Сборка модели трубы Галилея

Государственное образовательное учреждение лицей № 1547
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
“Физическая лаборатория”
описание лабораторных работ
для 11 классов лицея.
Раздел “ Оптика”
Под редакцией Г.С. Богданова
Москва 2010г.
1
Оглавление
Исследование явления отражения света
Построение изображения предмета в плоском зеркале
Сборка модели зеркального перископа
Наблюдение преломления света плоскопараллельной пластиной
Исследование преломления света на границе раздела двух сред
Наблюдение преломления света призмой
Исследование явления преломления света
Измерение показателя преломления вещества
Измерение фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы
Определение фокусного расстояния собирающей линзы с помощью формулы линзы
Измерение фокусного расстояния и оптической силы рассеивающей линзы
Получение изображения при помощи линзы
Сборка модели проекционного аппарата
Сборка модели микроскопа
Сборка модели трубы Кеплера
Сборка модели трубы Галилея
Наблюдение дифракции света
Наблюдение интерференции света
Измерение длины световой волны
Наблюдение поляризации света
Наблюдение явления дисперсии
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
19
19
20
21
2
Исследование явления отражения света
Цель работы: установить зависимость угла отражения от угла падения света на отражающую
поверхность зеркала.
Оборудование: планшет, лампа на подставке, экран, держатель оптических элементов, плоское
зеркало, лимб, источник электропитания, соединительные провода.
Ход работы.
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.
Угол падения, град
Угол отражения, град
2. Соберите установку, схема которой показана на рисунке.
Лампу, ключ и экран установите на планшет. Лампу и ключ
соедините последовательно и подключите к источнику
электропитания. Экран разместите в 3-4 см от лампы. Луч
света, пройдя через щель экрана, должен распространяться
перпендикулярно его плоскости.
3. Вплотную к экрану со стороны, противоположной лампе,
положите на планшет лист бумаги, а на него лимб. Лимб
расположите так, чтобы луч света, скользя по его
поверхности, проходил через оба деления, отмеченные цифрами 0. Обведите на листе бумаги контур
лимба.
4. Определите цену деления шкалы лимба.
5. Установите зеркало с помощью держателя в центре лимба. При этом поверхность зеркала с отражающим слоем должна располагаться на линии полукруга, нанесенной на лимбе. Нижний край
зеркала должен прилегать вплотную к поверхности лимба.
6. Определите и запишите в таблицу величины углов отражения и падения света на зеркало в начале
опыта.
7. Поверните лимб так, чтобы угол падения света на зеркало составил 10°. Поворачивая лимб нужно
соблюдать два условия: 1. Зеркало относительно лимба двигаться не должно; 2. Лимб не должен
выходить за пределы контура, нанесенного на листе бумаги.
8. Измерьте угол отражения.
9. Повторите измерение угла отражения при углах падения в 20°, 30°, 40° и 50°.
10. По результатам измерений сделайте вывод о том, как зависит угол отражения света от угла падения.
3
Построение изображения предмета в плоском зеркале
Цель работы: установить соотношение расстояний от предмета до зеркала и от зеркала до
изображения предмета.
Оборудование: планшет, пластиковый коврик, зеркало, держатель, булавки.
Ход работы.
1. Положите на планшет пластиковый коврик и накройте его листом бумаги. В центре листа поставьте
держатель с прикрепленным зеркалом. Обведите на бумаге контур зеркала.
2. Перед зеркалом в 3-4 см от него воткните в коврик булавку так, чтобы в зеркале было удобно
наблюдать ее изображение.
3. Наблюдая изображение булавки, воткните в коврик
вблизи зеркала еще булавку так, чтобы она закрыла
собой изображение первой. Не меняя направления
взгляда на зеркало воткните третью булавку.
Последняя булавка должна закрыть от наблюдателя
вторую и изображение первой. При этом две
последние булавки и изображение первой окажутся
на одной линии.
4. Извлеките вторую и третью булавки из коврика. На
бумаге отметьте места, где они были воткнуты.
5. Измените направление взгляда на зеркало. Изображение первой булавки должно по-прежнему
хорошо наблюдаться.
6. Еще раз воткните в коврик две булавки. Обе булавки и изображение первой должны оказаться, как и
раньше, на одной линии.
7. Отметьте на бумаге положения булавок во второй части опыта.
8. Разберите установку.
9. На листе соедините линиями положения второй и тетьей булавок.
10. Продолжите линии за контур зеркала до их пересечения. Точка пересечения линий укажет положение изображения первой булавки.
11. Измерьте расстояния от линии, вдоль которой располагалась отражающая плоскость зеркала, до
места, где находилась первая булавка и места, где наблюдалось ее изображение.
12. Сделайте вывод о соотношении расстояний от предмета и его изображения до плоскости зеркала.
4
Сборка модели зеркального перископа
Цель работы: используя два зеркала, собрать устройство для наблюдения предмета, скрытого за
препятствием.
