O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése

O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 rés 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát teljes egészében egy ív papírlapra helyezzük. A négyzetes fénynyílást széttartó fényként használjuk (letakarva, illetve levéve és fordítva felillesztve, adott esetben a lámpát megfordítva). A fény ne terjedjen át a beépített lencsén. A lámpa körvonalát átrajzoljuk. 1. Kísérlet: A peremsugarak egyes pontjait megjelöljük, és a lámpát eltávolítjuk. Ezután a megjelölt pontokat vonalzóval összekötjük, és az egyeneseket a metszési pontig meghosszabbítjuk. Ennek a pontnak a lámpa izzójának helyét kell jelezni. 2. Kísérlet: Most a négyzetes fény-nyílást párhuzamos fényre állítjuk (takarót levéve, majd fordítva felhelyezve). A fény most kilép a beépített lencséből. Újra tapasztalhatjuk a fény egyenes vonalú terjedését. Az egy réssel ellátott blende segítségével egy keskeny fénysugarat hozunk létre. A sugár két pontját megjelöljük, és a lámpa eltávolítása után a vonalzóval a sugár helyét megrajzoljuk. Következtetések: 1. A fény a fényforrástól egyenes irányban terjed. 2. Egy keskeny fénysugárnyaláb közelítőleg egy sugárral helyettesíthető és szemléltethető.

RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

O 1.2 Árnyék Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 átlátszó műanyagvályú 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát teljes egészében egy papírlapra helyezzük. A négyzetes fénynyílást széttartó fényként használjuk (fedelét letakarva, illetve levéve és fordítva feltéve, adott esetben a lámpát megfordítva). Megrajzoljuk a lámpa körvonalát. 1. Kísérlet: A műanyagvályút kb. 6 cm-re a lámpától, a keskeny oldalával úgy helyezzük el, hogy az átláthatatlan fenékrésze a kísérleti lámpa irányába nézzen. Az árnyék szélének két-két pontját megjelöljük, és a műanyagtest eltávolítása után a pontokat vonalzóval összekötjük. 2. Kísérlet: A műanyagtestet valamivel nagyobb távolságba helyezzük a lámpa elé, és újra megrajzoljuk az árnyék szélét. Az árnyékok nagyságát összehasonlítjuk. Mindkét árnyék szélét balra metszéspontig meghosszabbítva megállapíthatjuk, hogy a metszéspont a lámpa izzójának helyét adja. Következtetések: 1. Az árnyék annál nagyobb, mennél közelebb helyezzük az árnyékot adó tárgyat a fényforráshoz. 2. Az árnyék is igazolja a fény egyenes vonalú terjedését.


2

O 1.3 Fény és árnyék Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 1 ernyő, fehér 2 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka skála, ernyő és mutató részére 1 föld-hold modell 2 összekötő vezeték tápegység

Egy egyszerű kísérlettel bemutatjuk az árnyalakok, illetve árnyjátékok elvét. Közben megvizsgáljuk az árnyalakok méretének a fényforrás távolságától való függését. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát az állványrúddal a rögzítő csavaros csuszkával az optikai padra rögzítjük. A kísérleti lámpát kerek nyílással alkalmazzuk. A kísérleti lámpával, mint fényforrással, kézzel árnyképeket hozunk létre az ernyőn. Az ernyő 50 cm távolságra legyen a fényforrástól. Ki tudja a legszebb képet előállítani? Most egy tartórúdon levő golyónak vizsgáljuk meg az árnyképét. Ennek érdekében a föld-hold modell földgömbjét egy csuszkába tesszük, és a fényforrástól 30 cm távolságra az optikai padra helyezzük. Ezután a gömböt a fényforrástól 20 cm-re, majd 40 cm-re toljuk el, mialatt az ernyő a helyén marad. Eredmények: árnyék nagyobb/kisebb árnyék erősebb/gyengébb A tárgy távolsága mint 30 cm-nél mint 30 cm-nél 20 cm 40 cm Következtetés: Minél messzebb van az árnyékadó tárgy a fényforrástól, annál kisebb az árnyék. Az árnyék erőssége ugyanakkor növekszik.


O 1.4 Árnyékmag, félárnyék Anyagok: 2 állványsín 30 cm 2 rögzíthető lámpa 12 V fényellenző csővel 2 lencse- és fényellenző tartó 2 csúszka az optikai padhoz 1 csúszka skálához, ernyőkhöz és mutatóhoz 1 föld-hold modell 4 összekötő vezeték tápegység

Meghatározzuk az árnyékmag és félárnyék fogalmait, megvitatjuk a lehetőség szerint pontalakú és kiterjedt fényforrás közötti különbséget. Két fényforrás alkalmazásával meg lehet mutatni a félárnyék keletkezését. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A két rögzíthető lámpát az árnyékolócsőre tűzzük, és egymástól kb. 15 cm távolságra csúszkák segítségével az állványra helyezzük. Az ernyőt a réses csuszkába dugjuk, és a másik állványsínre tesszük. A második állványsín merőlegesen áll a két lámpát tartó állványsínre. A gömböt (föld a föld-hold modellről) kb. 20 cm-re az ernyő elé csuszkával a sínre helyezzük. A lámpák és az ernyő közötti távolság kb. 50 cm legyen. A gömböt mindkét lámpával megvilágítjuk és megvizsgáljuk az árnyék képét. Először két különálló árnyék keletkezik. Most a gömböt az ernyőhöz közelítjük (kb. 10 cm-re az ernyőhöz). Az árnyék most árnyékmagból és félárnyékból áll. Váltakozva az egyik fényforrást eltakarjuk (kézzel) és összehasonlítjuk a megmaradó árnyékképet a két lámpával előállított árnyékképpel. Hogyan keletkezik a félárnyék? A megvilágított gömbön megfigyelhetjük a sajátárnyékot is. Következtetés: Egy testnek két fényforrásnak közel egyenlő irányból való megvilágításával a test utáni térben árnyékmag és félárnyék keletkezik.


O 1.5 Holdfázisok Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 2 csúszka rögzítő csavarral 1 föld-hold modell 2 összekötő vezeték tápegység

A holdfázisokat egy egyszerű modell segítségével mutatjuk be. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílásával használjuk. A kísérleti lámpa fénye jelenti a napfényt. A fényforrástól kb. 20 cm távolságra, a föld-hold modellt egy csúszkába rögzítjük. A holdat a föld körül mozgatva látható, hogy mindig a nap felé eső oldal van megvilágítva. Ha a holdat a földről nézzük, láthatjuk a különböző holdfázisokat. Következtetés: A holdat a föld körüli mozgása során különböző módon látjuk megvilágítva. Megkülönböztetünk teleholdat, félholdat és újholdat.


2

O 1.6 Nap- és holdfogyatkozás Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 2 csúszka, rögzítő csavarral 1 föld-hold modell 2 összekötő vezeték tápegység

A föld-hold modell segítségével bemutatjuk a nap-, illetve holdfogyatkozás keletkezését. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílásával használjuk. A kísérleti lámpa fénye jelenti a napfényt. A fényforrástól kb. 30 cm távolságra a föld-hold modellt egy csúszkába rögzítjük. A hajlított földtengely az optikai padtól oldalirányba hajoljon. Napfogyatkozás: A hold a nap és a föld között található (konjugáció). Ennek során megkülönböztethetjük a hold árnyékmagjának és félárnyékának területeit. Milyen holdfázisban következhet be ez a jelenség? Holdfogyatkozás: A hold a földárnyékban van (oppozíció). Milyen holdfázisban következhet be a jelenség? Következtetés Fogyatkozás akkor következhet be, amikor vagy a hold árnyéka a földfelületre vagy a földárnyék a holdfelületre esik. Megjegyzés Egy lényeges különbség van a modell és a valóság között: mivel a holdpálya síkja a földpálya síkjához képest eltér, nem minden esetben alakul ki újholdnál napfogyatkozás és teleholdnál holdfogyatkozás, ahogy ez a modellnél kialakul.


2

O 1.7 Lyukkamera Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 2 csúszka az optikai pad részére 1 csúszka, rögzítő csavarral 1 lencse- és blendetartó 1 feltűzhető diatartó 1 átlátszó ernyő tartóban 1 L-blende 1 készlet lyukblende, dián 2 összekötő vezeték tápegység

Egy tárgy képét legegyszerűbben egy lyukkamera segítségével állíthatjuk elő. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílással alkalmazzuk. A kísérleti lámpára feltűzzük az L-blendét. A lyukkamerát (d = 3 mm) a diatartó segítségével a blendetartóra tűzzük, ezt pedig egy csúszkával kb. 6 cm-re a kísérleti lámpa elé, az optikai padra helyezzük. A lyukas-blendétől 10 cm-re az átlátszó ernyőt csúszkával az optikai padra helyezzük. Az ernyőn a világító tárgy (L-blende) képét láthatjuk. Az ernyőt most amilyen közelre csak lehet, a lyukas blendéhez toljuk. A kép erősebb, felismerhetőbb lesz. A képet tovább javíthatjuk, ha kisebb lyukú blendét (1 mm) alkalmazunk. Kérdések: 1. Hogyan befolyásolja a lyuk nagysága a kép világosságát? 2. Hogyan lehet egy rajz segítségével a kép keletkezését megmagyarázni? 3. Mivel magyarázható, hogy nagyobb blendével a kép életlenebb lesz? Következtetés Lyukkamerával, (egy kis lyukkal ellátott kamerával) egy tárgy képét tudjuk előállítani. Kisebb blendenyílás a kép erősségét (kontúrosságát) javítja, de közben csökken a kép világossága.


O 1.8 Fénymérő Anyagok: 2 állványsín 2 rögzíthető lámpa, 12 V, árnyékoló csővel 1 állványrúd 10 cm 2 csúszka az optikai pad részére 1 csúszka, rögzítő csavarral 1 csúszka skála, ernyő és mutató részére 2 lencse- és blendetartó 1 ernyő, fehér 4 összekötő vezeték tápegység

A fénymérő két fényforrás fényerejének összehasonlítását teszi lehetővé. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Mindkét rögzíthető lámpát a blendetartóba helyezzük. Mindkét állvány-sínre csúszka segítségével felhelyezünk egy-egy rögzíthető lámpát. A két állványsínt kb. 8 cm távolságra egy-mástól párhuzamosan helyezzük el. Kb. 5 cm-re az állványsín elé helyezzük a 10 cm-es állványrúdat a rögzítő-csavaros csúszkában, mögötte a résbe helyezett ernyővel. Mindkét lámpa az ernyőtől egyenlő távolságra legyen. A rögzíthető lámpák kb. 35 cm távolságra legyenek az állványrúdtól. 1. Kísérlet: Az egyik rögzíthető lámpára 9 voltos feszültséget kapcsolunk, a másik lámpára változtatható egyenáramot. Az egyenáramot úgy szabályozzuk, hogy az állványrúd mindkét árnyképe egyforma sötét legyen. Az egyik lámpa eltakarásával megállapíthatjuk, hogy melyik árnykép melyik lámpától származik. Mivel mind-két lámpa az ernyőtől egyenlő távolságra van, egyenlő megvilágítási erősség esetén az ernyőn a fényerősség egyenlő. Most megállapíthatjuk, hogyan változnak az árnyképek, ha a két fényforrás közül az egyik világosabb, mint a másik. Az egyenáramot egyszer úgy szabályozzuk, hogy az általa világító lámpa fénye kevésbé világos legyen, mint a másik, majd úgy szabályozzuk, hogy fénye erősebb legyen, mint a másik lámpáé. 2. Kísérlet: A szabályozható egyenáramra kötött lámpát az ernyőhöz közelebb toljuk. Az általa képzett árnykép most világosabb lesz. A feszültség csökkentésével előállíthatjuk újra az eredeti világosságú árnyképet. A megvilágítás erőssége újra egyenlő, a két lámpa fényereje azonban különbözik egymástól, mivel nem egyenlő távolságra vannak az ernyőtől. Következtetés Ha két fényforrás azonos távolságra van egy tárgytól, és a tárgyakat egyenlő fényerősséggel világítjuk meg, a lámpák fényereje azonos.


O 2.1 Visszaverődés síktükörről Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 tükör, tömbalátéten 1 optikai korong 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: Az optikai korongot a kísérleti lámpa elé helyezzük. A lámpát a négyzetes nyílással párhuzamos fényként alkalmazzuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). Az optikai korongra, a tömbalátétre szerelt tükröt a tengelykereszt mentén úgy helyezzük el, hogy a tükör az üveg vastagságával egyező vastagságban a vonal elé kerüljön. 1. Kísérlet: A párhuzamos fénysugár a tükörre esve, saját magára verődik vissza. A lámpát az optikai korong mentén elforgatjuk (a forgatás középpontja a tengelykereszt legyen) úgy, hogy a fénysugár ferdén essen a tükörre. Megfigyelhetjük, hogy a visszaverődött fénysugár is párhuzamos sugárnyalábot alkot. 2. Kísérlet: Az egyrésű blendét feltőzzük a lámpára. A fénysugarat pontosan az optikai korong közepére irányítjuk. Megmérjük a beesés szögét (a merőleges vetületre vonatkoztatva!) és a visszaverődés szögét, majd megismételjük a mérést különböző beesési szögekkel. Következtetések 1. Egy párhuzamos fénysugár visszavert fénysugara is párhuzamos. 2. A visszaverődés szöge megegyezik a beesés szögével.


