3B Scientific Optical Bench U User Manual [en, de, es, fr, it]

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PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

Grundlagenversuche zur Optik auf der Optischen Bank U17150

Bedienungsanleitung

1/05 MH

Versuchsübersicht:

Versuch 1: Demonstration verschiedener Strahlen-

bündel

Versuch 2: Reflexion eines Lichtstrahls an einem

Planspiegel

Versuch 3: Reflexion eines Strahlenbündels an einem

Planspiegel

Versuch 4: Reflexion eines Strahlenbündels an einem

Hohl- bzw. Wölbspiegel Versuch 5: Snellius’sches Brechungsgesetz Versuch 6: Brechung an einer planparallelen Platte Versuch 7: Brechung an einem Prisma Versuch 8: Umkehrprisma Versuch 9: Konkav und konvex Linsen Versuch 10: Linsenformel und Vergrößerung Versuch 11: Linsenformeln und Vergrößerung, virtu-

elle Abbildung Versuch 12: Linsenformel und Vergrößerung, virtuel-

les Objekt Versuch 13: Linsenfehler, sphärische Abberation 1 Versuch 14: Linsenfehler, sphärische Abberation 2 Versuch 15: Linsenfehler, chromatische Abberation Versuch 16: Modell einer Camera obscura Versuch 17: Modell eines Dia-Projektors Versuch 18: Modell eines Mikroskops Versuch 19: Modell eines astronomischen Fernrohrs Versuch 20: Modell einer Fotokamera Versuch 21: Modell eines holländischen Fernrohrs Versuch 22: Polarisation, Modell eines Polarimeters Versuch 23: Geradsichtprisma, Absorptionsspektrum Versuch 24: Linienspektrum

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Fünffachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Projektionsschirm U17125

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

1.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 10 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Fünffachspalt horizontal auf Po-

sition 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Projektionsschirm auf kleinem Reiter.

1.3 Durchführung

• Ohne Verwendung der Sammellinse ist das Strah-

lenbündel divergierend.

• Bei Einsatz der Sammellinse auf Position 25 cm

erhält man ein paralleles Strahlenbündel.

• Durch Verschieben der Sammellinse weg von der

Lichtquelle wird ein konvergierendes Strahlenbündel erzeugt.

1. Sicherheitshinweise

• Vorsicht! Leuchten erhitzen sich bei längerer Be-

triebsdauer.

• Optische Elemente nicht mit aggressiven Flüssig-

keiten oder Lösungsmitteln reinigen. Beschädigungsgefahr!

2. Versuchsbeispiele

Versuch 1: Demonstration verschiedener Strahlenbündel

1.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

Versuch 2: Reflexion eines Lichtstrahls an einem Planspiegel

2.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Einfachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Planspiegel aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

2.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 10 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Einfachspalt horizontal auf Posi-

tion 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit Planspiegel auf kleinem Rei-

ter auf 40 cm.

2.3 Durchführung

• Planspiegel auf der Optischen Scheibe auf der 90°-

90°-Linie befestigen.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der einfallen-

de Lichtstrahl auf der 0°-Linie reflektiert wird.

• Durch Drehen der Scheibe Bestätigung des Reflexi-

onsgesetzes Einfallswinkel gleich Ausfallwinkel.

Versuch 3: Reflexion eines Strahlenbündels an einem Planspiegel

3.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Fünffachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Planspiegel aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

• Durch Verschieben der Linse weg von der Lichtquel-

le kann gezeigt werden, dass ein konvergierendes Strahlenbündel konvergierend reflektiert wird.

• Ohne Verwendung der Sammellinse lässt sich de-

monstrieren, dass ein divergierendes Strahlenbündel nach der Reflexion auch divergierend ist.

Versuch 4: Reflexion eines Strahlenbündels an einem Hohl- bzw. Wölbspiegel

4.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Fünffachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Spiegel aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

4.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 10 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Fünffachspalt horizontal auf Po-

sition 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit Konvexspiegel auf kleinem

Reiter auf 40 cm.

3.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 10 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Fünffachspalt horizontal auf Po-

sition 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit Planspiegel auf kleinem Rei-

ter auf 40 cm.

3.3 Durchführung

• Planspiegel auf der Optischen Scheibe auf der 90°-

90°-Linie befestigen.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der mittlere

Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft und alle Strahlen in sich reflektiert werden.

• Durch Drehen der Scheibe wird gezeigt, dass ein

parallel einfallendes Strahlenbündel nach der Reflexion auch parallel ist.

4.3 Durchführung

• Hohlspiegel auf der Optischen Scheibe auf der 90°-

90°-Linie befestigen.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der mittlere

Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft und in sich reflektiert wird.

• Mittels der Linse ein paralleles Strahlenbündel er-

zeugen.

• Die einfallenden Strahlen werden so reflektiert,

dass sie sich in einem Punkt F treffen. Dieser Punkt ist der Brennpunkt des Spiegels.

• Versuch mit konvergierenden und divergierenden

Strahlen wiederholen.

• Ergebnis: Ein Hohlspiegel wirkt konvergierend.

• Optische Scheibe um 180° drehen, so dass die ein-

fallenden Strahlen vom Wölbspiegel reflektiert werden. Schritte wie oben durchführen.

• Ein Wölbspiegel wirkt divergierend.

Versuch 5: Snellius’sches Brechungsgesetz

5.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Einfachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Halbkreiskörper aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

• Beim Übergang eines Lichtstrahls von einem Medi-

um mit dem Brechungsindex n1 in ein anderes Medium mit dem Brechungsindex n2 wird seine Richtungsänderung durch das Snellius’sche Brechungsgesetz bestimmt: sin α / sin ß = konstant oder sin α / sin ß = n α ist der Einfallswinkel in Medium n

und ß ist der

2 / n1

Brechungswinkel im Medium n2.

• Je größer der Einfallswinkel desto größer der Bre-

chungswinkel. Wenn n1 < n2 ist, existiert ein kritischer Winkel α. Der gebrochene Strahl liegt dann an der Grenzfläche zwischen zwei Medien. Ist der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel, dann gibt es keine Brechung mehr und das ganze Licht wird reflektiert. In diesem Fall spricht man von Totalreflexion.

5.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 10 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Einfachspalt horizontal auf Posi-

tion 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit Halbkreiskörper auf kleinem

Reiter auf 40 cm.

5.3 Durchführung

• Halbkreiskörper so auf der Optischen Scheibe auf

der 90°-90°-Linie befestigen, dass die plane Seite zur Lichtquelle weist.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der einfallen-

de Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft und genau die Mitte des Halbkreiskörpers trifft. Der Lichtstrahl verläuft dann ungebrochen auf der 0°-Linie.

• Durch Drehen der Scheibe wird der Lichtstrahl zum

Einfallslot hin gebrochen.

• Die Scheibe nun um 180° drehen, so dass die ge-

wölbte Scheibe zur Lichtquelle zeigt. Der Lichtstrahl wird nun vom Ausfallslot weg gebrochen.

Versuch 6: Brechung an einer planparallelen Platte

6.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Einfachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Trapezkörper aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

6.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 5 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Einfachspalt horizontal auf Posi-

tion 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit Trapezkörper auf kleinem

Reiter auf 40 cm.

6.3 Durchführung

• Trapezkörper auf der Optischen Scheibe auf der

90°-90°-Linie befestigen, so dass die lange Seite zur Lichtquelle weist. Der mittlere Teil des Trapezkörpers wirkt wie eine planparalelle Platte.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der einfallen-

de Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft und nicht durch den Trapezkörper gebrochen wird.