Оборудование: планшет, магнитные держатели — 2 шт., зеркало - 2 шт., лимб.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Ход работы.
В средней части рабочего стола поставьте
сложенный пополам лист бумаги, как это
показано на рисунке. Лист будет
выполнять роль препятствия, мешающего
рассматривать объект наблюдения. За лист
положите лимб так, чтобы он не был
виден.
Удерживая
металлический
планшет
вертикально, разместите в его нижней
части держатель с прикрепленным
зеркалом. Держатель разверните так,
чтобы зеркало расположилось под углом
около 45° к краям планшета.
На противоположном краю планшета разместите второй держатель с зеркалом.
Направьте планшет в сторону лимба, лежащего за учебником.
Разверните нижнее зеркало так, чтобы в нем появилось изображение верхнего зеркала.
Поворачивая верхнее зеркало, добейтесь появления изображения лимба в нижнем зеркале.
Экспериментально установите, как расстояние между зеркалами влияет на величину части лимба,
наблюдаемую в зеркале.
Зарисуйте расположение зеркал на планшете, при котором удалось рассмотреть лимб, и постройте
ход лучей в зеркалах.
Укажите возможные области применения устройства, модель которого была собрана в работе.
5
Наблюдение преломления света плоскопараллельной пластиной
Цель работы: исследовать влияние прозрачной пластины с параллельными гранями на распространение светового луча.
Оборудование: источник электропитания, лампа, пластина с параллельными гранями, кювета с
водой, планшет, лист с разметкой, соединительные провода.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Ход работы.
Накройте планшет листом с разметкой. На листе
разместите лампу и ключ. В 3 - 4 см от лампы поставьте экран со щелью.
Лампу соедините с ключом и подключите к источнику электропитания.
Включите лампу и, перемещая экран, добейтесь,
чтобы выходящий из его щели узкий луч света
распространялся вдоль центральной линии разметки.
В 3 - 4 см от экрана разместите стеклянную пластину так, чтобы свет падал под некоторым углом
на середину ее малого основания. Схема установки
изображена на рисунке 1.
Обратите внимание на то, как изменился ход луча, вышедшего из пластины, по сравнению с тем,
каким он был до падения света на пластину.
Поворачивая пластину относительно падающего на нее света, установите как меняется ход луча,
вышедшего из пластины, в зависимости от угла падения света на ее поверхность.
Увеличивая угол падения света на пластину до такой величины, при которой вышедший луч еще
хорошо виден, заметьте величину смещения
вышедшего из пластины луча.
Поставьте пластину на большое основание (рис. 2),
но так, чтобы угол падения света на боковую грань не
изменился, и вновь заметьте смещение вышедшего из
пластины луча.
Сделайте вывод о том, как толщина пластины влияет
на смещение светового луча.
Замените стеклянную пластину прозрачной кюветой,
заполненной водой.
Установите, может ли прямоугольная кювета с водой оказывать на распространение света такое же
действие, как стеклянная пластина с параллельными гранями.
Подготовьте отчет о проделанных наблюдениях, в котором необходимо:
- нарисовать ход луча света через пластину с параллельными гранями,
-указать как величина угла падения света на одну из параллельных граней влияет на ход вышедшего
из пластины луча,
-указать как толщина пластины влияет на ход вышедшего из пластины луча,
-сравнить действия стеклянной пластины с параллельными гранями и прямоугольной кюветы
с водой на распространяющийся через них световой луч.
6
Исследование преломления света на границе раздела двух сред
Цель работы: сравнить величины углов падения и преломления света при его прохождении из
воздуха в стекло и из стекла в воздух.
Оборудование: лампа, пластина с параллельными гранями, планшет, лист белой бумаги,
транспортир, соединительные провода, источник электропитания.
Ход работы.
1. Накройте планшет листом белой бумаги. На листе разместите
лампу и ключ. В 3 - 4 см от лампы поставьте экран со щелью.
2. Лампу соедините с ключом и подключите к источнику
электропитания.
3. Включите лампу и, перемещая экран, добейтесь, чтобы из его
щели выходил узкий луч света перпендикулярно поверхности
экрана.
4. В 3 - 4см от экрана разместите стеклянную пластину так,
чтобы свет падал под некоторым углом на середину ее малого
основания. Схема установки изображена на рисунке 1.
5. Увеличивая угол падения света на пластину, найдите такое ее
положение, при котором луч, вышедший из пластины, еще
хорошо заметен и имеет значительное смещение относительно луча, падающего на пластину.
6. Обведите на листе контур основания пластины.
7. Отметьте на бумаге две точки, через которые проходит луч света, падающий на пластину. Расстояние между точками должно быть по возможности больше. Еще две точки отметьте по ходу луча,
вышедшего из пластины.
8. Отключите лампу и разберите установку.
9. Восстановите на листе бумаги ход луча света до падения на пластину
(рис. 2) и определите место, в котором луч попал на ее поверхность.
