Szóbeli V. Hullámok, kommunikáció, fény

V. Hullámok, kommunikáció, fény

14. Geometriai fénytan – optikai eszközök

Témakör
Geometriai optika
Elmélet:
Fény terjedési tulajdonságai, diszperzió, a természet színei, visszaverődés, tükörkép, törés, határszög, teljes visszaverődés, lencsék jellemzői, képalkotása, szem, mint képalkotó eszköz, szemhibák és korrigálásuk.

Feladat:
Üveglencse fókusztávolságának megmérése – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Ismeretlen fókusztávolságú üveglencse; sötét, lehetőleg matt felületű fémlemez (ernyőnek); gyertya; mérőszalag; optikai pad vagy az eszközök rögzítésére alkalmas rúd és rögzítők.

A kísérlet leírása:
Helyezze a gyertyát az optikai pad tartójára, és gyújtsa meg! Helyezze el az optikai padon a papírernyőt, az ernyő és a gyertya közé pedig a lencsét! Mozgassa addig a lencsét és az ernyőt, amíg a lángnak éles képe jelenik meg az ernyőn! Mérje le ekkor a kép- és tárgytávolságot, és a leképezési törvény segítségével határozza meg a lencse fókusztávolságát!
A mérés eredményét felhasználva határozza meg a kiadott üveglencse dioptriaértékét!

b)
• A nevezetes sugármenetek felhasználásával szerkessze meg a homorú tükörnél vagy a gyűjtőlencsénél előforduló képtípusokat! Jellemezze ezeket!
• Kísérlet: Szemléltesse optikai padon a szerkesztéssel kapott képek előállítását!
• Mérései alapján számítsa ki a kiválasztott leképező eszköz fókusztávolságát!
• Ismertesse a kiválasztott leképező eszközre vonatkozó mennyiségi törvényeket!
• Mondjon 3 hasonló és 3 eltérő vonást a homorú tükör és a gyűjtőlencse leképezésére vonatkozóan!
• Ismertesse valamelyik csillagászati távcső felépítését! Mi a távcső alkalmazásának célja?
• Ki, hol és mikor fedezte fel ezt a távcsövet?
• Milyen jelentős, csillagászati vonatkozású felfedezése volt ennek a tudósnak?
Eszközök: optikai pad tartókkal; gyűjtőlencse; homorú tükör; ernyő; gyertya; gyufa; mérőszalag.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
Legalább egy valódi és egy látszólagos kép megszerkesztése.	2 x 3
A képek jellemzése.	2 x 3
Legalább egy valódi és egy látszólagos kép előállítása.	2 x 3
A tárgy- és képtávolság lemérése és a fókusztávolság kiszámítása.	3 + 4
Távolságtörvény, nagyítás, fókusztávolság és sugár vagy fókusztávolság és dioptria kapcsolatának ismertetése. Kis nyílásszögű tükör vagy vékony lencse említése.	3 x 2 + 2
Hasonlóságok pl.: a képalkotás típusai, távolságtörvény, nagyítás. Különbségek pl.: az egyik töréssel, a másik visszaverődéssel, azonos típusú képek az ellentétes oldalon, sugár és fókusztávolság kapcsolata.	2 x 3
A távcső felépítése.	4
Az alkalmazás célja: szögnagyítás és több fény összegyűjtése.	3
Kepler német csillagász a XVII. sz. első felében vagy Newton angol fizikus a XVII. sz. második felében.	3 x 2
Kepler-törvények vagy Newton gravitációs törvénye.	3
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

15. A polarizáció jelenségének bemutatása polárszűrővel

Témakör
A fény hullámtermészete, elektromágneses spektrum
Elmélet:
Fény (transzverzális) hullámtermészete, polarizáció, interferencia, lézerfény tulajdonságai, elektromágneses spektrum, különböző elektromágneses hullámok alkalmazása, szerepük az információközlésben, biológiai hatás.

Feladat:
A fénypolarizáció jelenségének tanulmányozása polárszűrőkkel – elvégzendő kísérlet
Az írásvetítőre helyezett polárszűrőkkel tanulmányozza a fénypolarizáció jelenségét!
Állapítsa meg az ismeretlen polárszűrőre jellemző polarizációs irányt!