• Scheibe drehen, so dass der Strahl gebrochen wird.

• Die Richtung des Strahls wird dabei nicht verän-

dert.

• Der austretende Strahl ist um den Betrag d verscho-

ben. Bei einer Plattendicke h ergibt sich für d:

α−β

sin

()

Versuch 7: Brechung an einem Prisma

7.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Einfachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Trapezkörper aus U17128

• Rechtwinkliges Prisma aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

7.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 5 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Einfachspalt horizontal auf Posi-

tion 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit Trapezkörper auf kleinem

Reiter auf 40 cm.

7.3 Durchführung

• Trapezkörper auf der Optischen Scheibe auf der

90°-90°-Linie befestigen, so dass der spitze Winkel nach oben weist.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der einfallen-

de Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft.

• Nach Drehen der Scheibe fällt der Lichtstrahl auf

den oberen Teil des Trapezkörpers, der dann als Prisma fungiert.

• In einem Acrylprisma wird ein einfallender Licht-

strahl im Punkt A hin zum Einfallslot gebrochen. Am Austrittspunkt B findet die Brechung weg vom Einfallslot statt. Die Summe aller Brechungswinkel ist der Ablenkungswinkel δ. Es ist der Winkel zwischen dem einfallenden und austretenden Lichtstrahl.

• Es kann gezeigt werden, dass der Einfallswinkel α bei minimalstem Ablenkungswinkel δ

cos

gleich dem

min

Austrittswinkel ß ist. Der gebrochene Strahl verläuft dann im Prisma parallel zu der Seite, die nicht durchgangen wird.

Versuch 8: Umkehrprisma

8.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Einfach- und Fünffachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Rechtwinkliges Prisma aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

8.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 5 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Einfach- bzw. Fünffachspalt hori-

zontal auf Position 20 cm.

• Sammellinse auf Position 25 cm.

• Optische Scheibe mit rechtwinkligem Prisma auf

kleinem Reiter auf 40 cm.

8.3 Durchführung

• Rechtwinkliges Prisma auf der Optischen Scheibe

auf der 90°-90°-Linie befestigen, so dass der rechte Winkel auf der 0°-Linie liegt und zur Lichtquelle weist.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der einfallen-

de Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft.

• Durch Drehen der Scheibe können alle vorher be-

schriebenen Phänomene beobachtet werden.

• Bei einem bestimmten Winkel (Grenzwinkel) wird

der Strahl total reflektiert.

• Durch Einsatz des Fünffachspalts kann gezeigt wer-

den, dass die Strahlen umgekehrt zurückgeworfen werden.

Versuch 9: Konkav und konvex Linsen

9.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Fünffachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Optische Scheibe U17128

• Linsen aus U17128

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

9.2 Aufbau

• Experimentierleuchte horizontal auf Position 10 cm

platzieren.

• Objekthalter mit Fünffachspalt horizontal auf Po-

sition 22 cm.

• Sammellinse auf Position 27 cm.

• Optische Scheibe mit Linse auf kleinem Reiter.

10.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal ganz links platzieren.

• Kondensorlinse f = +50 mm direkt vor die Leuchte

stellen.

• Halter mit Dia auf Position 0. Dia so in den Halter

einsetzen, dass das „F” auf dem Kopf steht.

• Abbildungslinse f = +100 mm auf Position 12 cm.

• Projektionsschirm auf 100 cm.

10.3 Durchführung

• Auf dem Projektionsschirm entsteht eine scharfe

Abbildung des Dias.

• Der Abstand zwischen Abbildungslinse und dem

Objekt (Dia) wird als Gegenstandsweite v bezeichnet.

• Der Abstand zwischen Abbildungslinse und Projek-

tionsschirm ist die Bildweite b.

• In diesem Versuch sind v = 12 cm und b = 88 cm

bei einer Brennweite f = +100 mm. Weitere Werte, bei denen eine scharfe Abbildung entsteht, sind:

9.3 Durchführung

• Konvex Linse zentrisch auf der optischen Scheibe

platzieren.

• Höhe der Scheibe so einstellen, dass der mittlere

einfallende Lichtstrahl auf der 0°-Linie verläuft.

• Eine konvexe Linse ist eine Sammellinse. Die Licht-

strahlen treffen sich nach Durchgang durch die Linse im Brennpunkt F.

• Versuch mit der konkaven Linse wiederholen.

• Die Lichtstrahlen sind divergent nach Durchgang

durch die Linse. Sie bildet kein Objekt ab. Nach hinten verlängert, treffen sich die Strahlen im virtuellen Brennpunkt F’.

Versuch 10: Linsenformel und Vergrößerung

10.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Dia mit Buchstaben „F” aus U17040

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Sammellinse f = +150 mm U17103

• Sammellinse f = +200 mm U17104

• Sammellinse f = +300 mm U17105

• Projektionsschirm U17125

• 4 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

Gegenstandsweite Bildweite

120 mm 880 mm 130 mm 520 mm 200 mm 200 mm 880 mm 120 mm

• Diese Abstände werden durch die Linsenformel

bestimmt:

11 1

bv f

• Die Vergrößerung kann durch den Quotienten b/v

bestimmt werden.

• Versuch mit weiteren Linsen f = +150 mm,

+200 mm, +300 mm durchführen. Dabei ist zu beachten, dass der Schirm weiter weg stehen muss.

Versuch 11: Linsenformeln und Vergrößerung, virtuelle Abbildung

11.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Dia mit Buchstaben „F” aus U17040

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Sammellinse f = +150 mm U17103

• Zerstreuungslinse f = –200 mm U17107

• Projektionsschirm U17125

• 4 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

11.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal ganz links platzieren.

• Kondensorlinse f = +50 mm direkt vor die Leuchte

stellen.

• Halter mit Dia auf Position 0. Dia so in den Halter einsetzen, dass das „F” auf dem Kopf steht.

• Sammellinsen f = +100 mm und f = +150 mm auf Position 5 bzw. 25 cm.

• Projektionsschirm auf 55 cm.

11.3 Durchführung

• Auf dem Projektionsschirm entsteht eine doppelt so große, umgekehrte Abbildung des Dias bei einer Bildweite von 30 cm.

• Nach der Linsenformel beträgt die Gegenstandsweite dann auch 30 cm. 1/b + 1/v = 1/f ; 1/300 + 1/v = 1/150 v = 300 mm

• Daraus folgt, dass die virtuelle, nicht umgekehrte Abbildung der Linse f = 100 mm bei –5 liegt (d.h. 5 cm links der 0). Dieses Bild hat die gleiche Größe wie das auf dem Schirm (b = v = 30 cm; b/v = 1). Die Bildweite ist dann –10 cm (Bild auf –5 , Linse auf+5). Der Objektabstand beträgt 5 cm. Die Linsenformel bestätigt diese Werte: 1/b + 1/v = 1/f ; –1/100 + 1/50 = 1/100 f = 100 mm Für die Vergrößerung gilt: b/v = 100/–50 = –2

• Wird nun die Zerstreuungslinse f = –200 mm auf 20, die Sammellinse f = +100 mm und der Schirm auf 50 platziert, entsteht wieder ein umgekehrtes, halb so großes Bild wie das Dia. Nach der Linsenformel ist der Objektabstand der Sammellinse 20 cm 1/v = 1/f – 1/b = 1/10 – 1/20 = 1/20 und die Vergrößerung: b/v = 1.

