Az optikai paddal végzett megfigyelések és mérések célkitűzése: A tanulók ismerjék meg a domború lencsét és tanulmányozzák képalkotását, lássanak példát valódi képre, szerezzenek tapasztalatot arról, mely esetekben nagyított, mely esetekben kicsinyített a keletkező kép. Legyenek képesek a beállítható legélesebb kép megtalálására. A diákok végezzenek optikai méréseket, amelyek alapján a tárgytávolság, a képtávolság és a fókusztávolság közötti összefüggés igazolható. Eszközszükséglet: Optika 1. készletből (47525) 1 db 50 cm-es optikai pad, (sín kitámasztó lábakkal) bikonvex lencse (f= 50mm) tárgyasztal fehér ernyő mécses, gyufa vonalzó optikai lámpa tanulói áramforrás A mérés elméleti háttere A vékony gyűjtőlencse (domború lencse, bikonkáv lencse) az optikai tengellyel párhuzamos sugarakat a törés után egy pontban, a gyújtópontban (fókuszpont) egyesíti. A gyűjtőlencse fókusztávolsága pozitív. Vékony és kis nyílásszögű lencsékre érvényes a leképezési törvény: 1 t + 1 k = 1 f Megállapodás szerint a tárgytávolságot mindig pozitívnak véve, a képtávolság valódi kép esetén pozitív, ilyenkor a tárgy a lencse egyik oldalán, a kép pedig a másik oldalán van. Látszólagos kép esetén negatív a képtávolság, ekkor a kép és a tárgy a lencse azonos oldalán vannak. Az ismert mennyiségeket előjelesen írjuk a leképezési törvénybe, az ismeretlen mennyiség értékét a számítás előjelesen adja meg. 1. oldal
Eszközismertető A kísérleti elrendezést az optikai padon kell összeállítani, az egyes optikai elemeket csúszó szorítókba illesztve lehet függőleges helyzetbe állítani, és egymáshoz képest elmozdítani. Az optikai pad csúszó szorítói felülről három nyílást tartalmaznak, ha a középsőt használod, az rögzít, a két szélső jobban engedi a sínen való elcsúsztatást. A lencséket ne érintsd meg kézzel, a műanyag keretüket kell megfogni. Balesetvédelmi figyelmeztetés Az optikai lámpa 12 V-nál nagyobb feszültségen nem üzemeltethető. A lámpát csak akkor szabad csatlakoztatni, ha már felerősítettük a sín végére, mert a lámpát körülvevő hengeres fémház már rövid működés hatására is felforrósodik. Csak a műanyag keretet fogjuk meg, és a doboz habszivacs rekeszébe is csak akkor tegyük vissza, ha már kihűlt. Az optikai kísérletekhez gyakran besötétítünk, legyél óvatosabb a mozgás és az eszközök kezelése során! A kísérlethez kapcsolódó számítás és megfigyelések leírása 1. feladat Az optikai padon állíts össze a fényképen láthatóhoz hasonló elrendezést. Változtasd a lencse és az ernyő helyzetét, figyeld meg, hogyan változik a láng képe, majd tapasztalataid alapján válaszold meg az alábbi kérdéseket! Milyen az a kép, amely ernyőn felfogható?... Milyen állású képet láttál?... nagyságát tekintve:... 2. oldal
2. feladat Helyezd a mécsest a tárgyasztalra, az optikai pad centiméteres beosztásának elejére úgy, hogy a láng középvonala 3 cm-nél legyen. Helyezd az ernyőt a 30 centiméteres beosztáshoz. A lencsét a tárgy és az ernyő között helyezd el, szabadon csúsztatható módon. Keress nagyított, éles képet a lencse mozgatásával. Egészítsd ki az ábrát a leolvasott távolság értékekkel; ügyelj arra, hogy ne a tartószerkezetek, hanem a gyertyaláng, a lencse, ill. az ernyő középvonalához tartozó értékeket olvasd le. f= 3. oldal
3. feladat Keress kicsinyített, éles képet a lencse mozgatásával. Egészítsd ki az ábrát a leolvasott távolság értékekkel; ügyelj arra, hogy ne a tartószerkezetek, hanem a gyertyaláng, a lencse, ill. az ernyő középvonalához tartozó értékeket olvasd le. f= 4. feladat A lencsén feltüntetett fókusztávolság 5 cm. Eltér-e ettől a mért érték?...... 5. feladat Helyezd az optikai pad közepére a lencsét. Figyeld meg a képalkotást akkor, amikor a tárgy a fókuszban van:... a tárgy a fókuszpont és a lencse között van... 4. oldal
6. feladat A tárgy szerepét eddig a mécses töltötte be, most cseréld ki izzóra, az alábbi sorrendet betartva. 1. Az optikai padon a csúszó szorító első furatába helyezd el az optikai lámpát, ilyenkor az izzószál - azaz a tárgy- a harmadik furat középével esik egy vonalba. 2. A vezetékeket csatlakoztasd az izzó hátoldalán lévő aljzatokhoz! 3. A vezetékek másik végeit csatlakoztasd a tanulói tápegység DC kimenetéhez! 4. Állítsd be a 10V-os értéket! 5. Kapcsold be a tápegységet! Az ernyőt told ki az optikai pad végére, és olvasd le a beosztást:... A lámpában lévő izzó helye az optikai padon... A lencse tologatásával keresd meg, hol keletkezik az izzószál nagyított, éles képe:... Vonalzó segítségével mérd meg a kép nagyságát!... A kép nagyságának ismeretében, a nagyítási törvényt felhasználva, számítsd ki a tárgy, azaz az izzószál nagyságát! K= f=? T=? Az ismeretek ellenőrzése: 1. Milyen lencsét használtál a kísérletekhez? 2. Sorold fel az ernyőn felfogható kép jellemzőit! 3. Mit fejez ki a képtávolság előjele? 4. Fogalmazd meg a leképezési törvényt! 5. Mikor keletkezik kicsinyített, és mikor nagyított kép? Felhasznált szakirodalom: Dr. Szalai Béla: Fizika (Műszaki Könyvkiadó, 1982) Fizika 8. (Mozaik)Gyűjtőlencse képalkotása, SDT: http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizika-8-evfolyam/a-gyujtolencse/agyujtolencse-kepalkotasa 5. oldal