Для этого соедините линией две точки, сделанные на бумаге по ходу
падающего луча, и продолжите линию до пересечения с контуром
пластины.
10. Восстановите на бумаге ход луча, вышедшего из пластины и
определите место, в котором он вышел из пластины.
11. Восстановите на бумаге ход луча внутри пластины. Для этого
соедините линией точки входа луча внутрь пластины и выхода из нее.
12. Постройте перпендикуляры к контуру пластины в тех местах, где луч
попал на поверхность пластины и вышел из нее.
13. Определите транспортиром углы падения и преломления света при его
переходе из воздуха в стекло. Укажите, какой из углов больше.
14. Определите и сравните величины углов преломления света при его
переходе из стекла в воздух.
15. Сравните, как соотносятся величины углов падения и преломления света при его переходе из
воздуха в стекло и из стекла в воздух.
7
Наблюдение преломления света призмой
Цель работы: исследовать влияние прозрачной призмы на распространение светового луча.
Оборудование: источник электропитания, лампа, пластина с параллельными гранями, кювета с
водой, планшет, лист белой бумаги, соединительные провода.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Ход работы.
Рассмотрите стеклянную пластину и укажите в ней зоны, которые можно считать прямоугольным
параллелепипедом, треугольной призмой с малой скошенной
гранью, треугольной призмой с большой скошенной гранью
(рис. 1). В дальнейшем стороны призм, которыми они
примыкают к параллелепипеду, будут именоваться основаниями
призм (стороны АС и FD), а углы, противоположные
основаниям - преломляющими углами (угол ABC и DEF).
Накройте планшет листом белой бумаги и установите на него
лампу с ключом. В 3 - 4 см от лампы разместите экран со щелью.
Соберите электрическую цепь для питания лампы.
Включите лампу и скорректируйте положение экрана так, чтобы выходящий через щель луч был
перпендикулярен его поверхности (рис. 2).
На пути прошедшего через щель луча поместите стеклянную пластину. Свет должен падать на
середину ее скошенной грани.
На листе бумаги обведите контур пластины,
отметьте две точки, через которые проходит
падающий на пластину световой луч и две
точки, по которым проходит луч, вышедший из
пластины (рис. 2).
Выключите лампу, снимите с планшета платину, и по сделанным на листе меткам постройте
ход луча до падения на пластину и после выхода из нее.
Определив построением точки, в которых луч
входит и выходит из пластины, постройте ход
луча внутри нее.
Пунктиром обозначьте ход луча в том случае, если бы на его пути не оказалась пластина.
Сравнивая направления распространения света за экраном о падения на пластину и после выхода из
нее, сделайте вывод о справедливости утверждения:
«При прохождении через треугольную призму луч
света отклоняется к ее основанию».
Установите пластину снова на планшет, так чтобы свет
падал под прежним углом на другую скошенную грань.
Сравнивая отклонение луча призмами в двух опытах,
определите, как оно связано с величиной
преломляющего угла.
Замените пластину кюветой с водой. Свет должен
падать на середину ее малой грани. Прямоугольная форма кюветы
позволяет рассматривать ее как две треугольные призмы сложенные вместе их основаниями (рис.3).
Повторите действия, указанные в пунктах 6 - 11 и докажите, что при прохождении света через две
смежные грани прямоугольной призмы, он изменяет направление распространения отклоняясь в
сторону от преломляющего угла.
8
Исследование явления преломления света
Цель работы: экспериментально подтвердить утверждение о том, что отношение синуса угла
падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.
Оборудование: источник электропитания, лампа, экран со щелью, прозрачный полуцилиндр, лимб,
пластиковый коврик, планшет.
Ход работы.
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.
№ опыта
Угол падения α, 0
Угол преломления β, 0
sin α
sin β
sinα/sinβ
2. Соберите установку, схема которой показана на рисунке. Лампу, ключ и экран установите на
планшет. Лампу и ключ соедините последовательно и
подключите к источнику электропитания. Экран разместите в 3-4 см от лампы. Луч света, пройдя через
щель экрана, должен распространяться перпендикулярно его плоскости.
3. Вплотную к экрану со стороны, противоположной
лампе, положите на планшет пластиковый коврик, а
на него лимб. Лимб расположите так, чтобы луч света,
скользя по его поверхности, проходил через оба
деления, отмеченные цифрами 0.
4. Определите цену деления шкалы лимба.
5. В центре лимба установите прозрачный полуцилиндр. Проследите, чтобы основание полуцилиндра
вписалось в линии его контура, нанесенные на лимбе, а луч света падал перпендикулярно плоской
поверхности полуцилиндра точно в ее середину.
6. Занесите в таблицу исходные значения угла падения и угла преломления света.
7. Поверните лимб с лежащим на нем полуцилиндром так, чтобы угол падения света на плоскую
поверхность полуцилиндра стал равен 10 . Измерьте и занесите в таблицу значения углов падения и
преломления света.