• Für die Zerstreuungslinse ist die Bildweite –10 cm, gemäß der Linsenformel ist f = –20 cm und die Vergrößerung b/v = –10/20 = –1/2.

12.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal ganz links platzieren.

• Kondensorlinse f = +50 mm direkt vor die Leuchte

stellen.

• Halter mit Dia auf Position 0. Dia so in den Halter

einsetzen, dass das „F” auf dem Kopf steht.

• Abbildungslinse f = +100 mm auf Position 15 cm.

• Projektionsschirm auf 45 cm.

12.3 Durchführung

• Auf dem Projektionsschirm entsteht eine doppelt

so große, umgekehrte Abbildung des Dias. Dieses Bild wird als virtuelles Bild benutzt, wenn eine andere Linse zwischen Schirm und Linse platziert wird.

• Linse f = +150 mm auf Position 30 und Schirm auf

37,5 platzieren.

• Es entsteht ein umgekehrtes, halb so großes Bild

wie das Dia. Der Vergrößerungsfaktor beträgt jetzt 0,5. Die Gegenstandsweite ist –15 cm, die Bildweite 7,5 cm. Auch hier ist die Linsenformel anwendbar: 1/b + 1/v = 1/f ; 1/75 –1/150 = 1/150 f = 150 mm

• Wird nun die Sammellinse f = +150 mm durch die

Zerstreuungslinse f = –200 mm auf Position 35 ausgetauscht, dann entsteht mit dem Schirm auf Position 55 eine vier mal so große, umgekehrte Abbildung bei einer Gegenstandsweite von –10 cm und einer Bildweite von 20 cm. Die Linsenformel bestätigt diese Werte: –1/100 + 1/200 = –1/200 f = –200 mm

Versuch 12: Linsenformel und Vergrößerung, virtuelles Objekt

12.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Dia mit Buchstaben „F” aus U17040

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Sammellinse f = +150 mm U17103

• Zerstreuungslinse f = –200 mm U17107

• Projektionsschirm U17125

• 4 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

Versuch 13: Linsenfehler, sphärische Abberation 1

13.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Fünffachspalt aus U17040

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +150 mm U17108

• Irisblende U17010

• Projektionsschirm U17125

• 5 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

13.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 plat-

zieren.

• Linse f = +150 mm auf Position 21 cm stellen.

• Halter mit horizontalem Fünffachspalt auf 26 cm.

• Projektionsschirm auf 50 cm.

13.3 Durchführung

• Bei dünnen Linsen werden parallele Lichtstrahlen

am Randbereich und im Mittelteil der Linse unterschiedlich gebrochen, so dass zwei Brennpunkte entstehen. Dieses Phänomen wird sphärische Abberation genannt.

• Mittels des Fünfachspalts und der Linse werden 5

parallele Lichtstrahlen erzeugt.

• Schirm so entlang der Bank ausrichten, dass die

Strahlen längs des Schirms verlaufen. Gegebenenfalls auch die Leuchte drehen.

• Linse f = +50 mm direkt vor den Schirm platzieren

(auf ca. 36 cm). Der Brennpunkt, die konvergierenden sowie die divergierenden Strahlen sind jetzt deutlich sichtbar. Brennpunkt auf dem Schirm markieren.

• Mittels der Irisblende (auf Position ca. 31 cm) kön-

nen nun die Randstrahlen ausgeblendet werden. Es ist eine Verschiebung des Brennpunkts beobachtbar. Zudem ist der Brennpunkt deutlich schärfer abgebildet.

Versuch 15: Linsenfehler, chromatische Abberation

15.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Lochblende aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17103

• Projektionsschirm U17125

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

15.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 plat-

zieren.

• Linse f = +150 mm auf Position 23 cm stellen.

• Projektionsschirm auf 95 cm.

Versuch 14: Linsenfehler, sphärische Abberation 2

14.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Lochblende aus U17040

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Projektionsschirm U17125

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

14.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 plat-

zieren.

• Linse f = +50 mm auf Position 11 cm stellen.

• Halter mit Lochblende auf 6 cm.

• Projektionsschirm auf 50 cm.

14.3 Durchführung

• Mittels der Linse den Glühdraht der Lampe so scharf

wie möglich auf dem Schirm abbilden.

• Lochblende auf der optischen Bank platzieren.

Durch Ausgrenzung der äußeren Lichtstrahlen entsteht ein noch schärferes Bild.

• Die Veränderung der Schärfe der Abbildung wird

durch die Verschiebung des Brennpunkts verursacht.

15.3 Durchführung

• Mittels der Linse den Glühdraht der Lampe so scharf

wie möglich auf dem Schirm abbilden.

• Durch Verschieben des Schirms nach rechts verfärbt

sich der Rand der Abbildung bläulich. Wird der Schirm nach links verschoben, dann geht die Farbe des Rands in den roten Bereich.

• Diese Farbveränderung wird dadurch verursacht,

dass die Lichtstrahlen im Zentrum der Linse und die am Rand unterschiedlich gebrochen werden. Dieses Phänomen wird Farbverschiebung oder chromatische Abberation genannt.

• Wird nun die Lochblende hinter die Linse gestellt

(auf Position 28 cm) entsteht ein sehr scharfes Bild des Glühdrahts der Lampe ohne Farbverschiebung.

• In der Praxis wird die chromatische Abberation von

Linsen durch eine Kombination von Sammel- und Zerstreuungslinsen weitgehend beseitigt.

• Linsen ohne sphärische Abberation sind asphäri-

sche Linsen, solche ohne chromatische Abberation heißen achromatische Linsen.

Versuch 16: Modell einer Camera obscura

16.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Dia mit Buchstaben „F” aus U17040

• Sammellinse f = +150 mm U17103

• Projektionsschirm U17125

• 3 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

16.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 platzieren.

• Halter mit Dia auf Position 14 cm.

• Linse f = +150 mm auf Position 32 cm stellen.

• Projektionsschirm auf 84 cm.

16.3 Durchführung

• Der Buchstabe „F” wird scharf und umgekehrt auf dem Schirm abgebildet.

• Linsenfehler können durch das Platzieren der Iris-

blende auf Position 38 cm beseitigt werden.

Versuch 18: Modell eines Mikroskops

18.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Sammellinse f = +150 mm U17103

• Irisblende U17010

• Projektionsschirm U17125

• 5 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

Versuch 17: Modell eines Dia-Projektors

17.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Dia

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Irisblende U17010

• Projektionsschirm U17125

• 5 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

17.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 platzieren.

• Kondensorlinse f = +50 mm auf Position 10 cm stellen.

• Objekthalter auf Position 15 cm. Das Dia muss auf dem Kopf stehend im Halter sein.

• Linse f = +100 mm auf 27 cm.

• Projektionsschirm auf 100 cm.

18.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 plat-

zieren.

• Objekthalter auf Position 25 cm. Als Objekt dient

eine Münze, die mit Klebeband in der Mitte des Halters befestigt ist.

• Linse f = +50 mm auf Position 30 cm stellen.

• Linse f = +100 mm auf 54 cm.

• Projektionsschirm auf 100 cm.

18.3 Durchführung

• Die Linse f = +50 mm dient als Objektiv.

• Die Linse f = +100 mm bildet das Objekt scharf

auf dem Schirm ab.

• Beleuchtung ausschalten und Schirm entfernen.

• Die Linse f = +150 mm auf Position 74 cm platzieren.

Sie bildet zusammen mit der Linse f = +100 mm das Okular.

• Das virtuelle Bild der Münze wird wahrgenommen,

als wenn man durch die Linse f = +150 mm blicken würde.

