohniskovou vzdálenost optické soustvy tvořené zrcdlem vodným tělesem, které vytváří ploskovypuklou čočku. Vzdálenost žárovky od volného povrchu vody oznčte, vzdálenost stínítk od volného povrchu vody při nejlepším zostření oznčte b. 3. Výpočtem dokžte, že pro index lomu vody pltí vzth: n 4. Všechny měření vykonejte desetkrát s různými hodnotmi, b,, b, výsledky zpište do tbulky. 5. Průměrnou hodnotu n p určeného indexu lomu porovnejte s hodnotou indexu lomu pro destilovnou vodu uvedenou v tbulkách. Řešení: Ohnisková vzdálenost smotného dutého sérického zrcdl je. Ohniskovou vzdálenost kplinové čočky oznčíme. Pro ohniskovou vzdálenost dutého sérického zrcdl pltí vzth: () přičemž je poloměr křivosti zrcdl. Pro ohniskovou vzdálenost kplinové ploskovypuklé čočky pltí vzth: odkud vyplývá: ( n ) n ()

5 Vzhledem n skutečnost, že světelné pprsky procházejí kplinovou čočkou dvkrát, můžeme celou soustvu povžovt z pevnou soustvu složenou z dutého zrcdl dvou ploskovypuklých čoček. Pro výslednou ohniskovou vzdálenost pltí: Při použití vzthů () () dostáváme: n Pro index lomu kpliny pltí: n Ohniskové vzdálenosti, určíme ze vzthů: b b itertur: stislv Bník: Měření indexu lomu destilovné vody - prktická úloh č. 6 z XXI. ročníku yzikální olympiády ktegorie A. SPN, Prh, 98; str. 56