O 2.2 Képalkotás síktükrön Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 tükör, tömbalátéten 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: Rajzoljunk egy ív papír közepére felülről lefelé egy egyenest. Helyezzük az egyenesre a tömbön lévő tükröt úgy, hogy az üveg vastagságával a vonal elé kerüljön. A kísérleti lámpát négyzetes nyílással széttartó fényként alkalmazzuk (fedelet vagy levéve, vagy fordítva felhelyezve). A kísérleti lámpára a két-réses blendét helyezzük fel. Kísérlet: Helyezzük úgy a kísérleti lámpát a papír egyik felére, hogy mindkét fénysugár ferdén vetődjön a tükörre. A kísérleti lámpa izzójának még a papírlap felett kell lenni. A fényforrástól induló és a visszavert fénysugarakat két ponttal megjelöljük, majd a fényforrás és a tükör eltávolítása után megrajzoljuk. A fényforrástól jövő sugarakat metszéspontjukig, ami az izzó helyét jelöli, meghosszabbítjuk. A visszavert sugarakat szintén meghosszabbítjuk metszéspontjukig. Ezek látszólag innen indulnak ki. Ez a fényforrás tükörképe. Kérdés Hasonlítsuk össze a tükörkép helyzetét a fényforrás helyzetével. Mekkora a tükörtől mért távolsága? Következtetés A tárgy és képe a tükörtől egyenlő távolságra van.


O 2.3 Visszaverődés homorú tükörről Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 3 és 5 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: Helyezzük a kísérleti lámpát egy papírlap baloldalára, amire előzőleg balról jobbra (optikai tengely) egy egyenest rajzoltunk. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással párhuzamos fényként alkalmazzuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). A háromréses blendét a kísérleti lámpára helyezzük. A homorú és domború tükröt két ujjunkkal, ujjainkat kissé befelé görbítve tartjuk. A rögzítőkengyellel és csavarokkal a szalagtükör görbületi ívét rögzítjük. A homorú tükröt a papírlap egyenesére merőlegesen helyezzük a papírra. Megjelöljük a tükör helyzetét. A fénysugarak az egyenessel párhuzamosan esnek a tükörre. 1. Kísérlet: A fénysugarak visszaverődnek a szalagtükörről. Láthatjuk, hogy azok egy pontban, a gyújtópontban gyűlnek össze. Jelöljük meg ezt a pontot. A pont tükörtől mért távolságát gyújtótávolságnak nevezzük. Jelöljük meg a tükör görbületi középpontját is, aminek a távolsága a gyújtótávolság kétszerese lesz. 2. Kísérlet: Ismételjük meg a kísérletet az öt-réses blendével, a középső fénysugarat azonban az ujjunkkal, vagy egy papírcsíkkal takarjuk le. Jelöljük meg ismét a gyújtópontot. 3. Kísérlet: Lazítsuk meg az egyik tükörrögzítő csavart és ujjunkkal egy kissé hajlítsuk meg jobban a tükröt (csavart újra meghúzni!). Helyezzük fel a kísérleti lámpára újra a három-réses blendét. Hasonlítsuk össze a különböző görbülettel adódó gyújtópontok helyzetét. Következtetés Tengelypárhuzamos fénysugarak visszaverődve a gyújtópontban metszik egymást. Ez igen jó pontossággal a tükör és görbületi középpontja távolságának felezőpontjára esik.


O 2.4 Képalkotás a homorú tükrön Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 homorú- és domborútükör 2 összekötő vezeték tápegység

A képalkotáshoz három különleges sugár visszaverődésének ismerete szükséges. Előkészület: Helyezzük a kísérleti lámpát egy papírlap baloldalára, amire előzőleg balról jobbra (optikai tengely) egy egyenest rajzoltunk. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással párhuzamos fényként használjuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). Helyezzük fel a kísérleti lámpára az egyréses blendét. A homorú és domború tükröt két ujjunkkal, ujjainkat kissé befelé görbítve tartjuk. A rögzítő kengyellel és a csavarokkal a szalagtükör görbületi ívét rögzítjük. A homorú tükröt a papírlap egyenesére merőlegesen helyezzük a papírra. Jelöljük meg a tükör helyzetét. Tengelypárhuzamos sugarak segítségével állapítsuk meg a gyújtópontot és jelöljük meg a kétszeres távolságra eső görbületi középpontot is. Kísérlet: Bocsássunk sorban egymás után egy sugarat az M görbületi középpont (fősugár) felé, egy sugarat az F gyújtópont (gyújtósugár) felé és egy párhuzamos sugarat 2 cm távolságra az optikai tengelytől a tükörre. Jelöljük meg a visszavert sugarakat egyenként két pontjukkal, majd a tükör eltávolítása után vonalzóval rajzoljuk meg őket. Eredmények 1. A fősugár saját magába verődik vissza. 2. A gyújtósugár a visszaverődés után tengelypárhuzamos lesz. 3. A párhuzamos sugár, mint gyújtósugár verődik vissza.


O 2.5 Pont leképzése a homorú tükrön Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték tápegység

A homorú tükör segítségével egy pontszerű fényforrás képét állítjuk elő. Előkészület: Helyezzük a kísérleti lámpát egy papírlap baloldalára, amire előzőleg balról jobbra egy egyenest rajzoltunk optikai tengelyként. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással először párhuzamos fényként alkalmazzuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). Helyezzük a kétréses blendét a kísérleti lámpára. A homorú és domború tükröt két ujjunkkal, ujjainkat kissé befelé görbítve tartjuk. A rögzítő-kengyellel és csavarokkal a tükörszalag görbületi ívét rögzíthetjük. Helyezzük a homorú tükröt a papírlapra, az egyenesre merőlegesen, és határozzuk meg a tükör gyújtópontját. Kísérlet: Alkalmazzuk a széttartó sugaraknak megfelelő fénynyílást (fedelet levéve és fordítva viszszahelyezve) és helyezzük fel a kétréses blendét. Irányítsuk mindkét fénysugarat enyhén ferde irányban a tükörre. Közben a kísérleti lámpának a gyújtóponton kívül kell lenni. A visszavert sugarak egy pontban találkoznak. Ez a pont a fényforrás képe. Pontokkal jelöljük meg a beeső és visszavert sugarakat, majd a tükör és fényforrás eltávolítása után rajzoljuk meg a sugarakat. Következtetés Az a fény, ami egy, a gyújtóponton kívüli tárgytól esik a homorú tükörre, visszaverődés után egy képpontban egyesül. Mivel a fénysugarak a fényforrásból indulnak ki, így a fényforrás valós képe alakul ki.


O 2.5-1 Képek homorú tükrön Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 1 csúszka az optikai pad részére 1 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka skála, ernyő és mutató számára 1 lencse és blendetartó 1 L-blende 1 ernyő, fehér 1 homorú tükör, foglalatban 2 összekötő vezeték tápegység Megvizsgáljuk a homorú tükör képalkotási törvényét. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílásával alkalmazzuk. Az L-blendét felhelyezzük a kísérleti lámpára. A homorú tükröt az L-blendétől kb. 15 cm távolságra, csúszkával az optikai padra helyezzük (a befelé görbülő oldal legyen a fényforrás felé). A tárgytávolság 15 cm. Az ernyőt a réssel ellátott csúszkába befogjuk, és a kísérleti lámpától jobbra helyezzük el. Ez nagyjából a lámpa magasságában helyezkedjen el. Annak érdekében, hogy a képet az ernyőn felfoghassuk, a tükröt kissé oldalra kell fordítani. Az ernyőt most addig toljuk, amíg éles kép nem látható. Milyen tulajdonságokkal rendelkezik a kép? Ha a világító tárgyat (L-blendét), vagy a tükröt eltoljuk, a képet újra élesre kell állítani. A képnagyság és a képtávolság a tárgytávolságtól függ. A tárgytávolságot és a hozzátartozó képtávolságot táblázatban foglaljuk össze: Tárgytávolság Képtávolság

15 cm

20 cm

30 cm

cm

cm

cm

Képnagyság (azonos/kisebb/nagyobb) Hogyan lehet távoli tárgyak képét (pl. egy fát az ablak előtt) az ernyőre leképezni? Ha a tükröt a tárgyhoz közel hozzuk (távolság legyen kisebb 10 cm-nél), akkor a tárgy virtuális képe látható az ernyőn (borotválkozó vagy kozmetikai tükör). A tárgy eltolása mutatja, hogy a tárgynak a tükörtől mért bizonyos távolsága után már nem lehet képet látni. Ez a távolság a tükör gyújtótávolsága. Becsüljük meg a gyújtótávolságot, majd ellenőrzésképpen számítsuk ki a képalkotási egyenlettel. A képalkotási egyenlet:

1 1 1 + = g b t

ahol g = tárgytávolság b = képtávolság f = a tükör gyújtótávolsága

Következtetés A homorú tükörrel valós, fordított kép állítható elő, ha a tárgy a gyújtótávolságon kívül helyezkedik el. Ha a tárgytávolság kisebb, mint a gyújtótávolság, látszólagos, egyezőállású nagyított kép keletkezik.


O 2.6 Visszaverődés domború tükörről Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 3 és 5 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: Helyezzük a kísérleti lámpát egy papírlap baloldalára, amire előzőleg balról jobbra (optikai tengely) egy egyenest rajzoltunk. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással párhuzamos fényként alkalmazzuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). A háromréses blendét a kísérleti lámpára helyezzük. A homorú és domború tükröt kissé kifelé görbített két ujjunkkal tartjuk. A rögzítő-kengyellel és csavarokkal a szalagtükör görbületi ívét rögzíthetjük. Helyezzük a domborútükröt a papírlapra, az egyenesre merőlegesen. Jelöljük meg a tükör helyzetét. A fénysugarak az egyenessel párhuzamosan esnek a tükörre. Kísérlet: A fénysugarak a szalagtükörről visszaverődnek. Megjelöljük a visszavert sugarakat két-két ponttal, majd a tükör eltávolítása után a sugarakat vonalzóval megrajzoljuk. A sugarak széttartóak lesznek. A visszavert sugarakat a metszéspontjukig meghosszabbítjuk. Ez a látszólagos gyújtópont (szóró-pont) a tükör mögé esik. A tükörtől mért távolsága a gyújtótávolság. A tükör görbületi középpontja kétszeres távolságra van a tükörtől. Következtetés Párhuzamos fénysugarak a domború tükörről úgy verődnek vissza, mintha egy tükör mögötti pontból (szóró-pont) indulnának ki.


O 2.7 Képalkotás domború tükrön Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 3 és 5 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték tápegység

A képalkotáshoz három különböző sugár visszaverődésének ismerete szükséges. Előkészület: A kísérleti lámpát egy papírlap baloldalára helyezzük, amire előzőleg balról jobbra (optikai tengely) egy egyenest rajzoltunk. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással párhuzamos fényként alkalmazzuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). Az egyréses blendét a kísérleti lámpára helyezzük. A homorú és domborútükröt kissé kifelé görbített két ujjunkkal tartjuk. A rögzítő-kengyellel és a csavarokkal a szalagtükör görbületi ívét rögzíthetjük. A domború tükröt a papírlap egyenesére merőlegesen helyezzük a papírra. Megjelöljük a tükör helyzetét. Tengelypárhuzamos sugarak segítségével megállapítjuk a szóró-pontot, és a kétszeres távolságra eső görbületi középpontot is megjelöljük. Kísérlet: Sorban egymás után egy sugarat bocsátunk az M görbületi középpont felé (fősugár), egy sugarat az F szóró-pont (gyújtósugár) felé és egy párhuzamos sugarat 2 cm távolságra az optikai tengelytől a tükörre. A visszavert sugarak útját egyenként két ponttal megjelöljük, majd a tükör eltávolítása után vonalzóval megrajzoljuk. Következtetések 1. A fősugár önmagába verődik vissza. 2. A gyújtósugár tengelypárhuzamosan verődik vissza 3. A párhuzamos sugarak úgy verődnek vissza, mintha a szóró-pontból indulnának ki.


O 2.8 Egy pont leképzése a domború tükrön Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 homorú és domború tükör 2 bekötő vezeték tápegység

Előkészület: Helyezzük a kísérleti lámpát egy papírlap baloldalára, amire előzőleg balról jobbra (optikai tengely) egy egyenest rajzoltunk. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással párhuzamos fényként alkalmazzuk (fedelet levéve és fordítva visszahelyezve). A háromréses blendét a kísérleti lámpára helyezzük. A homorú és domború tükröt kissé kifelé görbített két ujjunkkal tartjuk. A rögzítő-kengyellel és csavarokkal a szalagtükör görbületi ívét rögzíthetjük. Helyezzük a domborútükröt a papírlapra, az egyenesre merőlegesen. Jelöljük meg a tükör helyzetét. A fénysugarak az egyenessel párhuzamosan esnek a tükörre. Kísérlet: A fénysugarak a szalagtükörről visszaverődnek. Megjelöljük a visszavert sugarakat két-két ponttal, majd a tükör eltávolítása után a sugarakat vonalzóval megrajzoljuk. A sugarak széttartóak lesznek. A vissza-vert sugarakat a metszéspontjukig meghosszabbítjuk. Ez a látszólagos gyújtópont (szóró-pont) a tükör mögé esik. A tükörtől mért távolsága a gyújtótávolság. A tükör görbületi középpontja kétszeres távolságra van a tükörtől. Következtetés Párhuzamos fénysugarak a domború tükörről úgy verődnek vissza, mintha egy tükör mögötti pontból (szóró-pont) indulnának ki.


O 2.8.1 Képek domború tükrön Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 1 csúszka az optikai pad részére 1 csúszka rögzítő-csavarral 1 lencse és blendetartó 1 ernyő, fehér 1 domború tükör, foglalatban 2 összekötő vezeték tápegység

Egy kifelé görbített (konvex) tükörfelület képalkotási tulajdonságait vizsgáljuk meg. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. Az L-blendét a kísérleti lámpára helyezzük. Ez elé helyezzük a konvextükröt (kifelé görbített felület a fényforrás felé). A tükörben az L-blende látszólagos képe látható. A képnagyságnak a tárgytávolságtól való függését vizsgáljuk. Tárgytávolság 5 cm Képméret (nagyobb/kisebb)

10 cm

20 cm

Eredmény Minél közelebb helyezkedik el a tárgy, annál nagyobb a kép. Nagyobb tárgytávolságnál a kép kisebb, de a látótér megnövekedik (lásd közlekedési tükrök).