• Die Irisblende auf 35 cm platziert ergibt ein besse-

res Bild.

• Auch transparente Objekte (Präparate) sind einsetz-

bar. Der Vergrößerungsfaktor in diesem Modell ist nicht sehr groß. In der Praxis sind die Brennpunktabstände viel kleiner.

17.3 Durchführung

• Die Linse f = +100 mm dient als Objektiv. Das Dia wird scharf auf dem Schirm abgebildet. Die Schärfe des Bilds kann durch Verschieben der Lichtquelle korrigiert werden.

Versuch 19: Modell eines astronomischen Fernrohrs

19.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Sammellinse f = +300 mm U17105

• 2 Reiter 75 mm U17160

19.2 Aufbau

• Linse f = +100 mm auf Position 0 platzieren.

• Linse f = +300 mm verschiebbar

19.3 Durchführung

• Durch die Linse f = +100 mm ein entferntes Ob-

jekt (wenigstens 10 m) anvisieren.

• Die Linse f = +300 mm auf der Bank verschieben

bis das Objekt scharf zu sehen ist. Das Bild ist umgekehrt und lichtstark.

Versuch 20: Modell einer Fotokamera

20.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Irisblende U17010

• Projektionsschirm U17125

• 2 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

20.2 Aufbau

• Linse f = +100 mm auf Position 30 cm platzieren.

• Projektionsschirm verschiebbar

20.3 Durchführung

• Die optische Bank auf ein Objekt ausrichten und

durch Verschieben des Schirms in Richtung Linse eine scharfe Abbildung herstellen. Das Bild steht auf dem Kopf.

• Durch Platzieren der Irisblende hinter die Linse wird

das Bild schärfer aber auch lichtschwächer. Die Tiefenschärfe ist hier nicht kritisch.

Versuch 21: Modell eines holländischen Fernrohrs

21.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Zerstreuungslinse f = –100 mm U17106

• Sammellinse f = +300 mm U17105

• 2 Reiter 75 mm U17160

21.2 Aufbau

• Linse f = +300 mm auf Position 30 cm platzieren.

• Linse f = –100 mm verschiebbar

21.3 Durchführung

• Durch die Linse f = –100 mm ein entferntes Objekt

(wenigstens 10 m) anvisieren.

• Die Linse f = +300 mm auf der Bank verschieben

bis das Objekt scharf zu sehen ist. Das Bild ist aufrecht stehend und lichtstark.

Versuch 22: Polarisation, Modell eines Polarimeters

22.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Objekthalter auf Stiel U17000

• Drehbarer Objekthalter U17001

• Prismentisch U17020

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Rundküvette U14313

• Polarisationsfilter U40129

• Projektionsschirm U17125

• 6 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

22.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 plat-

zieren.

• Linse f = +50 mm auf Position 8,5 cm stellen.

• Objekthalter auf Position 13,5 cm.

• Prismentisch auf Position 20 cm.

• Drehbarer Objekthalter auf 28 cm

• Projektionsschirm auf 100 cm.

22.3 Durchführung

• Auf dem Schirm ist der Glühdraht der Lampe zu

sehen.

• Die beiden Polarisationsfilter aufeinanderlegen und

dann drehen bis sie das meiste Licht durchlassen. In dieser Position in den Objekthaltern platzieren.

• Der Objekthalter dient als Polarisator, der drehba-

re Halter als Analysator.

• Den drehbaren Halter so lange drehen, bis der Glüh-

draht der Lampe nicht mehr auf dem Schirm zu sehen ist. Die Filter stehen dann über Kreuz.

• Rundküvette mit einer Zuckerlösung auf dem Pris-

mentisch und die Linse f = +100 mm auf Position 37,5 cm platzieren.

• Durch die Zuckerlösung tritt eine Drehung der Po-

larisationsebene ein, so dass jetzt wieder Licht auf dem Schirm zu sehen ist.

• Abhängig von der Konzentration der Zuckerlösung muss der Analysator mehr oder weniger gedreht werden, um Auslöschung zu erreichen.

Versuch 23: Geradsichtprisma, Absorptionsspektrum

23.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Experimentierleuchte U17140

• Prismentisch U17020

• Verstellbarer Spalt U17015

• Halter für Geradsichtprisma U17025

• Geradsichtprisma U14020

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Küvette, rechteckig U17129

• Satz Farbfilter U21878

• Projektionsschirm U17125

• 5 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Kaliumpermanganat (KmnO

)

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

23.2 Aufbau

• Experimentierleuchte vertikal auf Position 0 platzieren.

• Linse f = +50 mm auf Position 8,5 cm stellen.

• Verstellbaren Spalt auf 14 cm.

• Linse f = +100 mm auf Position 8,5 cm.

• Projektionsschirm auf 100 cm.

23.3 Durchführung

• Durch Verschieben der Linse f = +100 mm eine scharfe Abbildung des Spalts auf dem Schirm erzeugen. Die Abbildung sollte ca. 3 mm breit sein.

• Geradsichtprisma so im Halter auf Position 26,5 cm positionieren, dass die geschliffenen Flächen senkrecht stehen und der Lichtstrahl durch deren Mitte geht. Gegebenenfalls mittels der Lichtquelle und der Abbildungslinse korrigieren.

• Durch Regelung des verstellbaren Spalts kann das Spektrum intensiver und schärfer eingestellt werden.

• Diese Aufstellung ist die Ausgangsstellung für alle Versuche mit dem Geradsichtprisma.

• Da die Halogenlampe ein fester Körper ist, handelt es sich bei dem Spektrum um ein kontinuierliches Spektrum.

• Wird nun vor das Prisma ein Farbfilter (z.B. rot) plat-

ziert, entsteht im Spektrum an der roten Stelle ein schwarzes Band. Dieses Spektrum ist ein Absorptionsspektrum.

• Statt der Farbfilter kann auch die Küvette, gefüllt

z.B. mit einer Lösung von Kaliumpermanganat in Wasser, auf dem Prismentisch vor das Prisma gestellt werden. Es entstehen dann mehrere schwarze Bänder im Spektrum.

Versuch 24: Linienspektrum

24.1 Geräte:

• Optische Bank U17150

• Drossel für Spektrallampen U21905

• Spektrallampen z.B. U13033 HG

• Verstellbarer Spalt U17015

• Halter für Geradsichtprisma U17025

• Geradsichtprisma U14020

• Sammellinse f = +50 mm U17101

• Sammellinse f = +100 mm U17102

• Projektionsschirm U17125

• 5 Reiter 75 mm U17160

• 1 Reiter 30 mm U17161

• Stromversorgung Steckernetzgerät U13900

24.2 Aufbau 1

• Halter mit Spektrallampe auf Position 0 platzieren.

• Linse f = +50 mm auf Position 5 cm stellen.

• Verstellbaren Spalt auf 10 cm.

• Linse f = +100 mm auf Position 21,5 cm.

• Projektionsschirm auf 100 cm.

24.3 Durchführung

• Nach Einschalten der Spektrallampe ungefähr 5

Minuten warten bis die Lampe mit maximaler Lichtstärke leuchtet.

• Durch Verschieben der Linse f = +100 mm eine

scharfe Abbildung des Spalts auf dem Schirm erzeugen.

• Geradsichtprisma so im Halter auf Position 26,5 cm

positionieren, dass die geschliffenen Flächen senkrecht stehen und der Lichtstrahl durch deren Mitte geht. Gegebenenfalls mittels der Lichtquelle und der Abbildungslinse korrigieren.

