Fénytörés vizsgálata. 1. feladat

Átírás

1 A kísérlet célkitűzései: A fény terjedési tulajdonságainak vizsgálata, törésének kísérleti megfigyelése. Plánparallel lemez és prizma törőtulajdonságainak vizsgálata. Eszközszükséglet: főzőpohár 2 db, lombik szívószál, ceruza lézer pointer Bunsen állvány kémcsőfogóval konzervdoboz pénzérme kartonlap, tartó állvány Optika I. tanulói készlet Balesetvédelmi figyelmeztetés A kísérletek közben figyelj arra, hogy a lézer pointer fénye ne jusson senkinek sem a szemébe! Nagy intenzitása miatt roncsolja a szemben lévő idegsejteket. 1. ábra Lézer pointer 1. feladat Az A/4 es lapra filctollal húzz egy kb. 15 cm hosszú, fél centiméter vastag vonalat. Erre a vonalra helyezd rá az üres főzőpoharat úgy, hogy az a pohár mindkét szélén nyúljon túl. Ha felülről, de kissé oldalról belenézünk a pohárba, akkor a vonal egyenesen folytatódik a poháron kívül is. Önts a pohárba vizet! Nézz bele megint a pohárba. Mit tapasztalsz? oldal

2 2. feladat Fénytörés vizsgálata Vízzel teli pohárba tegyél bele ferdén egy szívószálat. Úgy nézd a poharat, hogy lásd a pohár oldalát is. Mit tapasztalsz? Hogyan látod a szívószálat? feladat 2. ábra Kísérleti eszközök 3. ábra A kartonba vágj egy kis kör alakú nyílást (kb. 1 cm átmérőjűt)! Ezt helyezd bele a tartó állványba. A konzervdobozt helyezz olyan messzire a papírlaptól, hogy a nyíláson át nézve lásd az edény oldalát, de fenekét nem (3. ábra)! Helyezz az dobozba egy pénzérmét az ábra szerint. Miközben a lyukon át nézed az edényt, a társad öntsön vizet az edénybe! Mit tapasztalsz? Mi lehet a magyarázata? Készíts a magyarázatodhoz ábrát! oldal

3 4. feladat Fénytörés vizsgálata Engedj vizet az egyik főzőpohárba és tegyél bele egy kevés rézgálicot! Erre azért van szükség, mert ettől a víz kicsit opálos lesz, láthatóvá válik a fény útja. Fogd be a lézer pointert az állványba és állítsd be úgy, hogy az elé tett főzőpohár aljára essen a fényfolt! Fokozatosan önts a másik pohárból ebbe folyadékot és figyeld meg a fényfolt helyének változását! Milyen irányba tolódott el a folt? Mi lehet ennek a magyarázata?... A szívószálat illeszd a folyadékban látható fénysugár mellé. Így megfigyelheted, hogy ha a fény eltérő fénytani sűrűségű anyag határfelületéhez érkezik, akkor terjedési iránya megváltozik, azaz megtörik. Kísérlettel megállapítható: Ha a fény fénytanilag ritkább anyagból fénytanilag sűrűbb anyagba lép, akkor a beesési merőlegeshez törik. Ha a fény sűrűbb anyagból ritkább anyagba lép, akkor a beesési merőlegestől törik. A beeső fénysugár, a megtört fénysugár és a beesési merőleges egy síkban vannak. A merőlegesen beeső fénysugár irányváltoztatás nélkül halad az új anyagban tovább. 5. feladat 4. ábra Fénytörés vizsgálata Állítsd össze a képen látható kísérleti elrendezést! Az optikai készlet fényforrása a mellékelt 12 V-os tápegységről működik. Kísérletezés közben figyelj arra, hogy a fényforrás külső burája nehogy megégessen! A rézgálicos oldatból öntsél a küvettába, majd helyezd azt az asztalra úgy, hogy a fénysugár merőlegesen essen a küvetta oldalára! Felülről megfigyelhető a fénysugár útja a folyadékban. Lassan fordítsd el a küvettát, figyeld meg, hogyan változik a fénysugár menete! Tapasztalataidat írd le! oldal

4 6. feladat A kémcsőbe nehezékként tegyél bele néhány darab csapágygolyót és dugj bele egy ceruzát is! A kémcsövet helyezd bele ferdén az üres főzőpohárba! Ha felülről nézzük a ceruzát, akkor az jól látható, mivel róla fény jut a szemünkbe. Önts most lassan vizet a főzőpohárba, és megint felülről nézzük rá a kémcsőre! Mit tapasztalsz?... Ez a jelenség meglepő, hiszen az üveg és a tiszta víz is átlátszó, mégsem látunk át rajta. Ezt a jelenséget teljes visszaverődésnek nevezzük. Ez csak akkor következhet be, ha a fény optikailag sűrűbb közegből halad ritkább közeg felé. Bizonyos feltételek mellett a fény nem tud átlépni az új közegbe, a határfelület tükörként visszaveri. Ezt a jelenséget használják ki az optikai szálak használatakor is. Miközben felülről nézel a pohárba helyezett kémcsőre, önts lassan abba vizet! Mit látsz most? Ha a fény 49 o nál nagyobb beesési szögben (α) érkezik vízből levegőbe (5. ábra), akkor ott teljes visszaverődés történik, azaz a kémcsőben lévő ceruzát nem látjuk, mert nem jut róla szemünkbe fénysugár. Ha vizet töltünk a kémcsőbe, akkor ez a jelenség megszűnik, mert eltűnik az optikailag ritkább közeg. 5. ábra 4. oldal

5 Most nézd meg a kísérleti elrendezésedet oldalról! Mit tapasztalsz? Mi lehet ennek a magyarázata? Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mit jelent az, hogy két közeg optikailag különbözik? 2. Mi történik a fénnyel, ha optikailag új közeghez érkezik? 3. Hogyan halad a fénysugár, ha levegőből vízbe lép? 4. Mit jelent a teljes visszaverődés? 5. Hol használják ki ezt a jelenséget? Felhasznált szakirodalom: Fizikai kísérletek gyűjteménye, Szerkesztette: Juhász András, TYPOTEX Kiadó Budapest, 1994 Fizika 7, Mozaik kiadó, Szeged oldal