Optiske eksperimenter med lysboks

Transkript

1 Optiske eksperimenter med lysboks Optik er den del af fysikken, der handler om lys- eller synsfænomener Lysboksen er forsynet med en speciel pære, som sender lyset ud gennem lysboksens front. Ved hjælp af den indbyggede samlelinse kan lysstrålen kan justeres og lysstrålen kan endvidere deles op i 1, 3 eller 4 smalle spaltestråler ved hjælp af en af de tilhørende blænder. Lysboksen skal tilsluttes en strømforsyning, som leverer en spænding på 12 volt. Lysboksen placeres på bordet med fatningen opad. Blændere kan indsættes i den smalle blændeslidse forrest. Ved flere lysstråler justeres samlelinsen, så lysstrålerne blver parallelle. Bloklinser, prismer og spejle anbringes på et hvidt stykke papir i de positioner, som angives i forsøgsvejledningerne. På papiret kan du markere resultatet af de enkelte forsøg. Når du arbejder med lysboksen, skal du ALTID benytte linsernes greb til håndteringen, så snavs og ridser undgås. Øvelse 1. Spejling af en enkelt stråle Ved hjælp af blænder med en spalteåbning frembringes en enkelt lysstråle. Forsøg at dreje spejlet i forskellige vinkler og iagttag, hvordan den reflekterede stråle ligger i forhold til den stråle, der kommer fra lysboksen. Sammenlign indfaldsvinklen med tilbagekastningsvinklen. Det er de vinkler, der måles mellem lysstrålerne og en linie vinkleret på spejlet, der hvor lysstrålen rammer spejlet. 1

2 Spejlingsloven I rammen herunder kan du skrive, hvordan sammenhængen er mellem indfaldsvinkel og tilbagekastningsvinkel. Spejlet Lys, der rammer et spejl kastes tilbage. Vis på tegningen herover, hvordan en lysstråle fra A kastes tilbage, når den rammer spejlet ved P. Gør det samme med en lysstråle fra B og C. (Brug tre forskellige farver eller stiplede linier) Pigen her til venstre ser sig selv i spejlet. Følg selv de forskellige lysstråler fra f.eks. toppen af huen, fra hånden og fra støvlesnuden til hendes øjne. For pigen ser det ud som om lysstålerne kommer fra det indbildte billede bag ved spejlet. Hvor stort skal spejlet være, for at hun kan se sig selv i hel figur? Kan hun stadig se sig selv i hel figur, hvis hun træder et par skridt bagud? 2

3 Øvelse 2. Hulsspejl Find det cirkelbue-formede spejl og send et bundt parallelle stråler midt ind i det, sådan at strålerne er parallelle med spejlets symmetriakse. Mærk indfaldsstrålerne og de tilbagekastede strålers bane op på papiret og tegen det også på tegningen herover. Læg mærke til, hvor det tilbagekastede stråler mødes. Dette punkt kalses spejlets brændpunkt. Hvor langt ligger dette punkt fra spejlet? Denne afstand kaldes for spejlets brændvidde. Prøv at se, hvad der sker, hvis lader de parallelle lysstråler ramme spejlets bagside. Lysbrydning i gennemsigtige prismer Når lys passerer gennem gennemsigtige materialer ændrer det ofte retning. Man siger, at lyset brydes. Øvelse 3. Firesidet prisme Send en enkelt lysstråle mod et firesidet prisme. Drej prismet i forskellige retninger og undersøg, hvornår og hvordan lysstrålen brydes. I en af de stillinger, hvor der er en tydelig brydning, skal du markere og tegne lysstrålerne i forhold til prismet på papiret. Vis det også på tegningen herover. 3