Szükséges eszközök:
Két bekeretezett polárszűrő, melyek közül az egyik keretén meg van jelölve a polarizációs irány, a másiknál nincsen; írásvetítő; alkoholos filctoll vagy ceruza.

A kísérlet leírása:
Helyezze a bekapcsolt írásvetítő üvegére az ismert polarizációs irányú polárszűrőt! Helyezze rá a másik polárszűrőt! A felső szűrőt lassan körbeforgatva figyelje meg, hogyan változik a két szűrőn átjutó fény intenzitása! Ennek segítségével állapítsa meg a felső polárszűrőre jellemző, ismeretlen polarizációs irányt! A szűrő keretén tüntesse fel ezt az irányt!

b)
• Ki volt, hol és mikor élt az a tudós, aki először bizonyította a fény hullámtermészetét?
• Mióta tudjuk, hogy a fény elektromágneses hullám?
• Mondjon két-két tulajdonságot, amiben a fény megegyezik, illetve amiben nem egyezik meg más elektromágneses hullámokkal!
• Mennyi a látható fény hullámhossza és frekvenciája?
• Sorolja fel a fény hullámtermészetét igazoló jelenségeket!
• Mondjon legalább egy-egy példát a fény interferenciájának és elhajlásának megfigyelésére!
• Milyen eszközök és miért bontják a fényt színeire?
• Miért használható a spektroszkópia anyagvizsgálatra?
• Kísérlet: Nézzen polárszűrőn át külső fénytől vagy lámpafénytől csillogó felület irányába! Forgassa a polárszűrőt, fogalmazza meg, és értelmezze tapasztalatait!
• Hogyan alkalmazzák az előbbi tapasztalatot a fényképezésnél?
Eszközök: polárszűrő.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
Huygens holland fizikus a XVII. sz. első felében.	3 x 2
A XIX. sz. második felétől tudjuk.	2
Pl.: Megegyezik: változó elektromos és mágneses mező terjed a térben; a vákuumbeli terjedési sebesség 3 x 108 ; transzverzális hullám. Nem egyezik: hullámhossz; frekvencia; anyaggal való kölcsönhatás.	4 x 2
λ = 400 800 nm; f = 3,8 x 1014 7,5 x 1014 Hz.	3 + 4
Visszaverődés, törés, elhajlás, interferencia, polarizáció.	4
Példa az interferencia és az elhajlás észlelésére.	2 x 3
A prizma és az optikai rács bontja a fényt színeire.	2 x 3
Indoklás.	2 x 2
A gázok vonalas színképe jellemző az anyagi minőségre.	3
A csillogás 90°-onként eltűnik, ill. megjelenik. A szabályosan visszaverődő fény nagyrészt poláros, ezt a keresztállású polárszűrő kiszűri.	2 x 3
Polárszűrős fényképezés lényege.	3
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

16. A fény, mint elektromágneses hullám

Témakör

Elmélet:

Feladat:
A diszperzió jelenségének bemutatása – elvégzendő kísérlet
A vizeskádba helyezett tükör segítségével mutassa be a fénytörés jelenségét és a törésmutató hullámhosszfüggésének hatását!

Szükséges eszközök:
Nagy fényerejű lámpa; kondenzorlencse (pl. diavetítő); gyűjtőlencse; üvegkád; síktükör; szögmérő; kis ék a tükör megtámasztására; egy kancsó víz.

A kísérlet leírása:
Az ábrán bemutatott elrendezés szerint helyezzünk egy alkalmas méretű üvegkádba síktükröt! A tükör síkja a vízszintessel kb. 60°-os szöget zárjon be! Az izzólámpa fényét gyűjtsük kondenzorral egy keskeny résre, és a rés képét az ábrán bemutatott módon vetítsük ki a mennyezetre vagy egy alkalmasan elhelyezett ernyőre! Ha ezután az edénybe vizet töltünk, a rés keskeny fehér képe helyett folytonos színkép figyelhető meg.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60