Souprava pro pokusy z optiky
Pavel Kříž, František Špulák
číslo |
kusů |
název |
obr. č. |
1 |
1 |
kyveta |
1 |
2 |
1 |
kyveta |
2 |
3 |
1 |
kyveta |
3 |
4 |
1 |
kyveta |
4 |
5 |
1 |
modely čoček (z plného plexiskla) |
5 |
6 |
1 |
modely čoček |
6 |
7 |
1 |
průhledná fólie |
7 |
8 |
1 |
průhledná fólie |
8 |
Tab. 1: Seznam součástí
Poznámka: Zdroj světla je ze soupravy „Demonstrační souprava na optiku“.
Popis součástí soupravy
č. 1 kyveta
Po vložení součásti č. 5 nebo č. 6 umožňuje studovat vlastnosti čoček (spojka, rozptylka) v různých optických prostředích.
Obr. 1
č. 2 kyveta
Na dně kyvety je nalepeno zrcátko. Bílá deska umožňuje určit velikost úhlu dopadu a posunutí odraženého paprsku na stupnici.
Obr. 2
č. 3 kyveta
Na čelní stěně kyvety je připevněna průhledná fólie, do které se zasune buď součást číslo 7 nebo 8. Na dně, přesněji v jeho středu, je umístněno malé zrcátko, díky němuž můžeme studovat i odražený paprsek. Zařízení nám dovoluje určit velikost úhlů dopadu, lomu, odrazu a posunutí odraženého paprsku.
Obr. 3
č. 4 kyveta
Umožňuje nám studovat čtyřnásobný lom světla. Na rozhraních: vzduch, plexisklo; plexisklo, voda (vzduch); voda (vzduch), plexisklo a nakonec plexisklo, vzduch. Posunutí takto lomeného paprsku vůči paprsku výchozímu snadno odečteme na stupnici.
Obr. 4
č. 5, 6 modely čoček
Slouží k ověření vlastností čoček v závislosti na materiálu z kterého jsou vyrobeny (č. 5 – plexisklo, č. 6 – vzduch) v daném prostředí (voda).
Obr. 5-6
č. 7 průhledná fólie
Slouží ke změření velikosti úhlu odrazu a posunutí odraženého paprsku pro dvě různé výšky hladiny; 10 cm nebo 12 cm.
Obr. 7
č. 8 průhledná fólie
Slouží ke stanovení úhlu dopadu a úhlu lomu.
Obr. 8
Poznámka: Obě tyto průhledné fólie (obr. 7, 8) náleží ke kyvetě č. 3.
Experimenty
1. Posunutí lomeného a odraženého paprsku
pomůcky:
magnetická tabule, zdroj světla, kyveta číslo 2
příprava/postup:
1. Připněte kyvetu na magnetickou tabuli.
2. Nalijte do ní vodu do výšky označené na fólii vodorovnou čarou
3. Zdroj světla (s clonkou s jednou štěrbinou) umístěte tak, aby paprsek vždy procházel průsečíkem vodorovné a svislé přímky na fólii.
otázky a úkoly:
1. Nastavte zdroj tak, aby byl úhel dopadu a roven: 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°.
2. Odečtěte na stupnici v jaké vzdálenosti l od místa dopadu vystoupí odražený paprsek na hladinu pro výše uvedené úhly dopadu α. Výsledky zapište do tabulky.
3. Co můžete říci o této závislosti?
2. Index lomu vody, posunutí odraženého a lomeného paprsku
pomůcky:
magnetická tabule, zdroj světla, kyveta číslo 3, průhledné fólie č. 7, č. 8
příprava/postup:
1. Do čelní stěny kyvety zasuňte fólii č. 8.
2. Naplňte ji vodou do výšky označené na fólii vodorovnou čarou.
3. Zdroj světla (s clonkou s jednou štěrbinou) umístěte tak, aby paprsek vždy procházel středem fólie.
4. Proveďte úkol 1.
5. Zaměňte fólii č. 8 za č. 7.
6. Dolijte vodu do výšky 10 cm (na fólii nižší hladina), resp. 12 cm (na fólii vyšší hladina).
7. Zajistěte, aby paprsek vycházející ze zdroje dopadal na dno kyvety do středu zrcátka.
8. Proveďte úkol 2a.
9. Proveďte po řadě body 1., 2. a 3.
10. Na závěr proveďte úkol 2b.
otázky a úkoly:
1. Změřte úhel dopadu α a úhel lomu β paprsku. Úhel β odpovídá úhlu dopadu na zrcátko. Dle známého vztahu
určete index lomu vody.
2. Využitím stupnice určete, v jaké vzdálenosti l od místa dopadu vystoupí odražený paprsek na hladinu. Ze vzorců
,
kde h je výška hladiny vody a n = 1,33 index lomu vody, vypočtěte velikosti úhlů α, β. Pomocí experimentu ověřte správnost výpočtu.
3. Přemístěte zdroj světla tak, aby l = 10 cm. Jaký bude odpovídající úhel β?
3. Několikanásobný lom paprsku
pomůcky:
magnetická tabule, zdroj světla, kyveta s trojúhelníkovým výřezem – číslo 5
příprava/postup:
1. Pro příslušný úkol naplňte kyvetu vodou po hladinu označenou černou čarou a číslem 8.
2. Zdroj světla (s clonkou s jednou štěrbinou) umístěte tak, aby dopadající paprsek splynul s červenou čarou – narýsována na bílé desce.
otázky a úkoly:
1. Odhadněte, pro kterou variantu (kyveta naplněna vodou nebo vzduchem) bude lomený paprsek více posunut. Svůj odhad fyzikálně zdůvodněte.
2. Změřte posunutí lomeného paprsku
a) pro kyvetu naplněnu vodou
b) pro kyvetu bez vody.
3. Porovnejte svůj odhad s výsledky experimentu.
4. Vypněte zdroj světla. Zakryjte kyvetu papírkem. Pomocí výpočtu (zákon lomu) narýsujte na papírek průchod paprsku.
a) pro kyvetu naplněnu vodou;
b) pro kyvetu bez vody.
5. Zapněte zdroj světla a porovnejte vámi narýsovaný paprsek se skutečným.
4. Lom čočkami
pomůcky:
magnetická tabule, zdroj světla, kyveta číslo 2, modely čoček – č. 5, č. 6
příprava/postup:
1. Naplňte kyvetu vodou tak, aby obě čočky byly celé pod hladinou
2. Zajistěte průchod paprsků vycházejících ze zdroje světla (s clonkou s více štěrbinami) čočkou se kterou pracujeme. Paprsky dopadající na čočku nechť jsou rovnoběžné s její optickou osou.
otázky a úkoly:
1. Pozorujte lomené paprsky a určete ohniskové vzdálenosti čoček vyrobených
a) z plného plexiskla – č. 5
b) pouze stěny z plexiskla – č. 6
2. Vysvětlete, proč se liší lom čočkami z plného plexiskla a čočkami „ze vzduchu“.
