LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE Ćwiczenie nr 7 Temat: Pomiar kąta załamania i kąta odbicia światła. Sposoby korekcji wad wzroku. 1. Wprowadzenie Zestaw ćwiczeniowy został zaprojektowany, aby możliwe było łatwe i wyraźne pokazywanie zjawisk i urządzeń optycznych wykorzystywanych w optyce. Użycie lasera (lub diody laserowej) jako źródła światła pozwala na zrozumienie zasady działania prostych układów optycznych, ale również i układów bardziej złożonych. W niniejszej instrukcji opisane są doświadczenia, które należy zrealizować podczas zajęć laboratoryjnych w pracowni fizyki. Każde doświadczenie składa się z 3 części: • Prosty opis doświadczenia • Schemat doświadczenia • Schemat przedstawiający elementy, które znajdują się przed użytkownikiem. Zestaw zawiera bardzo ważny element, potrzebny do wykonania doświadczeń: laserowe źródło światła, które właściwie składa się z pięciu diod laserowych. To źródło światła jest modelem wiązki światła o promieniach równoległych. Można użyć również klasycznej diody laserowej, ale konieczne jest jej dostosowanie do zestawu. UWAGA: Należy unikać wszelkiego bezpośredniego kontaktu oka z promieniem lasera. 2. Wykaz elementów znajdujących się w zestawie Spis elementów: - 4 soczewki dwuwypukłe, - soczewka dwuwklęsła, 1 - mała i duża soczewka płasko – wypukła, - mała soczewka płasko - wklęsła, - zwierciadła: płaskie, wypukłe i wklęsłe, - płytka o równoległych bokach - pryzmat, - światłowód. Zakładki: A – model oka, B – aparat fotograficzny, C – teleskop Galileusza, D – teleskop Keplera, E – Korekta aberracji optycznych, F – Tarcza optyczna. 3. Zadania do wykonania: 3.1. Odbicie od zwierciadła płaskiego Wykazanie prawa odbicia. Promień światła trafiający w płaskie lustro pod kątem α ulega odbiciu pod tym samym kątem β. α=β Pomiar obu kątów w stosunku do normalnej do lustra płaskiego. 3.2. Odbicie promieni światła od zwierciadła wklęsłego: 3.2.1.Promienie są równoległe do osi optycznej 2 Odległość ogniskowa f lustra wklęsłego jest określana odległością VF. Promień krzywizny można wyliczyć stosując następujący wzór: f = r 2 Odległość VS jest 2 razy większa niż odległość VF, gdzie S jest środkiem krzywizny, a F ogniskiem przedmiotu. 3.2.2.Promienie nie są równoległe do osi optycznej Oś φ, która jest prostopadła do osi optycznej, i która przechodzi przez ognisko przedmiotu F pozwala oznaczyć płaszczyznę ogniskową lustra wklęsłego. Wszystkie równoległe promienie, odbite od lustra, przecinają się w jednym punkcie osi φ. Gdy promienie te są równoległe do osi optycznej punkt ten nazywa się ogniskiem (F). 3 3.3. Odbicie promieni światła od zwierciadła wypukłego: 3.3.1.Promienie są równoległe do osi optycznej Promienie równoległe do osi optycznej, odbite od lustra wklęsłego, zdają się pochodzić z jednego punktu znajdującego się za lustrem. Punkt ten nazywa się ogniskiem obrazowym. Długość VF określa odległość ogniskową f lustra. Promień krzywizny można wyliczyć stosując wzór: f = r 2 Odległość VS jest 2 razy większa niż odległość VF, gdzie S jest środkiem krzywizny, a F jest ogniskiem obrazowym. 3.3.2.Promienie nie są równoległe do osi optycznej Oś φ, która jest prostopadła do osi optycznej, i która przechodzi przez ognisko przedmiotu F pozwala oznaczyć płaszczyznę ogniskową lustra wypukłego. Wszystkie równoległe promienie odbite od lustra zdają się przechodzić z jednego punktu na płaszczyźnie φ. Gdy promienie te są równoległe do osi optycznej punkt ten znajduje się na osi. 4 3.4. Załamanie światła na granicy powietrze – szkło (Zakładka F) Gdy światło przechodzi z jednego otoczenia charakteryzującego się współczynnikiem załamania n1 do innego otoczenia o współczynniku n2, to jego kierunek zmienia się zgodnie z prawem Kartezjusza: n1sinα = n2sinβ gdzie α jest kątem padania w otoczeniu n1, a β jest kątem załamania w otoczeniu n2. Kąty oznaczane są w odniesieniu do normalnej do płaszczyzny oddzielającej obydwa otoczenia. 3.5. Załamanie światła na granicy szkło – powietrze (Zakładka F) Promień zostaje załamany pod kątem β, dużo większym niż kąt padania α. 5 3.6. Model oka normalnego (Zakładka A) Promienie równoległe do osi optycznej po przejściu przez soczewkę stymulującą oko (bez korekty) przecinają się w jednym punkcie na siatkówce. Należy umieścić soczewkę (1) bezpośrednio za linią O2 na zakładce A. 3.7. Model oka krótkowzrocznego (Zakładka A) Promienie równoległe do osi optycznej po przejściu przez soczewkę stymulującą oko (bez korekty) przecinają się w jednym punkcie przed siatkówką. Należy umieścić soczewkę (2) bezpośrednio za linią O2 i na zakładce między liniami O1 i O2 umieścić soczewkę korygującą. 6 3.8. Model oka starczowzrocznego (Zakładka A) Promienie równoległe do osi optycznej po przejściu przez soczewkę stymulującą oko (bez korekty) przecinają się w jednym punkcie za siatkówką. Soczewka korygująca powinna być soczewką skupiającą. Odległość ogniskowa f’ układu oko + soczewka wynosi: f '= f1 ' f 2 ' f 1 '+ f 2 ' gdzie f1’ jest odległością ogniskową soczewki reprezentującej oko (3) a f2’ jest odległością ogniskową soczewki korygującej. 7