O 3.1 Fénytörés síkpárhuzamos lemezen Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát egy lap papírra helyezzük, és a négyzetes nyílással párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedelet levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. Ahogy a rajzon látható, a trapéz modelltestet, mint síkpárhuzamos lemezt helyezzük a papírra, megrajzoljuk a párhuzamos falakat és egy helyen (a fénysugár beesésénél) merőlegest húzunk (beesési merőleges). 1. Kísérlet: Fénysugarat vetítünk a beesési merőleges irányába, azaz a lemezre merőlegesen. 2. Kísérlet: A fénysugár meghatározott szögben esik a megjelölt helyen a lemez falára. Meghatározzuk azt a pontot, ahol a fény a test ellenkező oldalán kilép, és a sugár további pontjait is megjelöljük az üvegtest előtt és mögött. A trapéz modelltest eltávolítása után megrajzoljuk a sugarat az üveg előtt, az üvegben és az üvegen történő áthaladása után. Következtetések 1. Ha egy sugár merőlegesen esik különböző testekre, nem történik irányváltozás. 2. Ha a fénysugár nem merőlegesen esik a határfelületre, megváltozik az iránya. 3. A síkpárhuzamos lemezen való áthaladás után a sugár párhuzamos lesz a beeső sugárral, azaz párhuzamos eltolódás következik be.


O 3.2 Az üveg törésmutatója Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát egy lap papírra helyezzük és a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedelet levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. Ahogy a rajzon látható, a trapéz modelltestet mint síkpárhuzamos lemezt helyezzük a papírra, megrajzoljuk a párhuzamos falakat és egy helyen (a fénysugár beesésénél) merőlegest húzunk (beesési merőleges). Kísérlet: Meghatározott szögben fénysugarat irányítunk az E pontba és megrajzoljuk az ellenkező oldalon az A kilépő pontot. A belépő fénysugárnak egy további pontját is megjelöljük. A lámpa és a lemez eltávolítása után megrajzoljuk a beeső és a megtört kilépő sugarat és az A ponton túl meghosszabbítjuk a megtört sugarat. A határfelületet jelölő vonalat az E pontnál balra meghosszabbítjuk. Az E pontból 3 cm-t felmérünk és bejelöljük az F pontot. Az F pontban merőlegest húzunk a határfelületre. Ez adja az a szakaszt a beeső sugáron. Az a szakaszt átrajzoljuk a megtört sugárra. Ennek a szakasznak a végpontjából merőlegest húzunk a határfelületre (G talppont). Megmérjük az E-G távolságot. Az E-F szakasz hosszát elosztjuk az E-G szakasz hosszával és így megkapjuk a törésmutatót. Következtetés Az üveg törésmutatója (levegőből üvegbe): 1.5.


O 3.3 Fénytörés levegő-víz átmenetnél Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát egy papírlapra helyezzük, és a négyzetes nyílással párhuzamos fénynyel használjuk (fedél levéve, ill. fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. A műanyagvályút megtöltjük vízzel, és az ábrának megfelelően a papírra helyezzük. A párhuzamos falakat berajzoljuk és egy helyen, (a fénysugár beesési pontjánál) merőlegest rajzolunk (beesési merőleges). 1. Kísérlet: Merőleges fénysugarat bocsátunk a műanyag vályúra. A sugár változatlan irányban lép ki a vályú másik oldalán. 2. Kísérlet: A sugarat meghatározott szög alatt (pl. 45°-ban) vetítjük a vályúra. Megjelöljük a sugár E belépési és az A kilépési pontját, valamint mindkét helyen egy második pontot is. A műanyagvályú eltávolítása után vonalzóval megrajzoljuk a sugarakat. A vízbe való belépés és a levegőbe való újbóli kilépés következtében a sugár a belépési irányhoz képest párhuzamosan eltolódott.Kiértékeljük a 2. kísérlet eredményét, úgy, hogy meghatározzuk a víz törésmutatóját. Az 3. Kísérlet: A ponton keresztül meghosszabbítjuk a megtört sugarat. A határfelületet jelentő vonalat az E pontnál felső irányban meghosszabbítjuk. Ebből a pontból felmérünk 3 cm-t és bejelöljük az F pontot. Az F pontból egy merőlegest húzunk a beeső sugárhoz. Ebből adódik az a távolság a beeső sugáron. Az a távolságot átmásoljuk a megtört sugárra. Ennek a szakasznak a végpontjából merőlegest húzunk a határfelületre (G talppont). Meghatározzuk az E-G távolságot. az E-F távolságot elosztjuk az E-G távolsággal, ami a törésmutatót adja meg. Következtetés A víz törésmutatója (levegőből vízbe): 1.3.


O 3.4 Beesési- és törésszög Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 félkör alakú modelltest 1 optikai korong 2 összekötő vezeték tápegység

A beesési és a törésszög közötti összefüggést vizsgáljuk a fénynek levegőből üvegbe történő belépésekor. Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedelet levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. A félkör alakú üvegtestet az optikai korongra helyezzük, úgy, hogy egyik tengelye egybeessen az optikai korong tengelyével, pontosan szimmetrikusan a rá merőleges tengelyre. A kísérleti lámpát az optikai korong elé állítjuk. Kísérlet: A fénysugárnak a megadott beesési szögben (a beeső sugár és a beesési merőleges által bezárt szög) pontosan a félkör alakú test közepére kell esnie (ennek bizonyos ellenőrzését lehetővé teszi a visszaverődési szög, ugyanis a sugár egy része a határfelületről visszaverődik). Megmérjük a különböző törési szögeket (a sugár és a függőleges tengely között!). Beesési szög α 0° 20° 30° 40° 60° 80° Törésszög β

85°

Következtetés A törésszög az üvegben mindig kisebb, mint a levegőre vonatkoztatott beesési szög. Ha a beesési szög 90°-hoz közelít, a törésszög eléri a maximumot (42°).


O 3.4.1 Szilárd testek törésmutatója Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 optikai korong 1 félkör alakú modelltest 2 összekötő-vezeték tápegység

A törésmutató megadja, hogy mekkora az irányváltozása a fénysugárnak egyik anyagból egy másik anyagba történő belépésénél. Számítsuk ki a törésmutatót. Előkészület: A kísérleti lámpát az optikai korong elé helyezzük. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a kísérleti lámpára helyezzük. Az ábra szerint a félkör alakú üvegtestet az optikai korongra helyezzük úgy, hogy egyik tengelye egybeessen az optikai korong függőleges tengelyével, az optikai korong vízszintes tengelyére pedig szimmetrikusan helyezkedjen el. Kísérlet: Előre meghatározott beesési szögben fénysugarat bocsátunk pontosan a félkör alakú test közepére. Megmérjük a hozzátartozó beesési szöget és az eredményt beírjuk a táblázatba. Beesési szög α

0°

20°

40°

60°

80°

Törésszög β A megadott képlettel most már kiszámíthatjuk a kísérlethez használt üveg n törésmutatóját. sin α =n sin β Eredmény A kísérlethez használt üveg törésmutatója: ............


O 3.4.2 Párhuzamos eltolódás számítása síkpárhuzamos lemeznél Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő-vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát egy papírlapra helyezzük és a négyzetes nyílással, párhuzamos fénynyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. Ahogy a rajzon látható, a trapéz modelltestet síkpárhuzamos lemezként helyezzük a papírra, megrajzoljuk a párhuzamos falakat és egy helyen (a fénysugár beesésénél) merőlegest húzunk (beesési merőleges). Kísérlet: Fénysugarat bocsátunk a beesési merőleges irányából, tehát merőlegesen a lemezre. Most meghatározott szögből bocsátjuk a sugarat a lemez megjelölt helyére. Meghatározzuk azt a helyet, ahol a fénysugár a lemez ellenkező oldalán kilép, és további pontokkal megjelöljük a sugár üveg mögötti haladásának irányát. A trapéztest eltávolítása után megrajzoljuk a sugár útját az üveg előtt, az üvegben és az üvegen való áthaladás után. A lemez d vastagságának ismeretében meghatározhatjuk a p párhuzamos eltolódást. Ismernünk kell még a törésmutató értékét levegőből üvegbe. p = d * sin α * (1 -

cos α ) n - sin 2α 2

p = .............. Következtetés A fénytörés a síkpárhuzamos lemezen úgy jön létre, hogy a fénysugár a lemez előtt és után párhuzamos marad. A párhuzamos eltolódás mértéke függ a lemez vastagságától, a törésmutatótól és a fénysugár beesési szögétől.


O 3.5 Átmenet üvegből levegőbe Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 félkör alakú modelltest 1 optikai korong 2 összekötő-vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. A kísérleti lámpát az optikai pad elé állítjuk. A félkör alakú modelltestet az optikai korongon, a korong függőleges tengelyével párhuzamosan, a vízszintes tengelyhez szimmetrikusan helyezzük el úgy, hogy a félkörös rész a fényforrás felé mutasson. Ha a fény pontosan a középpont felé irányul, az üvegbe való átmenetnél nem törik meg, csak a sík határoló falnál. 1. Kísérlet: Megmérjük a törésszöget levegőben, az üvegben adott beesési szögek esetén: Beesési szög az üvegben α 20° 30° 35° 38° Törésszög a levegőben β 2. Kísérlet: A korongot 38° beesési szögről 44° beesési szögre forgatjuk. Mi történik? Következtetések 1. Üvegből levegőbe való átmenet esetén a törésszög a levegőben mindig nagyobb, mint a beesési szög az üvegben. 2. Létezik az üvegben egy határszög, amit túllépve már nem lép fel törés, hanem a fény a határfelületről visszaverődik (teljes visszaverődés). 3. Üvegből levegőbe való átmenet esetén a teljes visszaverődés (határ-) szöge: 42°


O 3.6 A visszaverő- és képfordító prizma Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest 90°-os prizma 2 összekötő vezeték tápegység

Mivel a teljes visszaverődés (határ-) szöge üvegnél 42°, 45° beesési szögnél ezt a határt átléptük, így a fény teljesen visszaverődik. Előkészület: A kísérleti lámpát négyzetes nyílással párhuzamos, fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). A lámpát egy papírlapra helyezzük. A kétréses blendét a lámpára helyezzük. A prizma modelltestet az ábra szerint helyezzük a papírra. 1. Kísérlet: Visszaverő prizma A fénysugarak merőlegesen esnek a háromszög befogójára, ezért nem törnek meg. Az átfogónál teljes visszaverődés következik be, mert a fénysugarak 45°-os szögben esnek be. Eredmény 90 fokos fordítás. 2. Kísérlet: Képfordító prizma A fénysugarak merőlegesen esnek a háromszög átfogójára, ezért azok nem törnek meg. A háromszög befogóira minden esetben 45°-ban esnek a fénysugarak és teljesen visszaverődnek. Az átfogón a sugarak ismét törés nélkül tudnak kilépni. Eredmény 180°-os fordítás, a felső és alsó sugarak felcserélődnek.


O 3.7 Fénytörés prizmán Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest 90°-os prizma 1 modelltest, trapéz 1 műanyag vályú, átlátszó 2 összekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). Az egyréses blendét a lámpára helyezzük. A lámpát egy papírlapra helyezzük. Először a prizma modelltestet, majd a trapéz modelltestet állítjuk a papírra. 1. Kísérlet: A fénysugarat 45°-os szögben irányítjuk az egyenlőszárú-derékszögű prizmatestre. Megrajzoljuk a prizma helyét, majd a sugarakat két-két ponttal mind a prizma előtt, mind a prizma mögött megjelöljük. A prizmatest eltávolítása után a fénysugarak helyét vonalzóval megrajzoljuk, és meghatározzuk a beeső és megtört sugár által bezárt szöget (eltérítési szög). Eredmény Az eltérítés szöge:............. 2. Kísérlet: Elfordítjuk a prizmát és megfigyeljük az eltérítés szögének megváltozását. Eredmény Egy meghatározott állásnál az eltérítés szöge a legkisebb értéket veszi fel. A sugár útja ebben az esetben a prizmában szimmetrikus. Ennél a szögnél berajzoljuk a fénysugarakat és megmérjük a szöget. Az érték:............. 3. Kísérlet: Most a trapéz modelltest 75°-os szögét használjuk fel, és azt úgy fordítjuk, hogy az eltérítés minimális legyen (szimmetrikus sugármenet). Újra megrajzoljuk a sugártörő felületeket, pontokkal megjelöljük a sugarak útját. A modelltest eltávolítása után a fénysugarak útját vonalzóval megrajzoljuk és meghatározzuk az eltérítés szögét. Eredmény Nagyobb "törő" szög esetén az eltérítés nagyobb. 4. Kísérlet: Megkíséreljük a fényeltérítést a vízzel töltött műanyagvályú 90°-os szögével, majd az üvegprizma 90°-os szögével megvalósítani. Eredmény Egy vízből álló prizma a fénysugarat 90° törési szögnél is el tudja téríteni, mert a teljes visszaverődés szöge nagyobb, mint az üvegnél. Azonban ekkor a fehér fény nyilvánvalóan színekre bomlik fel. RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

O 4.1 Fénytörés gyűjtőlencsén Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 3 és 5 réssel 2 modelltest, sík-domború 1 modelltest, félkör alakú 2 összekötő-vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). A lámpát egy papírlapra helyezzük, amelynek közepére balról jobbra (optikai tengely) előzőleg egy egyenest húzunk. A háromréses blendét felhelyezzük a lámpára. A síkdomború modelltestet gyűjtőlencseként az egyenesre merőlegesen úgy helyezzük a papírlapra, hogy a fénysugarak a sík felületre merőlegesen essenek. Átrajzoljuk a lencse körvonalát a papírlapra és bejelöljük a lencse középpontját L1-el. 1. Kísérlet: A három párhuzamos sugár az optikai tengely irányából merőlegesen és szimmetrikusan esik a lencsére. A megtört sugarak egy pontban (gyújtópont) találkoznak. Megrajzoljuk a pontot, és F-el jelöljük. Az L1 és F pontok közötti távolságot a lencse gyújtótávolságának nevezzük. Eredmény: A lencse gyújtótávolsága: ............. mm 2. Kísérlet: Most a másik gyűjtőlencsét az ábra szerint, sík felületével az előző lencse sík felületéhez illesztjük. Az így létrejött L2 lencseközéppont pontosan a két sík-domború lencse választóvonalában van. Ismét meghatározzuk a gyújtótávolságot. Eredmény: A lencse gyújtótávolsága: ............. mm 3. Kísérlet: Most a félkör alakú modelltestet alkalmazzuk gyűjtőlencseként. Úgy helyezzük a papírlapra, hogy a domború oldalára érkezzenek a fénysugarak, és a sík határoló felület merőleges legyen az optikai tengelyre. Az L2 pont kb. a modelltest közepére essen. A megtört sugarak most is egy pontban találkoznak. Mérjük meg a gyújtótávolságot. Eredmény: A lencse gyújtótávolsága: ............. mm. Következtetés: Tengelypárhuzamos fénysugarakat a gyűjtőlencse a gyújtópontban gyűjti össze. A gyújtótávolság annál rövidebb, minél vastagabb a lencse.