8. Повторите опыт 5 - 6 раз, увеличивая каждый раз угол падения на 10°. Перед измерением углов
проверяйте попадает ли свет на середину плоской поверхности полуцилиндра.
9. Вычислите значения синусов углов падения и преломления света.
10. Вычислите для каждого опыта отношение синусов углов падения и преломления.
11. Сравните значения полученных отношений.
9
Измерение показателя преломления вещества
Цель работы: ознакомиться с одним из методов измерения скорости света в веществе.
Оборудование: источник электропитания, лампа, экран со щелью, прозрачная пластина со
скошенными гранями, пластиковый коврик, планшет.
Ход работы.
1. Соберите установку, как показано на рисунке 1. Лампу, ключ и экран установите на планшет. Лампу
и ключ соедините последовательно и подключите к
источнику электропитания. Экран разместите в 3-4
см от лампы. Луч света, пройдя через щель экрана,
должен распространяться перпендикулярно его
плоскости.
2. Вплотную к экрану со стороны, противоположной
лампе, положите на планшет пластиковый коврик,
накрытый листом белой бумаги, а на него прозрачную пластину со скошенными гранями. Пластину
расположите так, чтобы луч света падал на середину
ее малой параллельной грани под углом около 50°.
3. Очертите остро отточенным карандашом на листе
бумаги контур основания пластины.
4. Для построения хода луча внутри пластины сделайте на листе бумаги по две отметки на падающем
на пластину луче и луче, вышедшем из пластины (точки А, В, С и D на рис. 1).
5. Отключите источник электропитания и разберите установку.
6. Используя метки, сделанные на листе бумаги, восстановите ход падающего луча и луча вышедшего
из пластины и определите построением точки на контуре ее основания, в
которых луч вошел и вышел из пластины.
7. Постройте ход луча в пластине.
8. В точке, где луч вошел в пластину (точка Е на рис. 2), восстановите перпендикуляр к контуру ее малой параллельной грани (прямая MN).
9. Обозначьте угол падения и угол преломления.
10. От точки Е отложите два отрезка равной длины: один вдоль линии хода падающего луча (отрезок ЕР), другой - вдоль линии хода луча внутри пластины
и его продолжения (отрезок ЕК).
11. Из концов этих отрезков (точек Р и К) на прямую MN опустите перпендикуляры.
12. Проведите необходимые измерения сторон прямоугольных треугольников и
определите синусы углов падения и преломления. При этом учтите, что в
прямоугольном треугольнике синус угла равен отношению противолежащего катета к гипотенузе.
13. Вычислите значение показателя преломления вещества, из которого сделана
прозрачная пластина.
14. Вычислите значение скорости света в пластине.
10
Измерение фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы
Цель работы: ознакомиться с методами определения фокусного расстояния собирающей линзы.
Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, собирающая линза, магнитный держатель,
экран со щелью, планшет, лист с разметкой, соединительные провода.
Ход работы.
1. На планшет, накрытый листом с разметкой, устанавливают экран и держатель с закрепленной
линзой. Плоскости линзы и экрана должны быть
параллельны.
2. Поворачивая планшет направляют линзу на какой-либо удаленный яркий объект.
3. Приближая и удаляя линзу от экрана получают
на нем четкое изображение этого объекта.
4. Измеряют расстояние от экрана до плоскости
линзы, которое примерно равно ее фокусному
расстоянию.
5. Построением докажите, что если предмет находится от линзы на удалении, равном ее двойному
фокусному расстоянию, то его изображение,
даваемое этой линзой, находится от линзы на таком же расстоянии. Причем в этом случае
изображение получается такого же размера, как
и предмет.
6. Разместите на одном краю планшета лампу с ключом, соедините их последовательно и подключите
к источнику электропитания.
7. На расстоянии в два раза большем, чем фокусное расстояние линзы установите на планшет линзу,
закрепленную в держателе. За линзой разместите
экран, как показано на рисунке.
8. Включите лампу и, перемещая экран по планшету,
получите четкое изображение лампы на его
поверхности.
9. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните
его с фокусным расстоянием линзы.
10. Повторите опыт, используя другую собирающую
линзу.
11. Вычислите оптическую силу обеих линз.
12. Сделайте вывод о достоинствах и недостатках метода
измерения фокусного расстояния собирающей
линзы, который использовался при выполнении
работы.
11
Определение фокусного расстояния собирающей линзыс помощью
формулы линзы
Цель работы: экспериментально подтвердить связь расстояния от предмета до линзы и расстоянием
от линзы до его изображения с фокусным расстоянием линзы.
Оборудование: источник электропитания, лампа, магнитный держатель, собирающая линза «ЛС 1»,
лист с разметкой, планшет, соединительные провода.
Ход работы.