• Es entsteht ein Linienspektrum von Quecksilber.

• Durch Regelung des verstellbaren Spalts kann das

Spektrum intensiver und schärfer eingestellt werden.

24.4 Aufbau 2

• Um sehr intensive Linien zu bekommen kann fol-

gender Aufbau vorgenommen werden. Die Spektrallinien haben dann die gleiche Größe wie der Spalt.

• Halter mit Spektrallampe auf Position 0 platzieren.

• Linse f = +50 mm auf Position 5 cm stellen.

• Verstellbaren Spalt auf 10 cm.

• Linse f = +100 mm auf Position 21,5 cm.

• Geradsichtprisma auf Position 26,5 cm.

Projektionsschirm auf 50 cm.

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PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

Basic Experiments in Optics on the Optical Bench U17150

Instruction Sheet

1/05 MH

Overview of the Experiments:

Experiment 1: Demonstration of the various ray

beams

Experiment 2: Reflection of a ray of light from a plane

mirror

Experiment 3: Reflection of a light beam from a plane

mirror

Experiment 4: Reflection of a light beam from a con-

cave or convex mirror Experiment 5: Snell's law of refraction Experiment 6: Refraction of light through a plane-

parallel plate Experiment 7: Refraction of light through a prism Experiment 8: Inverting prisms Experiment 9: Concave and convex lenses Experiment 10: Lens formula and magnification Experiment 11: Lens formulas and magnification, vir-

tual image Experiment 12: Lens formula and magnification, vir-

tual object Experiment 13: Lens error, spherical aberration 1 Experiment 14: Lens error, spherical aberration 2 Experiment 15: Lens error, chromatic aberration Experiment 16: Model of a camera obscura Experiment 17: Model of a slide projector Experiment 18: Model of a microscope Experiment 19: Model of an astronomy telescope Experiment 20: Model of a camera Experiment 21: Model of a Galileo telescope Experiment 22: Polarization, model of a polorimeter Experiment 23: Direct-vision (Amici) prism, absorption

spectrum Experiment 24: Line spectrum

2. Experiment examples

Experiment 1: Demonstration of various ray beams

1.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Fivefold slit from U17040

• Convex lens f = +150 mm U17108

• Projection screen U17125

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

1.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 10 cm position.

• Place the object holder with five-fold slit horizon-

tally on the rail at the 20 cm position

• Place the convex lens at the 25 cm position.

• Mount the projection screen on the small rider.

1.3 Procedure

• When the convex lens is not used, the ray beam is

divergent.

• When the convex lens is placed at the 25 cm posi-

tion we obtain a parallel beam of rays.

• When the convex lens is moved away from the light

source a converging beam of rays is produced.

1. Safety instructions

• Warning! Lamps become extremely hot when op-

erated for prolonged periods of time.

• Do not clean any of the optical components with

aggressive fluids or solvents. This could cause damage!

Experiment 2: Reflection of a ray of light from a plane mirror

2.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft mounted U17000

• Diaphragm with single slit from U17040

• Convex lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Plane mirror from U17128

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply U13900

2.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 10 cm position.

• Place the object holder with single-slit diaphragm

horizontally on the rail at the 20 cm position.

• Place the concave lens at the 25 cm position.

• Mount the optical disc with plane mirror on a small

optical rider at the 40 cm position.

2.3 Procedure

• Fasten the plane mirror mounted on the optical

disc to the 90° to -90° line.

• Set the height of the disc so that the incident light

ray is reflected from the 0° line.

• By rotating the disc we can verify the law of reflec-

tion, which states that the angle of incidence is equal to the angle of reflection.

• Attach the optical disc with plane mirror to the

small rider positioned at 40 cm.

3.3 Procedure

• Attach the plane mirror on the optical disc at the

90°-90° line.

• Adjust the height of the disc so that the middle ray

of light propagates along the 0° line and all rays are reflected into each other.

• By rotating the disc it is demonstrated that a paral-

lel incident beam of light is also parallel after being reflected.

• By moving the lens away from the light source it

can be demonstrated that a converging light beam is also reflected as a converging light beam.

• Without the use of the convex lens it can be dem-

onstrated that a divergent light beam also diverges upon reflection.

Experiment 3: Reflection of a light beam from a plane mirror

3.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Fivefold slit from U17040

• Convex lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Plane mirror from U17128

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

3.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 10 cm position.

• Place the object holder with the five-fold slit at the

20 cm position.

• Place the convex lens at the 25 cm position.

Experiment 4: Reflection of a light beam from a concave or convex mirror

4.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Fivefold slit from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Mirror from U17128

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply U13900

4.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 10 cm position.

• Place the object holder with five-fold slit horizon-

tally on the rail at the 20 cm position.

• Place the convex lens at the 25 cm position.

• Place the optical disc with convex mirror on the

small rider at the 40 cm position.

4.3 Procedure

• Fasten the concave mirror on the optical disc on

the 90°-90° line.

• Adjust the height of the disc so that the middle ray

of light travels along the 0° line and is reflected into itself.

• Use the lens to generate a parallel beam.

• The incidenting rays are reflected so that they all

pass through and converge at a single point F. This point is the focal point of the mirror.

• Repeat the experiment with converging and diverg-

ing light beams.

• Result: a concave mirror causes the rays to converge.

• Rotate the optical disc by 180° so that the incident

rays are reflected by the convex mirror. Carry out the same procedural steps as stated above.

• A convex mirror causes the rays to diverge.

Experiment 5: Snell's law of refraction

5.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Diaphragm with single slit from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Semi-circular body from U17128

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

refracted away from the normal at the point of incidence.

• When the light ray passes from one medium with

the refractive index n1 to another medium with the refractive index n2 its directional change is determined by Snell's law of refraction: sin α / sin ß = constant or sin α / sin ß = n α is the angle of incidence in medium n

/ n

and ß is

the angle of refraction in medium n2.

• The bigger the angle of incidence is, the larger the

angle of refraction becomes. If n1 < n2, there is a critical angle α. At this angle the refracted ray of light is refracted along the interface between two media. If the angle of incidence is greater than the critical angle, then there is no longer any refraction and all light is reflected. This case is referred to as total internal reflection.

5.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 10 cm position.

• Place the object holder with single slot diaphragm

horizontally on the rail at the 20 cm position.

• Place the concave lens at the 25 cm position.

• Mount the optical disc with semi-circular body on

the small rider at the 40 cm position.

5.3 Procedure

• Fasten the semi-circular body on the optical disc

on the 90°-90° line so that the plane side is facing the light source.

• Adjust the height of the disc so that the incident-

ing light ray propagates along the 0° line and is incident at the precise center of the semicircular body. The ray of light then propagates uninterrupted along the 0° line.

• When the disc is rotated, the light ray is refracted

toward the normal at the point of incidence.

• The disc is now rotated by 180° so that the convex

disc is facing the light source. The light ray is now

Experiment 6: Refraction in a plane-parallel plate

6.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder shaft-mounted U17000

• Diaphragm with single slit from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Trapezoidal body from U17128

• 3 Optical rider 75 mm U17160

• 1 Optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

6.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 5 cm position.

• Set up the object holder including diaphragm with

single slit at the 20 cm position.

• Place the concave lens at the 25 cm position.

• Set up the optical disc with trapezoidal body on

the small optical rider at the 40 cm position.

6.3 Procedure

• Fasten the trapezoidal body on the optical disc

along the 90° to -90° line so that its long side faces the light source. The middle section of the trapezoidal body acts like a plane-parallel plate.