O 4.2 Peremsugarak Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 3 és 5 réssel 2 modelltest, sík-domború 2 összekötő-vezeték tápegység

Előkészület: Egy papírlapra balról jobbra megrajzoljuk az optikai tengelyt, a gyűjtőlencsét szimmetrikusan ráhelyezzük és a lencse körvonalát, átrajzoljuk a papírra. A fénysugarak a lencse sík oldalára essenek. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). A lámpát a papírlapra helyezzük. Feltesszük a lámpára a háromréses blendét. 1. Kísérlet: A három sugarat szimmetrikusan vetítjük a lencsére és megjelöljük a gyújtópontot. 2. Kísérlet: Most az ötréses blendét használjuk, és a középső három fénysugarat letakarjuk (pl. papírszelettel). Meghatározzuk a peremsugarak gyújtópontját. Következtetések: A gyújtópont csak a tengelyközeli sugarakra érvényes. A peremsugarak gyújtótávolsága rövidebb. A peremsugarak eltakarásával javítani lehet a kép élességét.


O 4.2.1 Gyűjtőlencsék gyújtópontjának meghatározása Anyagok: 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 lencse- és blendetartó 1 A4-es papírlap

A gyűjtőlencse gyújtótávolságát napsütésben könnyen meghatározhatjuk. Most egy eljárást fogunk tanulni, hogy a gyújtótávolság napfény nélkül is meghatározható legyen. Előkészület: Öt párhuzamos egyenest húzunk, egymástól 1 cm távolságra. Kísérlet: A lencsét (f = +50 mm) a párhuzamos egyenesekre helyezzük és kb. 60 cm távolságból ránézünk. A lencsén át látott egyenesek ugyanolyan távolságra látszanak egymástól, mint a lencse melletti egyenesek. Most lassan megemeljük a lencsét. A lencsén át látott egyeneseket nagyobb távolságra látjuk egymástól. A lencsét olyan magasra emeljük, hogy az egyenesek kétszeres távolságra látszódjanak. A lencse és az egyenesek közötti távolság ekkor a gyújtótávolság fele. A levezetésnél figyelembe kell venni, hogy látszólagos képet állítottunk elő, ezért a b képtávolságot negatív értékkel kell figyelembe venni. Az alábbi összefüggés érvényes: B:G=b:g, azaz ebben a példában: 1 1 1 1 1 1 1 1 + = = = g b f g 2g f 2g f

ahol: B = képnagyság, G = tárgynagyság, b = képtávolság, g = tárgytávolság Következtetés: A gyújtótávolság:............


O 4.3 Képalkotás gyűjtőlencsével Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 blende 3 és 5 réssel 1 modelltest, sík-domború 2 összekötő-vezeték tápegység

A képalkotáshoz szükséges a három kitüntetett sugár ismerete. Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve) és egy papírlapra helyezzük, amelynek közepére balról jobbra előzőleg egy egyenest húzunk (optikai tengely). A háromréses blendét felhelyezzük a lámpára. A síkdomború lencsét az optikai tengelyre merőlegesen helyezzük el és körvonalát átrajzoljuk a papírra. Párhuzamos sugarak segítségével meghatározzuk a gyújtótávolságot. A gyújtópontot a lencse mindkét oldalán megrajzoljuk. Kísérlet: Az egyréses blendét felhelyezzük a kísérleti lámpára. A fénysugarakat két-két ponttal megjelöljük, és a lencse eltávolítása után a fénysugár útját vonalzóval megrajzoljuk. 1. Egy párhuzamos sugár (az optikai tengellyel párhuzamosan, attól kb. 1 cm távolságra) esik a lencsére. A sugár a gyújtóponton át törik meg. 2. Egy gyújtósugár a gyújtóponton át esik a lencsére. A sugár tengelypárhuzamos irányban törik. 3. Egy középponti sugarat vagy fősugarat vizsgálunk. A sugár törés nélkül halad át a lencsén. Következtetések 1. A párhuzamos sugár törés után gyújtósugár lesz. 2. A gyújtósugár a törés után párhuzamos sugár lesz. 3. A fősugár nem törik meg.


O 4.4 Egy pont leképzése gyűjtőlencsével Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest, sík-domború 2 összekötő-vezeték tápegység

Egy pontalakú fényforrás képét állítjuk elő gyűjtőlencsével. Előkészület: A kísérleti lámpát egy papírlapra helyezzük, amelynek közepére balról jobbra optikai tengelyként előzőleg egy egyenest húzunk. A kísérleti lámpát először a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel használjuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). A gyűjtőlencsét merőlegesen az optikai tengelyre úgy helyezzük el, hogy a fénysugarak a sík felületre essenek és meghatározzuk a lencse gyújtótávolságát. Berajzoljuk a gyújtópontokat. Kísérlet: A széttartó sugaraknak megfelelő nyílást alkalmazzuk (fedél levéve, majd fordítva felhelyezve) és a kétréses blendét helyezzük fel. A két fénysugarat kissé az optikai tengely felé fordítva vetítjük a lencsére. Eközben a kísérleti lámpának a lencse gyújtópontján kívül kell lenni. A megtört sugarak egy pontban találkoznak. Ez a pont a fényforrás képe. Megjelöljük a beeső és a megtört sugarakat pontokkal, majd a lencse és a lámpa eltávolítása után vonalzóval megrajzoljuk a sugarak útját. Következtetés A fény, ami egy gyújtóponton kívüli tárgytól jön, megtörése után a képpontban egyesül. Egy valós kép keletkezik.


O 4.4.1 Képek gyűjtőlencsével Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 1 ernyő, fehér 1 csúszka az optikai padhoz 1 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka skála, ernyő és mutató részére 1 lencse- és blendetartó 1 lencse tartóval, f=+50 mm 1 lencse foglalatban, f=+100 mm 1 L-blende 2 összekötő vezeték tápegység

A gyűjtőlencse segítségével nagyított és kicsinyített képet lehet előállítani. Megvizsgáljuk, hogy milyen befolyása van a tárgy távolságának a képnagyságra és a képtávolságra. 1. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát kerek nyílással használjuk. Helyezzük fel a kísérleti lámpára az L-blendét. A lencsét (f = +100 mm) először 15 cm-re helyezzük a tárgy (Lblende) elé (tárgytávolság 15 cm). Az ernyőn kialakul az "L", ami kb. 30 cm távolságra van a lencsétől. A képlencse gyújtótávolsága 10 cm. Az ernyőt eltoljuk úgy, hogy rajta lehetőleg éles kép keletkezzen. Ez után a képlencsét elhúzzuk annyira, hogy a tárgytávolság 20 cm, majd 25 cm legyen. A képtávolságot és tárgytávolságot táblázatban rögzítjük. Feljegyezzük továbbá, hogy a kép nagyobb, vagy kisebb-e, mint maga a tárgy. Tárgytávolság Képtávolság Nagyobb/kisebb 15 cm 20 cm 25 cm Ha a tárgytávolság a gyújtótávolság kétszerese, a kép ugyanakkora, mint a tárgy. 2. Kísérlet: A kísérletet megismételjük a másik lencsével (f = +50 mm) is. Beállítjuk a táblázatban megadott tárgytávolságokat. Újra beírjuk a táblázatba a tárgytávolságot és a képtávolságot. Tárgytávolság Képtávolság Nagyobb/kisebb 8 cm 10 cm 15 cm Következtetés A gyűjtőlencse valós fordított képet állít elő, ha a tárgy a gyújtóponton kívül van. Nagyított kép keletkezik, ha a tárgytávolság kisebb, mint a kétszeres gyújtótávolság, kicsinyített kép keletkezik, ha a tárgytávolság nagyobb, mint a kétszeres gyújtótávolság.


O 4.4.2 Gyűjtőlencsék képalkotási törvényei Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 1 ernyő, fehér 1 csúszka az optikai padhoz 1 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka skála, ernyő és mutató részére 1 lencse- és blendetartó 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 L-blende 2 összekötő-vezeték tápegység

Megvizsgáljuk az összefüggést a tárgytávolság, a képtávolság és a gyújtótávolság között. Kísérlet: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílásával használjuk. Helyezzük fel a kísérleti lámpára az L-blendét. A lencsét (f = +100 mm) először 15 cm-re helyezzük a tárgy (Lblende) elé (tárgytávolság 15 cm). Az ernyőn kialakul az "L", ami kb. 30 cm távolságra van a lencsétől. A képlencse gyújtótávolsága 10 cm. Az ernyőt eltoljuk úgy, hogy rajta a lehető legélesebb kép keletkezzen. A tárgynagyság és tárgytávolság adottak. Minden tárgytávolsághoz megmérjük a képtávolságot, és a képnagyságot és az értékeket táblázatban rögzítjük. A képalkotás törvényét az alábbi képlettel ellenőrizhetjük: ahol 1 1 1 + = g b t

g = tárgytávolság b = képtávolság f = a tükör gyújtótávolsága

A képalkotás méretarányát az alábbi képlet adja: ahol

B b = G g tárgytávolság g

képtávolság b

1 1 + g b

képméret B

G = tárgy mérete = .............. mm B = kép mérete = .............. mm B G

b g

15 cm 20 cm 25 cm Következtetés A képalkotási törvény alapján, ha ismerjük a lencse gyújtótávolságát, a tárgytávolság ismeretében a képtávolság kiszámítható. Ugyanígy a kép nagysága is kiszámítható a tárgy méretének ismeretében.


O 4.5 Fénytörés szórólencsén Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 3 és 5 réssel 1 modelltest, sík-homorú 2 összekötő-vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel alkalmazzuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve). A lámpát egy papírlapra helyezzük, amelynek közepére balról jobbra (optikai tengely) előzőleg egy egyenest húzunk. Helyezzük fel a háromréses blendét a lámpára. A szórólencsét merőlegesen úgy helyezzük a papírlapra, hogy a sugarak a sík felületre essenek. A lencse körvonalát átrajzoljuk a papírra, és a középpontját L betűvel bejelöljük. Kísérlet: A párhuzamos sugarak az optikai tengely irányából merőlegesen és szimmetrikusan esnek a lencsére, és megtörésük után széttartóak lesznek. Megjelöljük a sugarakat két-két ponttal, és a lencse eltávolítása után vonalzóval megrajzoljuk a sugarak útját. Ezután meghosszabbítjuk a megtört sugarakat az optikai tengellyel történő metszéspontjukig, és ezt F-el jelöljük (szórópont). Az L és F közötti távolságot gyújtótávolságnak nevezzük. Megkülönböztetésül a gyűjtőlencsétől, a szórólencse gyújtótávolságát negatív előjellel jelöljük. Következtetés Tengelypárhuzamos fénysugarak a szórólencsén úgy törnek meg, mintha azok a szórópontból indulnának ki.


O 4.5.1 Szórólencsék gyújtópontjának meghatározása Anyagok: 1 lencse tartóval, f = -100 mm 1 A4 papírlap

Meghatározzuk a szórólencse gyújtótávolságát. Előkészület: Öt párhuzamos egyenest húzunk az A4-es papírlapra, egymástól 1 cm távolságra. Kísérlet: A lencsét a vonalak fölé helyezzük, és kb. 60 cm-ről nézünk rá. Az egyeneseket a lencsén át ugyanolyan távolságra látjuk, mint a lencse mellett. A lencsét megemelve az egyenesek közti távolság a lencsén át kisebbnek tűnik. Most a szórólencsét tovább emeljük, amíg a vonalak távolsága egymástól felére nem csökken. A lencse-egyenesek közötti távolság ekkor a gyújtótávolság fele. Ennek a megállapításnak a lencseegyenletből való levezetéséhez figyelembe kell vennünk, hogy mind a képtávolságot, mind a gyújtótávolságot negatív értékkel kell behelyettesíteni. Érvényes: B:G=b:g azaz b=2 ebben a példában: 1 1 1 1 1 1 1 1 = = + = f f 2g g b f g 2g

ahol B = képnagyság, G = tárgynagyság, b = képtávolság, g = tárgytávolság Eredmény: A gyújtótávolság: ...............