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
№ опыта
f, мм
d, мм
F, мм
2. Накройте планшет листом с делениями. На одном краю листа разместите подставку с лампой, на
другом - экран.
3. Соедините лампу с ключом и подключите к источнику тока. Установите на планшет между лампой и
экраном держатель с собирающей линзой «ЛС 1». Скорректируйте положения лампы и линзы так,
чтобы их центры оказались над средней линией листа с разметкой.
4. Перемещая держатель с линзой между лампой и экраном, получите на экране четкое изображение
светящейся нити лампы.
5. Измерьте расстояние от нити лампы до центра
линзы - f.
6. Измерьте расстояние от центра линзы до
экрана - d.
7. Из формулы линзы получите выражение для
определения фокусного расстояния линзы по
известным расстояниям от предмета до линзы
и от линзы до изображения.
8. Вычислите фокусное расстояние линзы - F.
9. Найдите еще одно положение линзы, при котором на экране наблюдается изображение
нити лампы.
10. Повторите действия, указанные в пунктах 5-8 и
сравните полученное значение фокусного расстояния линзы с результатом первого опыта.
12
Измерение фокусного расстояния и оптической силы рассеивающей линзы
Цель работы: изучить способ измерения фокусного расстояния и оптической силы рассеивающей линзы.
Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, магнитный держатель - 2 шт., рассеивающая линза «ЛР», собирающая линза «ЛС 1», планшет, лист с разметкой.
Ход работы.
1. На планшет, накрытый листом с разметкой, установите подставку с лампой, держатель с рассеивающей линзой, держатель с собирающей линзой
и экран. Центр нити лампы и оптические центры
линз должны находиться на одной прямой. Схема
установки показана на рисунке 1. Обратите
внимание на то, что собирающая линза размещается
между рассеивающей и экраном.
2. Получите на экране четкое изображение нити
лампы.
3. Запишите координату центра рассеивающей линзы.
4. Измерьте расстояние от лампы до центра рассеивающей линзы - f.
5. Удалите с планшета рассеивающую линзу.
6. Перемещайте медленно лампу к собирающей линзе
до тех пор, пока на экране вновь не появится четкое
изображение ее светящейся нити. При этом лампа
окажется в точке ее мнимого изображения,
даваемого рассеивающей линзой.
7. Измерьте расстояние от нити лампы до места, над
которым находился центр рассеивающей линзы до
того, как ее сняли с планшета - d (рис. 2).
8. Используя формулу линзы, вычислите величину
фокусного расстояния рассеивающей линзы - F.
9. Установите лампу и рассеивающую линзу на
прежние места и перемещая собирающую линзу
вдоль ее оптической оси, получите на экране еще
одно изображение нити лампы.
10. Повторите действия, указанные в п.п. 3 - 8 и еще раз
определите фокусное расстояние рассеивающей линзы.
11. Укажите в каком из опытов фокусное расстояние измерено более точно и по какой причине.
12. Вычислите оптическую силу рассеивающей линзы - D.
13
Получение изображения при помощи линзы
Оборудование: источник электропитания, лампа, экран со щелью, магнитный держатель,
собирающая линза (2 шт.), планшет, лист с разметкой.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Ход работы.
Соберите установку, как показано на рисунке. Планшет накройте листом с разметкой. На одном
краю планшета поверх листа с разметкой размещают лампу и ключ. Лампу и ключ соединяют
последовательно и подключают к источнику электропитания.
Измерьте фокусное расстояние линзы.
Рассмотрите нить накала лампы, обратите внимание
на ее размер и определите, в какую сторону она
выгнута.
На планшете с противоположного от лампы края
установите экран.
Между экраном и лампой разместите собирающую
линзу, закрепленную в держателе, включите лампу
и, перемещая линзу между экраном и лампой,
получите на экране увеличенное изображение нити
лампы.
Отметьте особенности полученного изображения
(мнимое или действительное, уменьшенное или
увеличенное, прямое или перевернутое).
Измерьте расстояния между лампой и линзой и между лампой и экраном.
Продолжая перемещать линзу, получите на экране уменьшенное изображение нити лапы.
Отметьте особенности полученного изображения (мнимое или действительное, уменьшенное или
увеличенное, прямое или перевернутое).
Измерьте расстояния между лампой и линзой и между лампой и экраном.
Сделайте вывод об особенностях изображения, даваемого линзой, от расстояния от предмета до
линзы.
Повторите опыты с другой собирающей линзой.
Укажите, можно ли считать сделанные выводы об особенностях изображения, даваемого линзой,
справедливыми для любой собирающей линзы.
14
Сборка модели проекционного аппарата
Цель работы: исследовать назначение основных частей оптической схемы проекционного аппарата
и получить представление о способах ее настройки.
Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, экран со щелью, магнитный держатель - 3
шт., собирающая линза - 2 шт., планшет, лист с разметкой, соединительные провода, прозрачная
пластина.
Ход работы.
1. Накройте планшет листом с разметкой.