• Adjust the height of the disc so that the incident-

ing light beam propagates on the 0° line and is not refracted by the trapezoidal body.

• Rotate the disc so that the beam is now refracted.

• The direction of the outgoing light ray is not al-

tered.

• The outgoing light ray is nevertheless diverted from

its original path by a distance d. For a plate of h density, this gives the following for d:

α−β

sin

()

Experiment 7: Refraction at a prism

7.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder shaft-mounted U17000

• Diaphragm with single slit from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Trapezoidal body from U17128

• Right-angled prism from U17128

• 3 Optical rider 75 mm U17160

• 1 Optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

7.2 Set up

• Place the experimental lamp at the 5 cm position.

• Set up the object holder with diaphragm including

single slit at the 20 cm position.

• Place the concave lens at the 25 cm position.

• Set the optical disc with trapezoidal body on the

small optical rider at the 40 cm position.

7.3 Procedure

• Fasten the trapezoidal body onto the optical disc

along the 90° to -90° line so that the pyramid points upwards.

• Adjust the height of the disc so that the incident

light ray travels on the 0° line.

• After the disc is rotated, the light ray incidents on

the upper section of the trapezoidal body, which now functions, like a prism.

cos

• In an acrylic prism the light ray incident at point A

is refracted from the axis of incidence. At the emerging point B the ray is refracted away from the axis of incidence. The sum total of all refraction angles is called the deflection angle δ. This is the angle between the incident and emerging light rays.

• It can be demonstrated that the incident angle α at the minimum deflection angle δ the emerging angle ß. The refracted ray then propagates inside the prism parallel to the side, which is not passed through.

Experiment 8: Inverting prisms

8.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder shaft-mounted U17000

• Diaphragm with single and fivefold slit from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Right-angled prism from U17128

• 3 Optical rider 75 mm U17160

• 1 Optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

8.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the rail at the 5 cm position.

• Place the object holder including a diaphragm with single or five-fold slot horizontally on rail at the 20 cm position.

• Set up the concave lens at the 25 cm position.

• Set the optical disc with right-angled prism on the

small optical rider at the 40 cm position.

8.3 Procedure

• Fasten the right-angled prism on the optical disc along the 90°-90° line so that the right angle is lined up with the 0° line and faces the light source.

• Adjust the height of the disc so that the incident light beam propagates on the 0° line.

• By rotating the disc all of the previously described phenomena can be observed.

• At a certain angle (limiting angle) the ray is subject to total internal reflection.

• Using the diaphragm with fivefold slit, it can be demonstrated that the rays can be reflected back in the direction from which they came.

is equal to

min

Experiment 9: Concave and convex lenses

9.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder shaft-mounted U17000

• Diaphragm with fivefold slit from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Optical disc U17128

• Lenses from U17128

• 3 Optical rider 75 mm U17160

• 1 Optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Slide with letter “F” from U17040

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Concave lens f = +150 mm U17103

• Concave lens f = +200 mm U17104

• Concave lens f = +300 mm U17105

• Projection screen U17125

• 4 optical rider 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

10.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail

at the left-hand end.

• Situate the condensing lens f = +50 mm directly in

front of the lamp.

• Insert the slide into the holder at the 0 position.

The slot is inserted in the holder so that the letter “F” is upside down.

• Place the imaging lens f = +100 at the 12 cm posi-

tion.

• Set up the projection screen at 100 cm.

9.2 Set up

• Place the experimental lamp horizontally on the

rail at the 10 cm position.

• Set the object holder up with fivefold slit horizon-

tally on the rail at the 22 cm position.

• Place the concave lens at the 27 cm position.

• Set up the optical disc with lens on the small opti-

cal rider.

9.3 Procedure

• Place the convex lens in a central position on the

optical disc.

• Adjust the height of the disc so that the center of

the incident light beam propagates on the 0° line.

• A convex lens is a converging lens. After passing

through the medium the light rays all converge at the focal point F.

• Repeat the experiment using the concave lens.

• The light rays diverge after passing through the lens.

No image of an object emerges. Tracing the divergent rays backwards one arrives at a virtual focal point F' where these lines meet.

10.3 Procedure

• A sharp image of the slide appears on the projec-

tion screen.

• The distance between the imaging lens and the

object (slide) is referred to as the object distance v.

• The distance between the imaging lens and the

projection screen is called the image distance b.

• In this experiment we have v = 12 cm and b = 88 cm

at a focal length f = +100 mm. Additional values which result in the production of a sharp image are:

Object distance Image distance

120 mm 880 mm 130 mm 520 mm 200 mm 200 mm 880 mm 120 mm

• These distances are determined by the lens formu-

la:

11 1

bv f

• The magnification can be determined by the ratio

b/v.

• Perform the experiment with additional lenses

f = +150 mm, +200 mm, +300 mm. At the same time be sure to move the screen further and further away.

Experiment 10: Lens formula and magnification

10.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

Experiment 11: Lens formula and magnification, virtual images

11.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Slide with letter “F” from U17040

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Concave lens f = +150 mm U17103

• Diverging lens f = –200 mm U17107

• Projection screen U17125

• 4 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

Experiment 12: Lens formula and magnification, virtual object

12.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Slide with letter “F” from U17040

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Concave lens f = +150 mm U17103

• Diverging lens f = –200 mm U17107

• Projection screen U17125

• 4 Optical rider 75 mm U17160

• 1 Optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

11.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail

at the left end position.

• Set up the converging lens f = +50 mm directly in

front of the lamp.

• Place the holder with slide at the 0 position, insert-

ing the slide into the holder so that the “F” is upside down.

• Place the concave lenses f = +100 mm and

f = +150 mm at the 5 or 25 cm positions.

• Set the projection screen up at the 55 cm position.

11.3 Procedure

• An inverse image of the slide twice the size of the

original is produced at a focal length of 30 cm.

• According to the lens equation the object distance

then also amounts to 30 cm. 1/b + 1/v = 1/f ; 1/300 + 1/v = 1/150 v = 300 mm

• We conclude from this that the virtual, non-invert-

ed image of the lens f = 100 mm lies at –5 (i.e 5 cm left of 0). This image is the same size as the one on the screen (b = v = 30 cm; b/v = 1). The focal length is therefore –10 cm (image at –5 , lens at +5). The object distance amounts to 5 cm. The lens equation verifies these values: 1/b + 1/v = 1/f ; –1/100 + 1/50 = 1/100 f = 100 mm The following holds true for the magnification: b/v = 100/–50 = –2

• If the diverging lens f = –200 mm is now placed at

the 20 cm position, the concave lens f = +100 mm and the screen placed at 50, an inverted image is produced, which is half as large as that on the slide. According to the lens equation the object distance to the concave lens is 20 cm 1/v = 1/f – 1/b = 1/10 – 1/20 = 1/20 and the magnification is: b/v = 1.

• For the diverging lens the image distance is –10 cm,

according to the lens formula, we obtain f = –20 cm and a magnification b/v = –10/20 = –1/2.

12.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail and to the far left-hand end.

• Set condenser lens f = +50 mm directly in front of the lamp.

• Set up the holder with slide at the 0 position, thereby inserting the slide into the holder so that the letter “F” is upside down.

• The imaging lens f = +100 mm is placed at the 15 cm position.

• The projection screen is set up at 45 cm.

12.3 Procedure

• An inverted image of the slide is produced on the projection screen that is twice as big as the image on the slide. This image is used as a virtual image when another lens is placed between the screen and the lens.

• Place the lens f = +150 mm at the 30 cm position and the screen at the 37.5 cm position.