O 4.6 Szórólencsék képalkotása Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 blende 3 és 5 réssel 1 modelltest, sík-homorú 2 összekötő-vezeték tápegység

A képalkotáshoz szükséges három kitüntetett sugár ismerete. Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fénnyel használjuk (fedél levéve, illetve fordítva feltéve) és egy papírlapra helyezzük, amelynek közepére balról jobbra egy optikai tengelyt húzunk. A háromréses blendét felhelyezzük a lámpára. A szórólencsét az optikai tengelyre merőlegesen helyezzük el, és körvonalát átrajzoljuk a papírra. Párhuzamos sugarak segítségével meghatározzuk a szórópontokat, és a lencse mindkét oldalán berajzoljuk. Kísérlet: Az egyréses blendét felhelyezzük a kísérleti lámpára. A fénysugarak útját két-két pontjukkal megjelöljük, és a lencse eltávolítása után a sugarak útját vonalzóval megrajzoljuk. 1. A párhuzamos sugár (az optikai tengellyel párhuzamosan, (attól kb. 1 cm-re) esik a lencsére. A sugár úgy törik meg, mintha a szórópontból jönne. 2. Egy gyújtósugarat a jobboldali szórópontot célba véve, vetítünk a lencsére. A sugár megtörése után tengely-párhuzamos lesz. 3. Megvizsgáljuk a középponti sugarat, vagyis a fősugarat. A sugár törés nélkül halad át a lencsén. Következtetések 1. A párhuzamos sugár törés után úgy látszik, mintha a szórópontból jönne. 2. A gyújtósugár törés után párhuzamos sugár lesz. 3. A fősugár nem törik meg.


O 4.7 Egy pont leképzése szórólencsével Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest, sík-homorú 2 összekötő-vezeték tápegység

A szórólencsével egy pontalakú fényforrás képét állítjuk elő. Előkészület: A kísérleti lámpát egy lap papírra helyezzük, amire előzőleg balról jobbra optikai tengelyként egy egyenest húzunk. A kísérleti lámpát először a négyzetes nyílásával, széttartó fényként alkalmazzuk (fedél levéve és fordítva felhelyezve). A kétréses blendét felhelyezzük a lámpára. A szórólencsét az optikai tengelyre merőlegesen úgy helyezzük el, hogy a fénysugarak a sík felületre essenek. Kísérlet: A két fénysugarat az optikai tengelyhez kissé ferdén vetítjük a lencsére. A megtört sugarak széttartóak. Pontokkal megjelöljük a beeső és a megtört sugarak útját, majd a lencse és a fényforrás eltávolítása után a sugarak útját vonalzóval megrajzoljuk. Következtetés Azok a fénysugarak, amelyek egy tárgyról a szórólencsére vetődnek, megtörés után nem találkoznak egy pontban. A megtört sugarak meghosszabbítása adja a látszólagos képet.


O 4.7.1 Képek szórólencsével Anyagok: 1 lencse tartóval, f = -100 mm

Megismerjük a szórólencse képalkotási tulajdonságait. Kísérlet: Úgy tartjuk az f = -100 mm-es szórólencsét, hogy azon keresztül egy közeli tárgyra nézünk. A tárgyat kicsinyítve látjuk. Most egy távoli tárgyra nézünk. A látott kép kicsinyített, de lényegesen nagyobb látóteret mutat. A szórólencse tehát nagyobb látóteret biztosít! Hogyan függ a képnagyság a tárgy távolságától? Megkíséreljük egy kép felfogását egy ernyővel. Ez nem sikerül, mert a szórólencse mindig látszólagos (virtuális) képet ad. Következtetés A szórólencse virtuális képet ad. A kép annál nagyobb, minél kisebb a tárgy távolsága a lencsétől.


O 4.8 Gömbi (szférikus) lencsehiba

Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 1 ernyő, fehér 2 csúszka az optikai padhoz 1 csúszka rögzítő csavarral

1 csúszka skála, ernyő és mutató részére 1 lencse- és blendetartó 1 feltűzhető diatartó 1 lencse, tartóval, f = +50 mm 1 lencse, foglalatban, f = +100 mm

1 körblende d=20mm, foglalatban 1 korong, foglalatban 1 diapozitív, ábrákkal 2 csatlakozó vezeték tápegység

A kísérlet annak indokolását adja, hogy a gyűjtőlencsével alkotott képnél miért vannak a peremsugarak eltakarva. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílásával használjuk. A kísérleti lámpa elé helyezzük a lencsét (f = +50 mm). Ez alkotja a kondenzor lencsét. A lencsére (f = +50 mm) a diatartó segítségével egy diapozitívot helyezünk. A lencsét (f = +100 mm) először 15 cmre helyezzük a tárgy (diapozitív) elé. A diapozitív éles képe a lencse (f = +100 mm) segítségével, a közel az optikai pad végén elhelyezkedő ernyőn látható. Kísérlet: A körblendét a képlencsére (f = +100 mm) tesszük. A körblende a peremsugarakat eltakarja. Ha szükséges az ernyőt még egy kissé el lehet tolni úgy, hogy a kép az ernyőn a lehető legélesebb legyen. Megjegyezzük magunknak az ernyő helyzetét. Most a körblendét a koronggal helyettesítjük. Ekkor a tengelyközeli sugarakat eltakarjuk. A kép életlen. Az ernyő eltolásával újra éles képet kaphatunk. Az ernyőt a képlencséhez kell közelítenünk, hogy a kép ismét éles legyen. Következtetés A peremsugarak a képlencséhez közelebb adnak képet. A peremsugarak jobban megtörnek, mint a tengelyközeli sugarak.


O 4.9 Színi (kromatikus) lencsehiba

Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 1 ernyő, fehér

3 csúszka az optikai padhoz 1 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka skála, ernyő és mutató részére 3 lencse- és blendetartó 1 feltűzhető diatartó

1 1 1 1 2

lencse, tartóval, f = +50 mm lencse, foglalatban, f=+100mm fényszűrőkészlet, additív diapozitív, ábrákkal bekötő vezeték tápegység

A kísérlet megmagyarázza a gyűjtőlencséknél keletkező színperemeket. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílásával használjuk. A kísérleti lámpa elé helyezzük a lencsét (f = +50 mm). Ez alkotja a kondenzorlencsét. A lencsére (f = +50 mm) a diatartó segítségével egy diapozitívot helyezünk. A lencsét (f = +100 mm) először 15 cmre állítjuk a tárgy (diapozitív) elé. A diapozitív éles képe a lencse (f = +100 mm) segítségével, a közel az optikai pad végén elhelyezkedő ernyőn látható. Kísérlet: Az egyik blendetartóra feltesszük a vörös színszűrőt és ezt közvetlenül a lencse (f =+50 mm) mögé állítjuk. Az ernyőn látható kép most vörös. Korrigáljuk a beállítást, hogy a lehető legélesebb képet kapjuk. Jegyezzük meg az ernyő helyzetét. Most kicseréljük a vörös szűrőt kék szűrőre. A kék kép már nem olyan éles, mint előtte a vörös kép volt. Mozgassuk az ernyőt mindaddig, amíg éles képet nem kapunk. Az ernyő most a képlencséhez közelebb került. Következtetés A kék fény olyan képet ad, ami a képlencséhez közelebb fekszik, mint a vörös fény képe. A kék fény erősebben törik meg, mint a vörös fény.


O 5.1 Színszóródás Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest, trapéz 1 áttetsző műanyag vályú 2 összekötő-vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, párhuzamos fényhez alkalmazzuk (fedél levéve és fordítva felhelyezve) és egy papírlapra helyezzük. A kísérleti lámpára feltűzzük az egyréses blendét. 1. Kísérlet: A trapéz alakú modelltestet úgy helyezzük a fénysugárba, hogy a fénysugár és a test egymással 70°-os szöget bezáró határoló felületén igen erős fénytörés jöjjön létre. A megtört sugár színeire bomlik. Legkevésbé a piros szín térül el, legjobban a lila. 2. Kísérlet: Az üvegtestet a vízzel töltött műanyagvályúval helyettesítjük. Ennél is szétbomlik a fénysugár. Következtetés: A fehér fény színekből áll. A különböző színalkotók eltérő fénytörést mutatnak.


O 5.2 A fény színre-bontása és újraegyesítése prizmával Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 3 csúszka optikai padhoz 2 csúszka szorítócsavarral 1 csúszka a skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 2 lencse- és blendetartó 1 diatartó, feltűzhető 1 blende réssel 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 prizmaasztal 1 prizma, egyenlő oldalú 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység

A kísérleti lámpa fényét a prizma segítségével a színkép színeire bontjuk. Ezt követően megvizsgáljuk, hogy a színkép színei újra egyesíthetők-e fehér fénnyé. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílással alkalmazzuk. A kísérleti lámpa elé helyezzük a lecsét (f = +50 mm) úgy, hogy párhuzamos fényt nyerjünk. Az ernyőt a réselt csúszkával a fény-forrástól kb. 50 cm távolságra (a fény-nyílástól mérve) helyezzük rá az optikai padra. A réselt blendét a diatartónál fogva a blendetartóban rögzítjük. A blendetartót a csúszkával úgy helyezzük el a lencse (f = +50 mm) előtt, hogy a diatartó felé nézzen. A lencse (f = +100 mm) segítségével az ernyőn a rés éles képét állítjuk elő (a lencsét megfelelő mértékben és irányban eltoljuk). 1. Kísérlet: A fényforrástól kb. 35 cm távolságra, elhelyezzük a prizmaasztalt a szorítócsavaros csúszkával az optikai padon, és a prizmát a prizmaasztalra helyezzük. A távolság megtartása mellett, oldalról megkeressük a színspektrumot az ernyővel, majd úgy fordítjuk el a prizmát, hogy az eltérítési szög lehetőleg kicsi legyen ("minimum eltérítés"). A színkép szélesítésére az ernyőt a fénnyalábhoz képest ferdén elfordíthatjuk (úgy, hogy az ernyő párhuzamos az optikai paddal). Melyik szín térül el a legkevésbé és melyik a legjobban? 2. Kísérlet: Kivesszük a lencsét (f = +50 mm) a fénysugárból és a prizma mögött a fényspektrumba tartjuk. A színkép színei újra fehér fénnyé egyesülnek. Következtetés A fehér fényt egy prizmán keresztül a színkép színeire lehet szétbontani. Ennek oka az egyes színek eltérő fénytörése. A legjobban a lila szín térül el, a legkevésbé a piros. A gyűjtőlencse segítségével a színkép színei újra fehér fénnyé egyesíthetők.


O 5.3 Összegező (additív) színkeverés Anyagok: 2 állványsín 3 Stekklámpa 12 V 3 csúszka optikai padhoz 2 csúszka szorítócsavarral 1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 3 lencse- és blendetartó 1 ernyő, fehér 1 fényszűrő készlet, összeadó 6 bekötő vezeték tápegység

Kiderítjük, hogyan történik a színkeverés a színes televízióban ill. a többszínű világításnál. Szeretnénk megtudni, hogyan képezhető az alapszínekből keverékszín. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A három 12 V-os stekklámpa mindegyikére egy-egy színszűrőt helyezünk fel. A stekklámpákat elölről a blendetartókra tűzzük. Az állványsínen a három csúszkát középen egymás fölé helyezzük. A két szorítócsavaros csúszkát jobbról és balról az állványsínre helyezzük. A blendetartókat a stekklámpákkal az állványsínen lévő csúszkákra helyezzük. Az egyik stekklámpát 12 V DC feszültségre csatlakoztatjuk. A másik állványsínen elhelyezzük az ernyőt a réselt csúszkával. A sínt a három lámpa elé helyezzük úgy, hogy az ernyőn a három lámpától származó kör alakú fényfoltok legyenek láthatók. Kísérlet: A három lámpa az ernyőn kör alakú fényfoltokat hoz létre a három alapszínből. A lámpák helyzetét úgy állítjuk be, hogy a fényfoltok részben takarják egymást. Középen mindhárom alapszín fedje egymást. Milyen színek jönnek létre két fényfolt fedésénél? Milyen szín jön létre, ha mindhárom fényfolt fedi egymást? Eredmények alapszínek piros és zöld kék és zöld piros és kék piros, zöld, kék

keverékszín


O 5.4 Kivonó színkeverés Anyagok: 1 szűrőkészlet, kivonó

Megismerjük a színes nyomtatás elvét fényszűrők a segítségével, a kivonó színszűrés elvének alkalmazásával. Ezt a kísérletet nappali fénynél hajtjuk végre. Kísérlet: A kivonó alapszínek, cián, sárga és bíbor, fényszűrőiből először kettőt egymás mellé tartva a fénnyel szemben megvizsgálunk, majd egymás elé helyezzük őket. A létrejött keverékszíneket láthatjuk. Az eredményt táblázatban adjuk meg. Ezután mindhárom színszűrőt egymás fölé helyezzük és meghatározzuk a három alapszín keverékét. Eredmények alapszínek cián és sárga bíbor és sárga ción és bíbor cián, bíbor és sárga

keverékszín


O 5.5 A testek színe Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 1 csúszka optikai padhoz 1 csúszka szorítócsavarral 1 lencse- és blendetartó 1 színszűrő készlet, összeadó 1 színszűrő készlet, kivonó 1 színszalag 2 bekötő vezeték tápegység

A kísérlettel megmutatjuk, hogy környezetünk tárgyainak miért van különböző színe, amikor ugyanazzal a fénnyel (pl. napfénnyel) vannak megvilágítva. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a kerek nyílással használjuk. A kísérleti lámpa előtt elhelyezzük a blendetartót az összegező (additív) színszűrőkkel az optikai padon. 1. Kísérlet: Felhelyezzük a piros színszűrőt a kísérleti lámpára. A színszalagot a piros fénybe tartjuk, és sorban átnézzük az egyes színeket. A kék és a zöld színszalag sötétnek, a piros tartomány viszont világosnak látszik. Ennek oka: a piros színben nincsenek kék és zöld színösszetevők, ezért ez a színű szalag nem reflektálhat kék ill. zöld színeket. A fehér fényben a piros színszalag pirosnak látszik, mivel ez csak a piros fényt veri vissza, a zöld és kék színeket elnyeli. 2. Kísérlet: A piros színszűrő helyett most a bíbor szűrőt tesszük fel a blendetartóra. A zöld színszalag sötétnek látszik, mivel a bíbor a piros és a kék additív (összeadódó) keveréke és a zöld szín hiányzik. A zöld szalag fehér fényben zöldnek látszik, mivel csak a zöld fényt veri vissza, és a fehér fény egyéb színelemeit elnyeli. Következtetés A testek a fehér fényben azért mutatnak különböző színt, mert bizonyos színelemeket elnyelnek, és a keverékszínt a reflektált színrészektől kapják.