4 Øvelse 4. Lysets brydning i vand Hvis lys går gennem en vandoverflade, brydes det på samme måde som i et firesidet prisme. Det er bl.a. årsagen til at en kammerat, der står i et svømmebassin, hvor vandet er nogenlunde roligt, ser kortbenet ud, eller at en blyant der stikkes skråt ned i en balje eller kop vand ser ud som om den knækker. Betragt tegningerne herunder. De fuldt optrukne linier til pigens øjne viser de virkelige lysstråler, mens de stiplede linier viser de indbildte lysstråler og de indbildte billeder, hun ser. Læg mærke til, at mønten - og dermed også bunden af karet - vil ses højere oppe i vandet, og at strikkepinden eller blyanten vil knække opad ved vandoverfladen. Prøv at lave forsøget med et vandfad og blyanter eller stativstænger. NB! Hold vandfadet langt fra lysboksen og strømforsyningen. Øvelse 5. Tresidet prisme Send en en enkelt lysstråle mod et tresidet prisme, som vist herover og marker, hvordan lysstrålen brydes. Tegn det på tegningen herover. Prøv om du også kan se, at der også sker en lille farvespredning. Noter farverne. Farvespredningen kan eventuelt gøres større ved at bruge to prismer efter hinanden. Lån et prisme fra en anden gruppe. 4

5 Linser Samlelinser og spredelinser Linser er i sin grundform et gennemsigtigt legeme der er formet, så det nærmest er en cirkelformet skive, der er tykkere eller tyndere på midten. Ser man et tværsnit midt gennem linsen fra siden får man de seks grundformer herunder. Linsens seks grundformer. 1. Bikonveks 2. Plankonveks 3. Konkavkonveks 4. Bikonkav 5. Plankonkav 6. Konveskonkav Linser laves normalt af glas eller plastic. De bedste linser er lavet af glas, der er slebet i den rette fom. Du kan opfatte linsen som sammensat af en masse prismedele. Midt på linsen er de to modstående prismeflader parallelle og minder mest om det firesidede prisme, men desto længere du bevæger dig væk fra midten bliver vinklem mellem de to flader større og minder om en del af et tresidet prisme og større og større topvinkel. Øvelse 6. Samlelinse Linsen, der er tykkest på midten, kaldes også en samlelinse. Undersøg me lysboksen, hvordan samlelinsen bryder de parallelle lysstråler, og tegn derefter, hvordan lysstrålerne herunder fortsætter på den højre side af linsen. Øvelse 7. Spredelinse Linsen, der er tykkest på midten, kaldes også en spredelinse. Undersøg med lysboksen, hvordan spredeelinsen bryder de parallelle lysstråler, og tegn derefter, hvordan lysstrålerne herunder fortsætter på den højre side af linsen. 5

6 Anvendelse af linser Linser anvendes til briller, kikkerter, fotografiapparater, mikroskoper, projektorer og mange andre optiske instrumenter. De bedste linser laves af specialglas, der omhyggeligt er slebet i den rigtige form. Linser kan også laves af formpresset glas eller plast. Mange af de optiske instrumenter indeholder ikke kun én, men flere forskellige linser - mange gange af forskelligt glas - for at opnå den ønskede virkning. Billededannelse Som du har set, samler en samlelinse et bundt parallelle lysstråler i et punkt bagved linsen. Dette punkt kaldes for linsens brændpunkt og afstanden fra linsens midtpunkt til brændpunktet kaldes for linsens brændvidde. En samlelinse har i to brændpunkter, det ene foran og det andet bagved linsen. De to brændpunkter er på tegningerne herunder benævnt henholdsvis F1 og F2. Lysstråler der kommer paralletlt med den optiske akse vil, som nævnt, samles i det bagerste brændpunkt, som vist herunder. Lysstråler der udgår fra det forreste brændpunkt vil derimod brydes så de forlader linsen parallelt med den optiske akse, som vist herunder. Det udnyttes f.eks. i og projektører. Lysstråler der udgår fra et vilkårligt punkt foran linsen vil - uanset hvor de rammer linsen - alle samles i det samme punkt bagved linsen. Derfor vil genstande anbragt foran linsen bevirke at linsen danner et billede af genstanden bagved linsen, som vist på eksemplerne herunder. 6