2. Получите на экране поочередно с помощью каждой из линз изображение удаленного предмета и
определите, какая из них имеет меньшее фокусное расстояние.
3. Вблизи одного из коротких краев планшета разметите лампу и ключ. Соберите цепь для питания
лампы. На противоположном краю планшета поставьте экран.
4. Установите рядом с лампой держатель с короткофокусной линзой. Центр линзы и нить накала
лампы должны находиться над средней линией разметки и на одной высоте над планшетом.
5. Включите лампу и, меняя расстояние до линзы, установите ее в точке фокуса линзы. При этом за
линзой будет распространяться параллельный световой пучок. Проверить качество этой настройки
можно с помощью экрана. Если экран приближать или удалять от линзы, то при правильной
настройке диаметр светлого пятна на нем не должен заметно меняться.
6. Вплотную к держателю с линзой поставьте держатель с прозрачной пластиной.
7. Между пластиной и экраном установите держатель с длиннофокусной линзой. Центр этой линзы
также должен находиться над средней линией разметки и на одной высоте с короткофокусной
линзой. Схема установки показана на рисунке.
8. Перемещая длиннофокусную линзу вдоль средней линии разметки, получите на экране четкое
изображение рисунка, нанесенного на прозрачной пластине.
9. Удалите с держателя короткофокусную линзу и
обратите внимание на изменение качества изображения на экране. Сделайте вывод о значении
короткофокусной линзы - конденсора для
получения изображения необходимой яркости.
10. Верните линзу на прежнее место и найдите такое
ее положение на держателе, при котором
изображение на экране имело бы одинаковую
яркость.
11. Удалите с держателя длиннофокусную линзу и обратите внимание на изменение качества изображения на экране. Сделайте вывод о значении длиннофокусной линзы - объектива для получения
изображения необходимой четкости.
12. Верните линзу на прежнее место и найдите такое ее положение на держателе, при котором
изображение на экране имело бы одинаковую яркость.
13. Меняя расстояния от пластины до объектива и от объектива до экрана, установите, как от этого
зависит увеличение изображения, даваемого проекционным аппаратом.
14. Установите зависимость между увеличением проекционного аппарата и яркостью получаемого
изображения.
15
Сборка модели микроскопа
Оборудование: линза собирающая «ЛС1», линза собирающая «ЛС2», плоское зеркало, магнитный
держатель - 3 шт., планшет, прозрачная пластина, экран.
Ход работы.
1. Накройте планшет листом с разметкой.
2. Получите на экране поочередно с помощью каждой из линз изображение удаленного предмета и
определите, какая из них имеет меньшее фокусное расстояние.
3. На планшете разместите зеркало и прозрачную пластину, закрепленные на держателях.
4. Планшет расположите перед собой так, чтобы луч зрения скользил вдоль его поверхности и, пройдя
сквозь прозрачную пленку, попадал на зеркало.
5. Зеркало разверните к источнику света (окну или
лампе) и установите в таком положении, при
котором
прозрачная
пленка
окажется
максимально освещенной отраженным от
зеркала светом (рис.).
6. Рядом с пленкой разместите держатель с короткофокусной линзой - объективом. Оптическая ось линзы должна совпадать с лучом зрения
наблюдателя.
7. Затем устанавливают держатель с длиннофокусной линзой - окуляром. Ее главная оптическая ось также должна совпасть с лучом зрения
на пленку.
8. Перемещая держатель с окуляром по лучу зрения, добейтесь четкого изображения нанесенного на
пленку рисунка.
9. Изменяя расстояние от пленки до объектива, определите зависимость от него увеличения, даваемого
микроскопом. Обратите внимание на связь увеличения с искажениями объекта наблюдения.
16
Сборка модели трубы Кеплера
Цель работы: используя две собирающие линзы, изготовить приспособление для наблюдения
удаленных предметов.
Оборудование: линза собирающая «ЛС1», линза собирающая «ЛС2», магнитные держатели -2
шт., планшет, лист с разметкой, экран.
Ход работы.
1. Накройте планшет листом с разметкой.
2. Получите на экране поочередно с помощью каждой из линз изображение удаленного предмета и
определите, какая из них имеет меньшее фокусное расстояние.
3. На краю планшета установите держатель с
короткофокусной линзой - окуляром. На некотором
расстоянии от нее установите держатель с
длиннофокусной линзой - объективом.
4. Скорректируйте положения линз так, чтобы их
оптические оси оказались на одной линии, а их
центры - на одной высоте над планшетом.
5. Посмотрите сквозь обе линзы на удаленный
предмет и, меняя расстояние между ними,
добейтесь его четкого изображения.
6. Обратите внимание на особенности полученного изображения (прямое или перевернутое,
уменьшенное или увеличенное).
7. Проверьте утверждение о том, что четкое изображение удаленного предмета, даваемое трубой
Кеплера, получается тогда, когда расстояние между центрами окуляра и объектива равно сумме их
фокусных расстояний.