O 6.1 A normál szem Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 modelltest, félkör alakú 1 modelltest, sík-domború 2 bekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes fénnyílással, párhuzamos fényhez használjuk (ha kell, fedél levéve és megfordítva vissza) és helyezzük el egy papírlapon. Ezután megjelöljük a kísérleti lámpa helyzetét. A fél-köralakú üvegtestet szemlencseként, 4 cm távolságra a kísérleti lámpától, ugyancsak a papírlapra helyezzük. A fénysugarak az üvegtest sík oldalára essenek. 1. Kísérlet: A fénnyalábot a félkör alakú üvegtestre vetítjük. A fénysugarak a gyújtópontban gyűlnek össze. A normál szemben a gyújtópontnak megfelelő távolságban az ideghártya található, ha a szemlencse ellazult állapotban van (azaz a szemizom nem nyomja össze). Az egészen távoli tárgyakat, melyektől a fény majdnem párhuzamosan érkezik, a szemlencse az ideghártyára képezi le. 2. Kísérlet: A közeli tárgyakról divergens (széttartó) fénnyaláb érkezik. A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, divergens fénnyel alkalmazzuk (a fedelet megfordítva tegyük fel). A fénysugarak gyűjtőpontja most az ideghártya mögé esik. Most a szemlencse bal oldalára egy második gyűjtőlencsét helyezünk. A kép most ismét az ideghártyán jelenik meg. A lencse most vastagabb. Szemünk a lencsének ezt a megvastagodását (azaz az alkalmazkodását a különböző tárgytávolságokhoz) a szemizom segítségével éri el. ("akkomodáció") Következtetés Ahhoz, hogy a távoli tárgyakat élesen lássuk, a szemizom elernyedt állapotban kell, hogy legyen. A közeli tárgyakat a szemlencse megvastagításával tudjuk élesre leképezni.


O 6.1.1 Szemmodell Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 1 csúszka optikai padhoz 1 csúszka a skálákhoz és mutatóhoz 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 2 lencse- és blendetartó 1 diatartó, feltűzhető 1 készlet blende diában 1 L-blende 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység

Utánozzuk a szem leképezési rendszerét. Ezen kívül megmutatjuk a pupilla funkcióját. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát feltűzött L-blendével az optikai pad baloldali végére helyezzük a csúszka és az állványrúd segítségével. Szemlencseként az f = +100 mm fókusztávolságú lencsét alkalmazzuk, amit az L-blendétől kb. 40 cm távolságra állítunk fel a csúszka és a lencsetartó segítségével. A (d = 8 mm-es) lencsét diatartóba helyezzük és feltőzzük a lencsére. Ez a blende képezi a pupillát. A lencsét a blendével fordítsuk úgy, hogy a blende (lyuk) a fényforrás felé nézzen. Az ernyőt a réselt csúszkával a lencsétől kb. 11 cm távolságra helyezzük el az optikai padon. Az ernyő képezi az ideghártyát. A lencsét úgy toljuk el, hogy a tárgyról (L-blende) éles képet kapjunk az ernyőn. 1. Kísérlet: A megfigyelendő tárgyat (a lámpát az L-blendével) most közelebb toljuk. A kép életlenné válik. Az ernyő eltolásával a leképezést újra élessé tehetnénk. Sajnos szemünknél ez a távolság-változtatás, a lencse és az ideghártya között nem lehetséges. A lámpát az L-blendével most úgy toljuk el, hogy a pupillától (körblende) kb. 7 cm távolságra legyen. Ezután kicseréljük az (f = +100 mm)-es lencsét az (f = +50 mm)-es lencsére, azaz egy vastagabb lencsére, de ugyanazon a helyen. A kép újra élessé válik, és ezen kívül még nagyobb is lesz. Szemünk a lencsének ezt a megvastagítását a szemizom kontrakciójával (összehúzódásával) éri el. (A közelebb lévő tárgyakhoz való alkalmazkodást "akkomodáció"-nak nevezzük). 2. Kísérlet: Az f=+50 mm-es lencsét most visszacseréljük az f=+100 mm-es lencsére és a tárgyat (lámpa az L-blendével) a lehető legmesszebbre helyezzük el. Meg akarjuk ismerni a pupilla feladatát. A túl erős fény károsíthatja a szemünket. Az f=+100 mm-es lencsén a d=8 mm-es körblendét 3 mm átmérőjű blendére cseréljük. A pupilla szűkítése által a fénybejutást legyengítettük. Ezáltal a kép is élesebbé vált, amit a tárgy csekély mértékű eltolásával, körblendével, vagy a nélkül is felismerhetünk. Következtetés Szemünk a szemlencse vastagításával és így a lencse fénytörő erejének megváltoztatásával különböző távolságokra lévő tárgyakat képes élesen látni. Ezt a tulajdonságot akkomodációnak nevezzük. A fény bejutását a pupilla szabályozza.


O 6.2 A rövidlátás Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 modelltest, félkör alakú 1 modelltest, sík-domború 1 modelltest, sík-homorú 2 bekötő vezeték tápegység

Rövidlátásnál a szemgolyó túl hosszú. Előkészület: A kísérleti lámpát a négyzetes nyílással, divergens (széttartó) fényhez használjuk (fedél, ha szükséges levéve és fordítva visszatéve) és egy papírlapra helyezzük. Megjelöljük a kísérleti lámpa helyzetét. A félkör alakú üvegtestet szemlencseként, a kísérleti lámpától 4 cm távolságra szintén a papírlapra helyezzük. A fénysugarak az üvegtest sík felületére essenek. 1. Kísérlet: A széttartó fénnyalábot a közeli tárgyról a szemlencsére irányítjuk. Ott, ahol a sugarak egy pontban egyesülnek, található az ideghártya. Eredmény: A közeli tárgyak az ideghártyán (akkomodáció nélkül!) élesen képeződnek le. 2. Kísérlet: A kísérleti lámpához most a párhuzamos fényt adó nyílást alkalmazzuk (a fedelet vegyük le és megfordítva tegyük vissza). Eredmény A távolban lévő tárgyakról érkező párhuzamos fénnyalábot az ideghártya gyűjti össze. Az akkomodáció (gyűjtőlencsét elhelyezni!), egyáltalán nem segít, mivel ez által a gyűjtőpont még távolabbra kerül. 3. Kísérlet: Annak érdekében, hogy a párhuzamos fénnyaláb gyűjtőpontját közelebb hozzuk az ideghártyához, a szemlencse elé bizonyos távolságban (kb. 2 cm-re) szórólencsét helyezünk el. Következtetés A rövidlátást a túl hosszú szemgolyó okozza. Ennek kijavítására szórólencsét helyezünk a szemlencse elé.


O 6.3 A távollátás Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 modelltest, félkör alakú 2 modelltest, sík-konvex 2 bekötő vezeték tápegység

A távollátó szemnél a szemgolyó túl rövid. Előkészület: A kísérleti lámpát négyzetes fénnyílással, párhuzamos fényhez alkalmazzuk (fedél, ha szükséges levéve és fordítva visszatéve) majd helyezzük egy papírlapra. Megjelöljük a kísérleti lámpa helyzetét. A fél-köralakú üvegtestet szemlencseként ugyancsak a papírlapra helyezzük, 4 cm távolságra a kísérleti lámpától. A fénysugarak az üvegtest sík felületére essenek. A párhuzamos fénnyaláb segítségével meghatározzuk a normállátású szemgolyó hosszát, és ezt szaggatott vonallal berajzoljuk. Ezután megrövidítjük a szemgolyót (lásd vázlat). 1. Kísérlet: A távoli tárgyakról érkező párhuzamos fénnyaláb gyűjtőpontja a távollátó túl rövid szemgolyójánál az ideghártya mögé esik. Az akkomodációval (gyűjtőlencsét eléje helyezni!) a gyűjtőpont az ideghártyára tolható át. Mindenesetre a szemizom így tartósan túlterhelődik és elveszti alkalmazkodó képességét! 2. Kísérlet: Ezután a kombi kísérleti lámpát divergens fénnyel használjuk (a fedelet megfordítva helyezzük fel). A közeli tárgyakról érkező széttartó fénnyaláb még akkomodációval sem gyűjthető össze az ideghártyán (gyűjtőlencsét felhelyezni!). A közeli tárgyakat nem lehet élesen látni. 3. Kísérlet: A távollátást egy gyűjtőlencse segítségével javíthatjuk meg. Megfelelő gyűjtőlencsével készült szemüveggel lehet segíteni. Most a lámpát ismét párhuzamos fényhez használjuk (távolfekvő tárgyak). Gyűjtőlencse elhelyezésével a fénysugarak metszéspontja az ideghártyára hozható (akkomodáció). Egy második gyűjtőlencsével a divergens fényt is az ideghártyára tudjuk gyűjteni (közeli tárgyak). Következtetés: A távollátást gyűjtőlencse segítségével lehet kijavítani.


O 6.4 Az öreglátás Anyagok: 1 kombi kísérleti lámpa 1 modelltest, félkör alakú 1 modelltest, s1k-domború 2 bekötő vezeték tápegység

Előkészület: A kísérleti lámpát először a négyzetes fénnyílással párhuzamos fényhez alkalmazzuk (fedél, ha szükséges levéve és fordítva visszatéve) és egy papírlapra helyezzük. Megjelöljük a kísérleti lámpa helyzetét. A félkör alakú üvegtestet a kísérleti lámpától 4 cm-re, mint szemlencsét szintén a papírlapra helyezzük. A fénysugarak az üvegtest sík felületére essenek. A párhuzamos fénnyaláb segítségével meghatározzuk a normállátású szemgolyó hosszát, és ezt szaggatottan berajzoljuk. 1. Kísérlet: Most a divergens (széttartó) fény nyílását alkalmazzuk (a fedelet megfordítva felhelyezni). A közeli tárgyakról érkező divergens fénnyaláb az ideghártya mögött gyűlik össze. Az egészséges szem ezt a gyűjtőpontot a szemlencse megvastagításával előre tudja hozni az ideghártyára. Az öreg szemnél azonban hiányzik ez az akkomodációs képesség. A közeli tárgyak többé nem láthatók élesen (mint a távollátásnál). 2. Kísérlet: A rajz szerint gyűjtőlencsét helyezünk a szem elé. A fénysugarak most az ideghártyán gyűlnek össze. Következtetés: Gyűjtőlencsével az öreglátás javítható.


O 6.5 Szemhibák és azok javítása Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 lencse foglalatban, f = +300 mm 1 lencse tartóval, f = -100 mm 1 készlet körblende diában 1 L-blende 2 lencse- és blendetartó 1 diatartó, feltűzhető 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység

Megmagyarázzuk, hogyan javíthatók a szemhibák szemüveggel. Ehhez rendelkezünk egy gyűjtőlencsével és egy szórólencsével is, mint "szemüveggel". A kísérletet természetesen igazi szemüveggel is végrehajthatjuk. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A kísérleti lámpát a felhelyezett L-blendével együtt a csúszka segítségével az optikai pad baloldali végére helyezzük. Az f=+100 mm-es lencsét, mint szemlencsét az L-blendétől kb. 40 cm-re helyezzük el a lencsetartó és a csúszka segítségével. A körblendét (d=8 mm) diatartóba dugjuk, és a lencsére tőzzük. A körblende képezi a pupillát. A lencsét a körblendével úgy forgatjuk el, hogy a blende a fényforrás felé nézzen. A lencsétől kb. 11 cm távolságra helyezzük el az ernyőt az optikai padon a réselt csúszka segítségével. Az ernyő képviseli az ideghártyát. A lencsét most úgy toljuk el, hogy a tárgy (L-blende) képe az ernyőn éles legyen. 1. Kísérlet: Rövidlátás (a szemgolyó túl hosszú): Kb. 5 cm-el megnöveljük az ernyő távolságát a lencsétől. A kép életlen. A kép élességét szórólencsével (f = -100 mm), kb. 16 cm-el a szemlencse előtt elhelyezve lehet korrigálni. A szórólencse képviseli a szemüveget. 2. Kísérlet: Távollátás (a szemgolyó túl rövid): Most kb. 2 cm-el csökkentjük az ernyő és a lencse közötti távolságot. Ha most az f=+300 mm-es gyűjtőlencsét kb. 13 cm-re a szemlencse elé helyezzük, újra éles képet kapunk. A távollátást javító szemüvegek gyűjtőlencsét alkalmaznak. Következtetés A rövidlátást a túl hosszú szemgolyó okozhatja. Ennek kijavítására szórólencséket alkalmaznak. A távollátás a túl rövid szemgolyó okozhatja. Ennek kijavítására gyűjtőlencsét alkalmaznak. Megjegyzés Az öreglátást a szemlencse rugalmasságának hiánya okozza. A lencse már nem tudja önmagát eléggé megvastagítani úgy, hogy a közeli tárgyakat élesen láthassa. Ennek javítására gyűjtőlencséket alkalmaznak.


