O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése

Átírás

1 O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése 1 blende 1 és 2 rés 2 összekötő vezeték 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.

2 O 1.2 Árnyék 1 átlátszó műanyagvályú 2 összekötő vezeték 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

3 O 1.3 Fény és árnyék 1 optikai pad vagy 2 állványsín 1 sínösszekötő 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 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: A tárgy távolsága 20 cm 40 cm árnyék nagyobb/kisebb mint 30 cm-nél árnyék erősebb/gyengébb mint 30 cm-nél Következtetés: Minél messzebb van az árnyékadó tárgy a fényforrástól, annál kisebb az árnyék. Az árnyék erőssége ugyanakkor növekszik.

4 O 1.4 Árnyékmag, félárnyék 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 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.

5 O 1.5 Holdfázisok 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 állványrúd 10 cm 2 csúszka rögzítő csavarral 1 föld-hold modell 2 összekötő vezeték 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

6 O 1.6 Nap- és holdfogyatkozás 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 1 állványrúd 10 cm 2 csúszka, rögzítő csavarral 1 föld-hold modell 2 összekötő vezeték 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

7 O 1.7 Lyukkamera Egy tárgy képét legegyszerűbben egy lyukkamera segítségével állíthatjuk elő. 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 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 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.

8 O 1.8 Fénymérő 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 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.

9 O 2.1 Visszaverődés síktükörről 1 blende 1 és 2 réssel 1 tükör, tömbalátéten 1 optikai korong 2 összekötő vezeték 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.

10 O 2.2 Képalkotás síktükrön 1 blende 1 és 2 réssel 1 tükör, tömbalátéten 2 összekötő vezeték 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.

11 O 2.3 Visszaverődés homorú tükörről 1 blende 3 és 5 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték 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.

12 O 2.4 Képalkotás a homorú tükrön 1 blende 1 és 2 réssel 1 homorú- és domborútükör 2 összekötő vezeték 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.

13 O 2.5 Pont leképzése a homorú tükrön 1 blende 1 és 2 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték 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.

14 O Képek homorú tükrön 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 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 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 15 cm 20 cm 30 cm Képtávolság 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 g 1 + = b 1 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.

15 O 2.6 Visszaverődés domború tükörről 1 blende 3 és 5 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték 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.

16 O 2.7 Képalkotás domború tükrön 1 blende 3 és 5 réssel 1 homorú és domború tükör 2 összekötő vezeték 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.

17 O 2.8 Egy pont leképzése a domború tükrön 1 blende 1 és 2 réssel 1 homorú és domború tükör 2 bekötő vezeték 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.

18 O Képek domború tükrön 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 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 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 10 cm 20 cm Képméret (nagyobb/kisebb) Eredmény Minél közelebb helyezkedik el a tárgy, annál nagyobb a kép. Nagyobb tárgytávolságnál a kép kisebb, de a látótér megnövekedik (lásd közlekedési tükrök).

19 O 3.1 Fénytörés síkpárhuzamos lemezen 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő vezeték 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.

20 O 3.2 Az üveg törésmutatója 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő vezeték 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.

21 O 3.3 Fénytörés levegő-víz átmenetnél 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő vezeték 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 3. Kísérlet: eltolódott. Kiértékeljük a 2. kísérlet eredményét, úgy, hogy meghatározzuk a víz törésmutatóját. Az 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.

22 O 3.4 Beesési- és törésszög 1 blende 1 és 2 réssel 1 félkör alakú modelltest 1 optikai korong 2 összekötő vezeték 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 Törésszög β 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 ).

23 O Szilárd testek törésmutatója 1 blende 1 és 2 réssel 1 optikai korong 1 félkör alakú modelltest 2 összekötő-vezeték 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 Törésszög β A megadott képlettel most már kiszámíthatjuk a kísérlethez használt üveg n törésmutatóját. Eredmény A kísérlethez használt üveg törésmutatója:... sinα = n sin β

24 O Párhuzamos eltolódás számítása síkpárhuzamos lemeznél 1 blende 1 és 2 réssel 1 trapéz modelltest 2 összekötő-vezeték 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. cosα p = d * sin α * (1- ) 2 n - sin 2α 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.

25 O 3.5 Átmenet üvegből levegőbe 1 blende 1 és 2 réssel 1 félkör alakú modelltest 1 optikai korong 2 összekötő-vezeték 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 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

26 O 3.6 A visszaverő- és képfordító prizma 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest 90 -os prizma 2 összekötő vezeték 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.

27 O 3.7 Fénytörés prizmán 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest 90 -os prizma 1 modelltest, trapéz 1 műanyag vályú, átlátszó 2 összekötő vezeték 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: 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: 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.

28 O 4.1 Fénytörés gyűjtőlencsén 1 blende 3 és 5 réssel 2 modelltest, sík-domború 1 modelltest, félkör alakú 2 összekötő-vezeték 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 L 1 -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 L 1 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 L 2 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 L 2 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.

29 O 4.2 Peremsugarak 1 blende 3 és 5 réssel 2 modelltest, sík-domború 2 összekötő-vezeték 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.

30 O Gyűjtőlencsék gyújtópontjának meghatározása 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: = g b 1 f = g 2g f 1 1 = 2g f ahol: B = képnagyság, G = tárgynagyság, b = képtávolság, g = tárgytávolság Következtetés: A gyújtótávolság:...

31 O 4.3 Képalkotás gyűjtőlencsével 1 blende 1 és 2 réssel 1 blende 3 és 5 réssel 1 modelltest, sík-domború 2 összekötő-vezeték 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.

32 O 4.4 Egy pont leképzése gyűjtőlencsével 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest, sík-domború 2 összekötő-vezeték 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.

33 O Képek gyűjtőlencsével 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 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 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.

34 O Gyűjtőlencsék képalkotási törvényei 1 optikai pad vagy 2 állványsín és 1 sínösszekötő 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 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: 1 ahol g = tárgytávolság = b = képtávolság g b t f = a tükör gyújtótávolsága A képalkotás méretarányát az alábbi képlet adja: B ahol G = tárgy mérete =... mm b = B = kép mérete =... mm G g tárgytávolság g 15 cm 20 cm 25 cm képtávolság b képméret g b B 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. B G b g

35 O 4.5 Fénytörés szórólencsén 1 blende 3 és 5 réssel 1 modelltest, sík-homorú 2 összekötő-vezeték 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.

36 O Szórólencsék gyújtópontjának meghatározása 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: ahol B = képnagyság, G = tárgynagyság, b = képtávolság, g = tárgytávolság Eredmény: A gyújtótávolság: = g b 1 f = g 2g f 1 1 = 2g f

37 O 4.6 Szórólencsék képalkotása 1 blende 1 és 2 réssel 1 blende 3 és 5 réssel 1 modelltest, sík-homorú 2 összekötő-vezeték 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.

38 O 4.7 Egy pont leképzése szórólencsével 1 blende 1 és 2 réssel 1 modelltest, sík-homorú 2 összekötő-vezeték 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.