• An inverted image of the slide is produced which is half the size of the image on the slide. The magnification factor now amounts to 0.5. The object distance is –15 cm, the image distance 7.5 cm. The lens formula is applicable here too: 1/b + 1/v = 1/f ; 1/75 –1/150 = 1/150 f = 150 mm

• If the concave lens f = +150 mm is now replaced by a diverging lens f = –200 mm at the 35 cm position, an inverted image is produced on the screen at the 55 cm position which is four times as large as the slide for an object distance of –10 cm and an image distance of 20 cm. The lens formula verifies these values: –1/100 + 1/200 = –1/200 f = –200 mm

Experiment 13: Lens error, spherical aberration 1

13.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Diaphragm with five-fold slot from U17040

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +150 mm U17108

• Iris U17010

• Projection screen U17125

• 5 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

13.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail

at the 0 position.

• Set up the lens f = +150 mm at the 21 cm position.

• Place the holder with horizontal fivefold slit at the

26 cm position.

• Position the projection screen at 50 cm.

13.3 Procedure

• In thin lenses parallel light rays are refracted dif-

ferently at the areas around the edge and in the middle section of the lens so that more than one focal points arise. This phenomenon is referred to as spherical aberration.

• 5 parallel light beams are produced using the five-

fold slot and the lens.

• Realign the screen on the optical bench so that the

beam runs along the face of the screen. If necessary, rotate the lamp as well.

• Place the lens f = +50 mm directly in front of the

screen (at approx. 36 cm). The focal point, the converging and diverging rays are now clearly visible. Note the position of the focal point on the screen.

• Using the iris (at a position of approx. 31 cm) the

rays around the edges can now be blocked out. It is possible now to observe a shift of the focal point and the focal point is considerably sharper in focus.

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

14.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail

at the 0 position.

• Set up the lens f = +50 mm at the 11 cm position.

• Place the holder with the iris at the 6 cm position.

• Set up the projection screen at the 50 cm position.

14.3 Procedure

• Use the lens to focus the image of the lamp's fila-

ment as sharply as possible on the screen.

• Place the apertured diaphragm on the optical

bench. An even sharper image is produced by eliminating the light rays around the edges.

• The change in the image's sharpness is caused by a

shift of the focal point.

Experiment 15: Lens error chromatic aberration

15.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Apertured diaphragm from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17103

• Projection screen U17125

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

15.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail

at the 0 position.

• Set the lens f = +150 mm up at the 23 cm position.

• Position the projection screen at 95 cm.

Experiment 14: Lens error, spherical aberration 2

14.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Apertured diaphragm U17040

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Projection screen U17125

• 3 optical rider 75 mm U17160

15.3 Procedure

• Use the lens to focus the image of the lamp's fila-

ment as sharply as possible on the screen.

• By shifting the screen to the right the edge of the

image turns a shade of blue. If the screen is shifted to the left, then the color of the edge starts turning a shade of red.

• This color change is caused by the fact that the light

rays in the center of the lens are refracted differently than the ones on the edge of the lens. This phenomenon is called color shift or chromatic aberration.

• If the apertured diaphragm is placed behind the

lens (at the 28 cm position) an extremely sharply focused image of the lamp filament appears without chromatic aberration.

• In actual practice the chromatic aberration of lenses

is eliminated to large degree by a combination of converging and diverging lenses.

• Lenses without spherical aberration are called as-

pherical lenses while those without chromatic aberration are called achromatic lenses.

Experiment 16: Model of a camera obscura

16.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Slide with the letter “F” from U17040

• Concave lens f = +150 mm U17103

• Projection screen U17125

• 3 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

16.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically at the 0 po-

sition.

• Set the holder with slide up at the 14 cm position.

• Place the lens f = +150 mm at the 32 cm position.

• Set up the projection screen at the 84 cm position.

16.3 Procedure

• The letter “F” is produced on the screen in a sharp

and inverted image.

17.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically at the 0 position.

• Set up the condenser lens f = +50 mm at the 10 cm position.

• Place the object holder at the 15 cm position. The slide must be inserted into the holder upside down.

• Position the lens f = +100 mm at 27 cm.

• Position the projection screen at 100 cm.

17.3 Procedure

• The lens f = +100 mm serves as the lens (objec- tive). The slide is reproduced as a sharp image on the screen. The sharpness of the image can be corrected by shifting the position of the light source.

• Lens errors can be eliminated by placing the iris at the 38 cm position.

Experiment 18: Model of a microscope

18.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Concave lens f = +150 mm U17103

• Iris U17010

• Projection screen U17125

• 5 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

Experiment 17: Model of a slide projector

17.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Slide

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Iris U17010

• Projection screen U17125

• 5 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

18.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically at the 0 position.

• Set up the object holder at the 25 cm position. A coin serves as the object. This can be attached to the center of the holder using adhesive tape.

• Place lens f = +50 mm at the 30 cm position.

• Set the lens f = +100 mm up at the 54 cm position.

• Set the projection screen up at the 100 cm posi-

tion.

18.3 Procedure

• Lens f = +50 mm serves as the objective.

• Lens f = +100 mm reproduces a sharp image of

the object on the screen.

• Switch the light off and remove the screen.

• Place the lens f = +150 mm at the 74 cm position.

In conjunction with the lens f = +100 mm it forms the ocular.

• The virtual image of the coin can be perceived as if one were looking through the lens f = +150 mm.

• When the iris is positioned at 35 cm a much im-

proved image is obtained.

• Even transparent objects (preparations) can be de-

ployed. The magnification factor in this model is not very large. In practice the focal lengths are much smaller.

Experiment 19: Model of an astronomy telescope

19.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Concave lens f = +300 mm U17105

• 2 optical riders 75 mm U17160

19.2 Set up

• Place lens f = +100 mm at the 0 position.

• The lens f = +300 mm is moveable

Experiment 21: Model of a Galileo telescope

21.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Diverging lens f = –100 mm U17106

• Concave lens f = +300 mm U17105

• 2 optical riders 75 mm U17160

21.2 Set up

• Place lens f = +300 mm at the 30 cm position.

• Lens f = –100 mm remains moveable

21.3 Procedure

• Use the lens f = –100 mm to sight a distant object

(at least 10 m).

• Slide the lens f = +300 mm on the bench until the

object is sharply focused. The image appears upright and bright.

19.3 Procedure

• Sight a distant object (at least 10 m) using the lens

f = +100 mm.

• Slide the lens f = +300 mm along the bench until

the object can be seen in sharp focus. The image is inverted and bright.

Experiment 20: Model of a camera

20.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Iris U17010

• Projection screen U17125

• 2 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

20.2 Set up

• Place the lens f = +100 mm at the 30 cm position.

• The projection screen is moveable

20.3 Procedure

• The optical bench is lined up with an object and by

sliding the screen in the direction of the lens a sharp image is produced. The image is upside down.

• By placing the iris behind the lens the image be-

comes more sharply focused but also less bright. The depth of focus is not critical here.

Experiment 22: Polarization, model of a polarimeter

22.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Object holder, shaft-mounted U17000

• Rotating object holder U17001

• Prism table U17020

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Round cells U14313

• Polarization filter U40129

• Projection screen U17125

• 6 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

22.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically on the rail

at the 0 position.

• Set up the lens f = +50 mm at the 8.5 cm position.

• Place the object holder at the 13.5 cm position.

• Place the prism table at the 20 cm position.

• Set up the rotating object holder at the 28 cm posi-

tion

• The projection screen is positioned at 100 cm.