O 7.1 A nagyító Anyagok: 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 lencse foglalatban, f = +300 mm 1 lencse- és blendetartó 1 ernyő, fehér

Nagyon közeli tárgyak leképezését vizsgáljuk meg a gyűjtőlencsével. Milyen hatása van a lencse gyújtótávolságának? Kísérlet: Ha egy gyűjtőlencsét (f = +50 mm) nagyon közel tartunk valamely tárgyhoz (ez a gyújtótávolságon belül fekszik), nagyított, látható képet kapunk. Ha kipróbáljuk a különböző gyújtótávolságú lencséket, f = +100 mm és f = +300 mm, megvizsgálhatjuk a különböző nagyításokat. Megkíséreljük felfogni a képet az ernyőn. Következtetés: Ha a tárgy a gyűjtőlencse gyújtótávolságán belül van, látható, egyenes és nagyított képet kapunk, melyet ernyőn felfoghatunk. A nagyítás mértéke annál nagyobb, minél vastagabb a lencse, azaz, minél kisebb a gyújtótávolsága.


O 7.2 A diavetítő Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 2 csúszka optikai padhoz 1 csúszka rögzítő csavarral 1 csúszka skálákhoz és mutatóhoz 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 lencse- és blendetartó 1 diapozitív képekkel 1 diatartó, feltűzhető 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység Egy egyszerű diavetítőt összeállítunk össze. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Fényforrásként a kísérleti lámpa szolgál. A lencsét (f = +50 mm) közvetlenül a kísérleti lámpa előtt helyezzük el a csúszka segítségével (a távolság a fényforrástól kb. 6 cm). A lencse kondenzorlencseként szolgál, és a diapozitív jó megvilágítását segíti. A lencsére felhelyezzük a diatartót a diapozitívval. A diapozitívtól 15 cm-re lévő leképező lencsével (f = +100 mm) az ernyőn éles képet kapunk (az ernyő kb. 50 cm távolságra legyen a diapozitívtól). Kísérlet: Megváltoztatjuk az ernyő távolságát a tárgytól (először toljuk az ernyőt közelebb a leképező lencséhez). Hogyan kell a lencsét eltolnunk, hogy a képet a falon élesen láthassuk? Hogyan kell betennünk a diapozitívot, hogy a képet egyenes állásban láthassuk? Következtetés: A diavetítő leképező lencséje az ernyőn nagyított és fordított képet ad. Kiegészítés: Van-e értelme leképező lencsének az (f = +300 mm)-es lencsét beépíteni? Mekkora legkisebb távolság szükséges a tárgy és a lencse között?


O 7.3 A mikroszkóp Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 1 állványrúd 25 cm 1 karmantyú 3 csúszka optikai padhoz 1 csúszka szorító csavarral 1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 2 lencse- és blendetartó 1 diatartó, feltűzhető 1 készlet körblende diakeretben 1 diapozitív, képekkel 1 átlátszó ernyő tartóban 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység

Bemutatjuk a mikroszkóp elvét. A valós, közbenső képet az átlátszó ernyőn jelenítjük meg. Miért nem válhat láthatóvá az ernyőn a kétszeres nagyítású kép? Előkészület: A diapozitívot (a tárgyat) diatartóba tesszük és a blendetartó, valamint a csúszka segítségével kb. 5 cm-re a kísérleti lámpa elé helyezzük az optikai padra. Az átlátszó ernyőt a tárgytól kb. 40 cm távolságra állítjuk fel. A tárgy (diapozitív) és az átlátszó ernyő között az (f = +100 mm)-es lencsét, feltőzött diatartóval és körblendével (d = 8 mm), objektívlencseként, úgy toljuk el, hogy az ernyőn a dia éles és nagyított képe jelenjen meg. Kísérlet: Tekintsük most meg a valós közbenső képet az átlátszó ernyőn. A képet az objektívlencse kismérté-kő eltolásával lehet élessé tenni. Okulár, azaz nagyítóként egy gyűjtőlencse szolgál (f = +50 mm). A nagyítólencse távolsága a közbenső képtől, a nagyítóhatás miatt, kisebb kell, hogy legyen a gyújtótávolságnál, azaz 5 cmnél. A két lencse közötti átlátszó ernyőt most eltávolítjuk és a fényforrás (kísérleti lámpa) és a tárgy közé helyezzük. A fényforrás előtt lévő átlátszó ernyő megakadályozza, hogy a mikroszkópba nézve elvakítson bennünket a fény. Az optikai pad végét a 25 cm-es állvárúd és a karmantyú segítségével megemeljük. A nagyított képet most az okuláron keresztül megtekinthetjük. Ha a kétszeres nagyítású képet vetítőernyőn akarjuk megjeleníteni, csalódnunk kell. Miért? Következtetés A mikroszkóp tulajdonképpen két gyűjtőlencséből áll. A valós, nagyított közbenső képből az okulárlencse virtuális, kétszeres nagyítású képet állít elő. A kép ezen kívül fordított állású.


O 7.4 A távcső Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 3 csúszka optikai padhoz 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f = +300 mm 1 lencse- és blendetartó 1 átlátszó ernyő tartóban

A kísérlet célja a két gyűjtőlencséből álló távcső elvének bemutatása. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Mindkét lencsét felhelyezzük az optikai padra. A két lencse közötti távolság kb. 33 cm legyen. Az f=+300 mm-es lencse képezi a távcső objektívjét, az f=+50 mm-es lencse lesz az okulár. Kísérlet: A távcsőmodell segítségével megvizsgálunk valamilyen távoli tárgyat, pl. egy fát az ablak mögött. Az objektívlencsét eközben el kell tolnunk, mindaddig, amíg a kép az okulárlencsén átnézve élessé nem válik. Mivel a tárgy távolsága nagy, a valós közbenső kép a objektívlencse gyújtósíkján jelenik meg, azaz 30 cm-el a lencse mögött. Az átlátszó ernyő segítségével, melyet a csúszkával az optikai padra helyeztünk, láthatóvá tudjuk tenni ezt a képet. A valós közbenső képnek az okulár gyújtótávolságán belül kell lennie (5 cm-nél kisebb távolságra az okulártól). Az okulár úgy működik, mint a nagyító, amelyen át megtekintjük a közbenső képet. Ezután az átlátszó ernyőt eltávolítjuk. Egyenes, vagy fordított állású képek keletkeznek-e? Következtetés: A kép fordított állású, mivel az objektív valós, fordított képet hoz létre és egy nagyító egyenesállású képet szolgáltat, azaz nem fordítja meg a fordított állású képet. Az asztronómiai vizsgálatoknál azonban ez nem játszik szerepet. Kérdés: Mit tehetnénk annak érdekében, hogy egyenesállású képet kapjunk?


O 7.5 A fényképezőgép Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 1 csúszka optikai padhoz 1 csúszka szorítócsavarral 1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 1 lencse foglalatban, f = +100 mm 1 készlet körblende diában 1 L-blende 1 lencse- és blendetartó 1 diatartó, feltűzhető 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység

Az első kísérletben megismerkedünk a fényképezőgép elvi felépítésével. A második kísérlet megmutatja, hogy hogyan javíthatjuk a blende segítségével a mélységélességet. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Tárgyként az L-blendét használjuk, amit felhelyezünk a kísérleti lámpára. A leképező lencse (f = +100 mm) a fényforrástól kb. 35 cm távolságra, az optikai padon álljon. A leképező lencsére feltőzzük a diatartóban helyet foglaló körblendét (d = 8 mm). Az ernyő kb. 50 cm távolságra legyen a fényforrástól. A tárgyat először élesen akarjuk leképezni. A leképező lencsét ennek megfelelően kell eltolni. 1. Kísérlet: Most megváltoztatjuk a tárgytávolságot (a lencse eltolásával). Ha eltoljuk az ernyőt is, újra élesre állíthatjuk a képet. A tárgynak mindig a gyújtótávolság kétszeresén kívül kell lennie, mivel a fényképezőgépnél mindig fordított állású kép keletkezik. 2. Kísérlet: Mélységélesség és képvilágosság Ha a d=8 mm-es körblende helyett a d=3 mm-es körblendét helyezzük fel a leképező lencsére, a kép gyengébb fényű lesz ugyan, de a leképező lencsét eltolhatjuk (megváltoztathatjuk a tárgytávolságot) anélkül, hogy a kép-élesség megváltozna. Következtetés A fényképezőgépnél a távolság-beállítást a lencse és az ernyő távolságának megváltoztatásával valósíthatjuk meg. A kis blendék (a fényképezőgépeknél ez magas blendeszámot jelent) éles leképzést tesznek lehetővé még akkor is, ha a távolság nincs pontosan beállítva.


O 8.1 Elhajlás rácson

Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 állványrúd, 10 cm 1 kombi kísérleti lámpa 3 csúszka optikai padhoz 1 csúszka rögzítő csavarral

1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 2 lencse- és blendetartó 2 diatartó, feltűzhető 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f=+100 mm

1 1 1 2

blende réssel vonalrács, 300 vonallal ernyő, fehér bekötő vezeték tápegység

Megvizsgáljuk a fényelhajlás jelenségét, mely a fénynek un. optikai rácson történő áthaladása során keletkezik. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Fényforrásként a kísérleti lámpa szolgál. Az f=+50 mm-es lencsét közvetlenül a kísérleti lámpa előtt, a csúszka segítségével állítjuk fel. A lencsére felhelyezzük a diatartóban helyet foglaló réselt blendét. A fényforrástól kb. 18 cm-re lévő leképező lencse (f = +100 mm) segítségével a fény-forrástól kb. 50 cm-re lévő ernyőn, a réselt blende éles képét látjuk. Kísérlet: Az optikai rácsot diatartóval a blendetartóba helyezzük. A leképező lencse mögött kb. 8 cm távolságra az optikai (vonal) rácsot a fénysugár útjába helyezzük. Az ernyőn elhajlás-képek (színcsíkok) jelennek meg. Legkisebb mértékben a kék szín hajlik el, legjobban a piros. Milyen különbséget észlelünk a prizma színképéhez képest? Következtetés Ha a fény optikai rácson halad keresztül, a fénysugár elhajlik. Az elhajlási szög (az elterítés) a hullámhosszal nő.


O 8.2 A hullámhossz meghatározása

Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 3 csúszka optikai padhoz 1 csúszka szorító csavarral

1 csúszka skálákhoz és mutatóhoz 2 lencse- és blendetartó 2 diatartó, feltűzhető 1 lencse tartóval, f = +50 mm 1 lencse foglalatban, f=+100 mm

1 1 1 2

blende réssel vonalrács, 300 vonallal ernyő, fehér bekötő vezeték tápegység

A fény hullámhosszát (nanométer) mérőszalag segítségével mérhetjük meg. Ezzel a módszerrel még az egyes színek színképtartományát is megadhatjuk. Megvizsgáljuk a színszűrők hatását is. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Az f=+50 mm-es lencsét, a csúszka segítségével közvetlenül a kísérleti lámpa előtt helyezzük el. A lencsére feltőzzük a réselt blendét a diatartóval. A fényforrástól kb. 168 cm-re lévő második lencsével (f = +100mm) előállítjuk a rés éles képét. Az ernyő kb. 75 cm távolságra legyen a kísérleti lámpától. A leképező lencse mögött kb. 10 cm-re helyezzük a vonalrácsot (300 vonal/mm) a fénnyalábba és tekintsük meg a képet. A vázlatból következően: sin α =

b s

n* λ d d*b A hullámhosszra igaz, hogy : λ = n* s

Az n - dik összetevőse igaz, hogy : sin α n =

A maximumra (első összetevőse) n = 1 és igaz, hogy : λ =

d*b s

ahol: d = rácsállandó (két szomszédos vonal távolsága) Ha az ernyőt úgy helyezzük el a fénnyalábban, hogy pl. a zöld spektrumrészek szimmetrikusan egybeessenek az ernyőszélekkel, akkor az ernyő szélessége 2b értéknek felel meg. Az s távolságot (rács - ernyőél) mérőszalaggal mérjük le. Szín s (rács - ernyőél) b (fél ernyőszélesség) d (rácsállandó) Hullámhossz λ


A többi színösszetevő hasonló módon határozható meg: Szín s távolság piros sárga zöld kék

hullámhossz λ

Következtetés: Az elhajlás szöge a hullámhossz függvénye. Adott szín hullámhossza ismert rácsállandójú optikai rács segítségével határozható meg.


O 8.3 Polarizáció szűrővel

Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 4 csúszka optikai padhoz 2 csúszka szorítócsavarral

1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 2 lencse- és blendetartó 2 tartó polarizációs szűrőhöz 2 polarizációs szűrő 1 diatartó, feltűzhető 1 lencse tartóval, f=+50 mm

1 1 1 2

lencse foglalatban, f=+100 mm készlet körblende diában ernyő, fehér bekötő vezeték tápegység

Polarizációs szűrőkkel lineáris, polarizált fény állítható elő. Milyen hatások lépnek fel egy második polarizációs szűrő alkalmazásával? Előkészület: Felépítés az ábra szerint. Az f=+50 mm-es gyűjtőlencsét közvetlenül a kísérleti lámpa előtt helyezzük el. Az ernyő, a fényforrástól kb. 90 cm távolságra, az optikai pad végén foglal helyet. A blendetartóra feltesszük a körblendét (d = 8mm) és a fényforrástól kb. 30 cm-re helyezzük el. A körblendét, a tőle kb. 14 cm-re lévő, f=+100 mm-es gyűjtőlencsével az ernyőn élesre leképezzük. A polarizációs szűrők egyikét feltőzzük a tartójára és kb. 5 cm-re a lencse (f=+50 mm) előtt a fénnyalábba helyezzük. A kísérleti lámpától kb. 28 cm távolságra (közvetlenül a körblende előtt) elhelyezzük a második tartót a polarizációs szűrővel (analizátor). A két polarizációs szűrő először azonos orientációjú (a fok-skálához képest ugyanúgy áll). Kísérlet: Az analizátort lassan 360°-al elforgatjuk és figyeljük az ernyőn a kép élességének változását. Milyen elforgatási szög mellett kép fel a maximális világosság, ill. max. sötétedés? Ezután a polarizátort ismét elforgatjuk, és ismét megfigyeljük a max. világosságot és besötétülést. Következtetés Azonos orientációjú (párhuzamos) polarizációs szűrőknél kapjuk a maximális világosságot. Keresztezett polarizációs szűrőknél a fény kialszik.