17
Сборка модели трубы Галилея
Цель работы: 1.Используя собирающую и рассеивающую линзы, изготовить приспособление для
наблюдения удаленных предметов. 2. Ознакомиться со способом оценки фокусного расстояния
рассеивающей линзы.
Оборудование: линза собирающая «ЛС1», линза рассеивающая «ЛР», магнитные держатели - 2 шт.,
планшет, лист с разметкой, экран.
Ход работы.
1. Накройте планшет листом с разметкой.
2. Получите на экране с помощью собирающей
линзы изображение удаленного предмета и
определите ее фокусное расстояние.
3. На краю планшета установите держатель с
рассеивающей линзой - окуляром. На некотором расстоянии от нее держатель с собирающей линзой - объективом.
4. Скорректируйте положения линз так, чтобы
их оптические оси оказались на одной линии,
а их центры - на одной высоте над
планшетом.
5. Посмотрите сквозь обе линзы на удаленный предмет и, меняя расстояние между ними, добейтесь
его четкого изображения.
6. Обратите внимание на особенности полученного изображения (прямое или перевернутое,
уменьшенное или увеличенное).
7. Измерьте расстояние между центрами линз.
8. Определите примерную величину фокусного расстояния рассеивающей линзы. (Для выполнения
этого задания учитывают, что четкое изображение удаленного предмета, рассматриваемого через
собирающую и рассеивающую линзы, получается тогда, когда расстояние между их центрами
примерно равно разности фокусных расстояний этих линз).
18
Наблюдение дифракции света
Цель работы: исследовать зависимость дифракционной картины от ширины щели.
Оборудование: источник электропитания, лампа на подставке, магнитный держатель -2шт., две пары
стальных лезвий, планшет, соединительные провода.
Ход работы.
1. Установите на планшет лампу и ключ и соберите цепь для ее включения.
2. Установите один держатель рядом с лампой и прикрепите к нему пару лезвий, обращенных друг к
другу острыми краями. Лезвия располагают горизонтально так, чтобы щель между ними находилась
на высоте нити накала лампы.
3. Отрегулируйте ширину щели так, чтобы она
была одинаковой по всей длине, а расстояние
между лезвиями составляло примерно 0,5мм.
4. На противоположно крае планшета установите
второй держатель с лезвиями. Лезвия должны
быть обращены в сторону наблюдателя, а щель
между ними должна быть параллельна щели на
первом
держателе.
Схема
установки
представлена на рисунке.
5. Включите лампу и взглянув на нее через обе
щели рассмотрите дифракционную картину в
виде светлых полос с цветными окантовками,
проходящим параллельно щели.
6. Определите в каком порядке чередуются цвета окантовок относительно центральной полосы.
7. Меняя ширину щели на ближнем к наблюдателю держателе, определите, как от этого зависит
расстояние между полосами и количество наблюдаемых полос.
8. Обратите внимание на цвет центральной полосы.
9. Меняя ширину щели на ближнем к лампе держателе, определите, как она влияет на вид дифракционной картины.
Контрольные вопросы:
1. В чём состоит отличие дифракции от преломления света?
2. В морозные туманные дни и ночи вокруг Солнца, Луны, различных фонарей на улице можно
наблюдать концентрические радужные «венцы». Объясните их природу.
19
Наблюдение интерференции света
Цель работы: наблюдение интерференции в мыльных пленках.
Оборудование: источник электропитания, лампа, кювета с мыльным раствором, проволочная рамка.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Ход работы.
Заполните кювету на 3/4 ее объема мыльным раствором с добавлением нескольких капель глицерина.
Получите на проволочной рамке мыльную пленку, расположите ее вертикально и наблюдайте
образование цветных полос.
Определите чередование цветов в интерференционных полосах.
Подсчитайте количество полос одного цвета, которые одновременно наблюдаются на пленке.
Установите, как меняется с высотой расстояние между полосами одного цвета.
Установите, как зависит от высоты ширина полос одного цвета.
Проследите, как изменяется положение полос на пленке с течением времени.
Определите, меняется ли ориентация и форма полос при повороте рамки в вертикальной плоскости.
Повторите наблюдения для случая, когда пленка с рамкой удерживаются горизонтально.
Контрольные вопросы.
1. С какой физической характеристикой световых волн связано чередование цветов
интерференционных полосах?
2. Почему интерференционные явления наблюдаются только в тонких плёнках и пластинках?
в
20
Измерение длины световой волны
Цель работы: ознакомиться с методом определения длины световой волны с помощью дифракционной решетки.
Оборудование: источник электропитания, лампа, экран со щелью, дифракционная решетка,
магнитный держатель, планшет, лист с разметкой, соединительные провода.
Ход работы.