O 8.4 Polarizációs sík elforgatása szilárd anyagok alkalmazásával

Anyagok: 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 4 csúszka optikai padhoz 2 csúszka szorítócsavarral

1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 2 lencse- és blendetartó 2 diatartó, feltűzhető 2 tartó polarizációs szűrőhöz 2 polarizációs szűrő

1 1 1 1 1 2

lencse tartóval, f=+50 mm lencse foglalatban, f=+100 mm készlet körblende diában polarizációs preparátum, kvarc ernyő, fehér bekötő vezeték tápegység

A polarizált fény útjába kvarckristályt helyezünk és megvizsgáljuk ennek hatását a képre. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A gyűjtőlencsét (f = +50 mm) közvetlenül a kísérleti lámpa elé helyezzük. A kísérleti lámpától kb. 28 cm távolságra elhelyezünk egy szűrő tartót az egyik polarizációs szűrővel (analizátor). A polarizációs szőrőre feltőzzük a diatartót a körblendével (d = 8 mm). A körblendét a tőle kb. 14 cm-re lévő gyűjtőlencse (f = +100 mm) segítségével az ernyőn élesre leképezzük. Az ernyő az optikai pad másik végén kb. 90 cm távolságra van a fényforrástól. A második polarizációs szűrőt behelyezzük a másik tartóba, majd a lencse (f = +50 mm) előtt kb. 5 cm-re a fény útjába helyezzük. A két polarizációs szűrő először azonos orientációjú legyen (ugyanúgy állnak a skálához képest). 1. Kísérlet: A lencsén lévő polarizációs szűrőt (polarizátor) úgy forgatjuk el, hogy a két szűrő után a fény kioltódjon ("keresztezett szűrők"). A körblende képe eltűnik az ernyőről. A két polarizációs szűrő között, a lencsétől (f = +50 mm) kb. 8 cm-re, elhelyezzük a kvarckristályt a diatartóban, méghozzá úgy, hogy a dia-tartó a polarizátor felé nézzen. A kvarckristályt teljesen meg kell világítani (ha kell, toljuk el a blendetartót, vagy állítsunk a kísérleti lámpa magasságán). Az ernyőn most megjelenik egy fényfolt, ami azt jelenti, hogy a kvarckristály megváltoztatta a polarizált fény mozgási irányát. Lassan forgassuk el a polarizátort 360°-al. Eközben az ernyőn a fényfoltot rendre zöld, kék, piros, és sárga színben látjuk. Ezek a színek azon színalkotók kiegészítő színei, amelyeket éppen kioltottunk. A kvarckristály te-hát az egyes hullámhosszaktól függően különböző mértékben forgatja el a fény polarizációs síkját (rotációs diszperzió). Ha a polarizátort balra kell forgatnunk (az óramutató járásával ellentétesen, a fénysugárral szemben nézve) hogy a színeket rendre piros, sárga, zöld, kék sorrendben lássuk, akkor jobbra forgató kvarcról beszélünk (jobbkvarc), ha viszont az ellenkező irányba kell forgatnunk, hogy ugyanezt a sorrendet kapjuk, akkor balra-forgató kvarcról (balkvarc) van szó. (A jobbkvarc fogalom arra a forgásirányra vonatkozik, melybe az analizátort utánállításkor forgatják.) 2. Kísérlet: A lencsére (f=+50 mm) egymás után piros, zöld és kék szűrőt helyezünk. A két polarizációs szűrő először keresztezett állásban van. Mindhárom esetben a polarizátor forgatásával a lehető legsötétebbre állítjuk a fényt az ernyőn. Olvassuk le a skálán az elforgatás szögét: RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

Piros: ............,

zöld: ............,

kék:............,

Mivel a kvarckristály 1,5 mm vastag és a forgatási képesség 1 mm rétegvastagságra van definiálva, 1,5-el el kell osztani a forgásszöget és így megkapjuk a kvarc elforgató képességét az egyes hullámhosszakra vonatkoztatva. Eredmény: Az elforgató képesség: piros színre: ............. fok zöld színre: ....…....... fok kék színre: ......…..... fok Következtetés: A polarizált fény rezgéssíkja elfordul az optikai tengelyhez képest normál metszésű pánparalell kvarckristályban. A elfordulás szöge a fény színétől, tehát hullámhosszától függ. Megjegyzés: Jobb megoldás, ha egy további csúszka segítségével (az állványkészletből) a körblendét saját blendetartójával helyezzük az optikai padra, és a kísérlet alatt az analizátort forgatjuk el. Ebben az esetben a forgásirány ellentétes az itt leírtakkal és a jobbkvarc elnevezés meggyőzőbb.


O 8.5 Cukorfokmérő-modell

Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd 10 cm 4 csúszka optikai padhoz 2 csúszka szorítócsavarral 1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz

1 2 1 2 1 1

lencse- és blendetartó tartó polarizációs szűrőhöz diatartó, feltűzhető polarizációs szűrő lencse tartóval, f=+50 mm lencse foglalatban, f=+100 mm 1 készlet körblende, diában 1 színszűrő, additív

1 1 1 2

ernyő, fehér prizmaasztal edény bekötő vezeték tápegység 1 mérőhenger, 100 ml cukor

Az optikailag aktív anyag oldata elfordítja a polarizált fény síkját. Mi cukoroldatot használunk és megmérjük a fajlagos elforgatás-t. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A gyűjtőlencsét (f = +50 mm) közvetlenül a kísérleti lámpa elé helyezzük. A kísérleti lámpától kb. 28 cm távolságra, elhelyezzük a tartót az egyik polarizációs szűrővel (analizátor). A polarizációs szőrőre feltűzzük a diatartót a körblendével (d = 8 mm). A körblendét a tőle kb. 14 cm-re lévő gyűjtőlencse (f = +100 mm) segítségével, az ernyőn élesen leképezzük. Az ernyő a fényforrástól kb. 90 cm-re, az optikai pad másik végén áll. A második polarizációs szűrőt (polarizátor) tartóba tesszük és kb. 5 cm-rel a lencse (f=+50 mm) előtt a fény-sugár útjába helyezzük. A két polarizációs szűrő kezdetben egymáshoz képest 90°-kal el van forgatva. Az ernyőn sötétség uralkodik. 1. Kísérlet: A két polarizációs szűrő között, a fényforrástól kb. 22 cm-re, a csúszka segítségével elhelyezzük az asztalkát . Erre állítjuk az edényt, hosszabbik oldalával a fénysugár irányával párhuzamosan. A fénysugár közvetlenül az edény feneke fölött haladjon át. Töltsünk pontosan 60 cm3 vizet az edénybe. Ezután készítsünk elő 40 gr cukrot, és ennek felét adjuk hozzá a vízhez. A cukor feloldódása után az ernyőn egy fényfolt jelenik meg. Most elfordítjuk a polarizátort. A fénysugár irányába nézve, az óramutató járásával megegyezően forgatva a polarizátort, azaz jobbra-forgás-nál a fényfolt világosabb lesz. Balra-forgás-nál a fényfolt sötétebb lesz, majd kék, bíbor és sárga színűvé válik, végül újra kivilágosodik. Eredmény: A cukoroldat a polarizációs sík jobbra-forgását idézi elő, a forgásszög a hullámhossz függvénye. (A jobbra-forgás fogalma arra az irányra vonatkozik, melybe az analizátort el kellene forgatnunk, hogy újra előidézzük a sötétséget.) 2. Kísérlet: A polarizációs szűrők 90°-kal el vannak forgatva. Most a fénysugár útjába egymás után a piros, sárga, zöld és kék színszűrőket helyezzük el úgy, hogy feltűzzük őket a kondenzorlencsére (f=+50 mm), majd megmérjük a polarizátornak azt a forgásszögét, melyhez az ernyőn a RAPAS kft. 1184 Budapest, Üllői út 315. Tel.: 06 1 294 2900 Fax: 06 1 294 5837 e-mail: [email protected]

fény teljes kioltása tartozik. Fénykioltás: piros: .............,

sárga: .............,

zöld: .............,

kék: .............

3. Kísérlet: Most beleöntjük az előkészített cukor második felét az edénybe. Ismét megmérjük a négy színre a fénykioltáshoz tartozó forgásszöget. Fénykioltás: piros: .............,

sárga: .............,

zöld: .............,

kék: .............

A kétszeres koncentráció kétszer akkora forgásszöget eredményez. 4. Kísérlet: Elfordítjuk az edény 60°-al, ezáltal az oldat rétegvastagsága a felére csökken. Most újra meghatározzuk a fényt kioltó forgásszöget a négy színre. Fénykioltás: piros: .............,

sárga: .............,

zöld: .............,

kék: .............

A forgásszög a felére csökken. A forgásszög arányos a rétegvastagsággal. Kiértékelés: a cukoroldat fajlagos elforgatás-át az alábbi egyenlet adja meg: α = c*l*(α),

(ahol c: a koncentráció, l: a rétegvastagság)

(α) a fajlagos elforgatás, melyet általában forgásszögként adunk meg 10 cm rétegvastagságra és 1 g optikailag aktív anyag 1 cm3 oldatára, A fajlagos elforgatás a hőmérséklettől és a hullámhossztól függ. A rétegvastagság jelen esetben az edény hossza vagy szélessége. Az oldat térfogata (40 g cukor 60 cm3 vízben): V = ............. ml (mérőhengerrel meghatározandó) A c:l = 40:V aránypárból megkapható a koncentráció: c = .............. Behelyettesítve c, l és a forgásszög értékét a fenti egyenletbe, megkapjuk a négy színre a fajlagos elforgatást: piros szűrő sárga szűrő zöld szűrő kék szűrő fajlagos elforgatás Következtetés: Az elforgatás pirosra a legkisebb és kékre a legnagyobb. Megjegyzés: Jobb megoldás, ha (az állványkészletből) egy másik csúszkával a körblendét saját blendetartójával helyezzük az optikai padra, és a kísérlet alatt az analizátort forgatjuk el. A forgásirány akkor ellentétes az itt leírtakkal és a jobbraforgató cukoroldat megnevezés sokkal nyilvánvalóbb.


O 8.6 Feszültségoptika

Anyagok: 1 optikai pad, vagy 2 állványsín és 1 sín-összekötő 1 kombi kísérleti lámpa 1 állványrúd, 10 cm 4 csúszka optikai padhoz 2 csúszka szorítócsavarral

1 csúszka skálához, ernyőhöz és mutatóhoz 1 lencse- és blendetartó 2 tartó polarizációs szűrőhöz 1 diatartó, feltűzhető 2 polarizációs szűrő 1 lencse tartóval, f=+50 mm

1 lencse foglalatban, f=+100 mm 1 test feszültségoptikához 1 ernyő, fehér 2 bekötő vezeték tápegység

Két keresztezett polarizációs szűrő közé helyezett kettőstörésű anyagok képalkotáskor színjelenségeket mutatnak. Külső mechanikai hatásokra ezek a jelenségek megváltoznak. Előkészület: Felépítés az ábra szerint. A gyűjtőlencsét (f = +50 mm) közvetlenül a kísérleti lámpa előtt helyezzük el. A feszültségoptikai vizsgálathoz használt testet ferdén a diatartóba szorítjuk és a blendetartóval, 18 cm-re a fényforrás elé, az optikai padra helyezzük. A gyűjtőlencse (f = +100mm) 30 cm-el a fényforrás előtt található. Az ernyő a fényforrástól kb. 90 cm-re, az optikai pad másik végén foglal helyet. A műanyagtest képét a lencse (f=+100mm) segítségével az ernyőn élesre állítjuk. Ezután kivesszük a műanyagtestet a fényforrás útjából. A kísérleti lámpától kb. 23 cm-re elhelyezzük az egyik tartót a polarizációs szűrővel (analizátor). A második polarizációs szűrőt (polarizátor) a második szűrőtartóra helyezzük, és kb. 6 cmel a lencse (f = +50 mm) előtt a fénysugár útjába helyezzük. A két polarizációs szűrő először azonos orientációjú (a skálához képest egyformán állnak). Most úgy forgatjuk el az analizátort, hogy a polarizációs szűrők egymáshoz képest 90°-al legyenek elforgatva. Az ernyőn sötétség uralkodik. Kísérlet: A műanyagtestet ismét a fénysugár útjába helyezzük (a két polarizációs szűrő közé). Nyomást fejtünk ki a műanyagtestre, pl. megpróbáljuk összehajlítani, stb. Az ernyőn színjelenségek mutatkoznak, melyek a műanyagban fellépő belső feszültségekre vezethetők vissza. Elforgatjuk az analizátort és figyeljük a fényfoltokat az ernyőn. Következtetés: A mechanikai feszültségek az átlátszó izotróp anyagokat kettős törésűvé alakítják.


O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése

Recommend Documents