1. Соберите установку, как показано на рисунке. Планшет накройте листом с разметкой. На одном
краю планшета поверх листа с разметкой размещают лампу, ключ и экран. Лампу устанавливают
так, чтобы ее нить накала располагалась над осевой линией координатной сетки. Плоскость экрана и
нить накала лампы должны располагаться на одной линии координатной сетки.
2. Лампу и ключ соедините последовательно и подключите к источнику электропитания.
3. На противоположной стороне планшета установите держатель с закрепленной на нем дифракционной решеткой. Центр дифракционной решетки должен располагаться на одной линии с центром
нити накаливания лампы.
4. Включите лампу и, посмотрев на нее сквозь дифракционную решетку, пронаблюдайте дифракционные спектры первого порядка. Чтобы увидеть дифракционную
картину необходимо смотреть на лампу под некоторым
углом относительно линии, соединяющей решетку и
лампу.
5. Перемещая экран вдоль координатной линии, совместите его щель с линией красного цвета дифракционного
спектра.
6. Измерьте по координатной сетке расстояние от лампы
до решетки и расстояние от середины нити лампы до
щели экрана.
7. Используя формулу для определения положения
дифракционного максимума, вычислите величину длины волны красного света.
8. Повторите измерения и вычислите длину волны фиолетового света.
9. Сопоставьте результаты вычислений и укажите какому цвету соответствует меньшая длина волны.
21
Наблюдение поляризации света
Цель работы: 1. Исследовать зависимость интенсивности света, прошедшего через два поляроида
от их взаимной ориентации; 2. Наблюдать поляризацию света при отражении и установить ее
зависимость от материала отражающего предмета и угла падания.
Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, экран со щелью, поляроиды в оправах (2
шт.), магнитный держатель (2 шт.), прозрачная пластина, зеркало, планшет, лимб, соединительные
провода.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Ход работы.
Установите на планшет лампу с ключом и соберите цепь для ее включения.
Рядом с лампой поместите держатель с. поляроидом. На расстоянии 4 - 5см от первого разместите
второй поляроид, а за ним экран. Схема установки для первой части работы показана на рисунке 1.
Включите лампу и скорректируйте положения поляроидов. Поляроиды должны располагаться
параллельно друг другу, а их центры устанавливают на одной высоте с нитью накала лампы и на
одной линии, идущей от лампы к экрану. Стрелки на оправах поляроидов ориентируют в одну
сторону. На экране при этом наблюдают светлое пятно
равномерной освещенности.
Поверните поляроид на первой оправе на 90° относительно
горизонтальной оси и определите, как при этом изменится
яркость светового пятна на экране.
Определите, как изменится яркость экрана при повороте
второго поляроида также на 90°.
Поверните поляроид на первой оправе на 360° и определите
сколько раз при этом менялась яркость пятна на экране.
Повторите опыт со вторым поляроидом и сделайте вывод о
влиянии взаимной ориентации поляроидов на интенсивность
прошедшего через них светового потока.
Рядом с лампой поместите экран со щелью. С другой стороны экрана положите на планшет лимб, в
центре которого установлен держатель с прикрепленным зеркалом. Световой пучок, вышедший из
щели экрана, должен падать на середину зеркала под углом
около 50°-60°.
На пути отраженного зеркалом света поместите держатель с
поляроидом. Схема установки для этой части работы показана
на рисунке 2.
Посмотрите на отражение лампы в зеркале через поляроид и
вращая его относительно горизонтальной оси определите,
удается ли обнаружить поляризацию света, отраженного
зеркалом.
Замените зеркало прозрачной стеклянной пластиной,
повторите опыт и сделайте вывод о том, как материал
отражающего свет предмета влияет на поляризацию света при
отражении.
Меняя угол падения света на пластину определите, как от этого зависит степень поляризации
отраженного света.
22
Наблюдение явления дисперсии
Цель работы: изучение дисперсии света в воде.
Оборудование: источник электропитания, лампа, ключ, экран со щелью, кювета с водой, соединительные провода, лист белой бумаги.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Ход работы.
Установите на планшет лампу с ключом и соберите цепь для ее
включения.
В 3 - 4 см от лампы поместите экран со щелью.
В 3 - 4 см от экрана по другую его сторону установите кювету с
водой.
Включите лампу и направьте световой луч, вышедший из щели
экрана на середину узкой грани кюветы.
Поворачивая кювету относительно падающего луча, добейтесь,
чтобы из ее широкой грани вышел окрашенный световой луч.
Изготовьте самодельный экран, согнув лист белой бумаги под
прямым углом и, разметив его на пути луча, вышедшего из кюветы, наблюдайте полученный спектр.
Определите, в каком порядке чередуются цвета спектра относительно основания преломляющей
призмы. Положение основания призмы можно указать, если рассматривать прямоугольную кювету
как две треугольные призмы, имеющие вершины с углами 90°, которые соединены вместе своими
основаниями так, что образуют прямоугольный параллелепипед. Ход лучей в опыте показан на
рисунке.
23