22.3 Procedure

• The lamp's filament can be seen on the screen.

• Arrange the two polarization filters together and

then rotate them until they permit most of the light to pass through. Place them in this position into the object holders.

• The object holder serves as the polarizer, the rotat-

able holder as analyzer.

• Turn the rotatable holder until the lamp's filament

wire can no longer be seen on the screen. The filters are then crossed at right angles.

• Use the round cell to place a sugar solution on the

prism table and then place the lens f = +100 mm at the 37.5 cm position.

• Due to the sugar solution a rotation occurs in the

polarization plane resulting in light passing through again and appearing on the screen.

• Just to what extent the analyzer has to be turned to

block out the light depends on the sugar solution's concentration.

Experiment 23: Direct-vision (Amici) prism, absorption spectrum

23.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Experimental lamp U17140

• Prism table U17020

• Adjustable slot U17015

• Holder for the direct-vision prism U17025

• Direct-vision prism (Amici) U14020

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Cell, rectangular U17129

• Set of color filters U21878

• Projection screen U17125

• 5 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Potassium permanganate (KMnO

)

• Plug-in power supply unit U13900

23.2 Set up

• Place the experimental lamp vertically at the 0 po-

sition.

• Set up the lens f = +50 mm at the 8.5 cm position.

• Place the adjustable slit at the 14 cm position.

• Position the lens f = +100 mm at 8.5 cm.

• Set up the projection screen at 100 cm.

23.3 Procedure

• By sliding the lens f = +100 mm a sharply focussed

image of the slit is produced on the screen. The image should be approx. 3 mm wide.

• Position the direct-vision prism in the holder at

26.5 cm so that the polished edges are in a perpendicular position and the light beam travels through the middle. If necessary correct using the light source and the image lens.

• By regulating the adjustable slit the spectrum can be set with more intensity and sharper focus.

• This set-up is the basic configuration for all experiments using the direct-vision (Amici) prism.

• Since the halogen lamp is a solid body, the spectrum dealt with here is a continuous spectrum.

• If a color filter (e.g. red) is placed in front of the prism, a black band is produced instead of red in the spectrum. This spectrum is the absorption spectrum.

• Instead of a color filter you can also use a cell, filled with a solution of potassium permanganate in water, for example, which is placed on the prism table in front of the prism. This results in the generation of several black bands in the spectrum.

Experiment 24: Line spectrum

24.1 Equipment:

• Optical bench U17150

• Ballast for spectral lamps U21905

• Spectral lamps e.g. U13033

• Adjustable slit U17015

• Holder for direct-vision prism U17025

• Direct-vision prism U14020

• Concave lens f = +50 mm U17101

• Concave lens f = +100 mm U17102

• Projection screen U17125

• 5 optical riders 75 mm U17160

• 1 optical rider 30 mm U17161

• Plug-in power supply unit U13900

24.2 Set up 1

• Place the holder with the spectral lamp at the 0 position.

• Set up lens f = +50 mm at the 5 cm position.

• Position adjustable slit at 10 cm.

• Place lens f = +100 mm at the 21.5 cm position.

• Set up the projection screen at 100 cm.

24.3 Procedure

• After switching the spectral lamp on wait for approximately 5 minutes until the lamp lights up to its maximum brightness.

• By sliding lens f = +100 mm a sharper image of the slit is produced on the screen.

• Position the direct-vision prism in the holder at

26.5 cm so that the polished surfaces are perpendicular and the light beam passes through their center. If necessary correct the image lens using the light source.

• A line spectrum of mercury is produced.

• The spectrum can be set more brightly and in sharp-

er focus by regulating the adjustable slit.

24.4 Set up 2

• The following setup can be carried out to obtain

very intense lines. The spectral lines are the same size as the slit.

• Place the holder with spectral lamp at position 0.

• Set lens f = +50 mm up at the 5 cm position.

• Place the adjustable slit at the 10 cm position.

• Put the lens f = +100 mm at the 21.5 cm position.

• Position the direct-vision prism at 26.5 cm.

• Place the projection screen at the 50 cm position.

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PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

Expériences fondamentales sur le banc optique U17150

Instructions d’utilisation

1/05 MH

Liste des expériences :

Expérience 1 : Démonstration de différents faisceaux

lumineux

Expérience 2 : Réflexion d'un rayon lumineux sur un

miroir plan

Expérience 3 : Réflexion d'un faisceau lumineux sur

un miroir plan

Expérience 4 : Réflexion d'un faisceau lumineux sur

un miroir concave et un miroir con-

vexe Expérience 5 : Loi de la réfraction de Snellius Expérience 6 : Réfraction sur une lame à faces pa-

rallèles Expérience 7 : Réfraction sur un prisme Expérience 8 : Prisme à redressement Expérience 9 : Lentilles concaves et convexes Expérience 10 : Formule de lentilles et agrandisse-

ment Expérience 11 : Formules de lentilles et agrandisse-

ment, image virtuelle Expérience 12 : Formules de lentilles et agrandisse-

ment, objet virtuel Expérience 13 : Défaut de lentille, aberration sphéri-

que 1 Expérience 14 : Défaut de lentille, aberration sphéri-

que 2 Expérience 15 : Défaut de lentille, aberration chroma-

tique Expérience 16 : Modèle d'une chambre obscure Expérience 17 : Modèle d'un projecteur de diapositi-

ves Expérience 18 : Modèle d'un microscope Expérience 19 : Modèle d'une lunette astronomique Expérience 20 : Modèle d'un appareil photo Expérience 21 : Modèle d'une lunette hollandaise Expérience 22 : Polarisation, modèle d'un polarimè-

tre Expérience 23 : Prisme à vision directe, spectre d'ab-

sorption Expérience 24 : Spectre de raies

1. Consignes de sécurité

• Prudence ! Allumées longtemps, les lampes chauf-

fent fortement.

• Ne pas nettoyer les éléments optiques avec des li-

quides ou des solvants agressifs. Risque d'endommagement !

2. Exemples d'expériences

Expérience 1 : Démonstration de différents faisceaux lumineux

1.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente quintuple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Ecran de projection U17125

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

1.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 10 cm.

• Porte-objet avec fente quintuple horizontalement

en position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Ecran de projection sur petit coulisseau.

1.3 Réalisation

• Sans la lentille convexe, le faisceau lumineux est

divergent.

• Si la lentille convexe en placée en position 25 cm,

on obtient un faisceau lumineux parallèle.

• En écartant la lentille convexe de la source lumi-

neuse, on génère un faisceau lumineux convergent.

Expérience 2 : Réflexion d'un rayon lumineux sur un miroir planplane mirror

2.1 Appareils :

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente simple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Miroir plan de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

2.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 10 cm.

• Porte-objet avec fente simple horizontalement en

position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Disque optique avec miroir plan sur petit coulisseau

à 40 cm.

2.3 Réalisation

• Fixer le miroir plan sur le disque optique sur la

ligne 90°-90°.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon incident soit réfléchi sur la ligne 0°.

• Tourner le disque pour confirmer la loi sur la ré-

fraction " angle d'incidence = angle de réflexion ".

Expérience 3 : Réflexion d'un faisceau lumineux sur un miroir plan

3.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente quintuple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Miroir plan de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

3.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 10 cm.

• Porte-objet avec fente quintuple horizontalement

en position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Disque optique avec miroir plan sur petit coulisseau

à 40 cm.

3.3 Réalisation

• Fixer le miroir plan sur le disque optique sur la

ligne 90°-90°.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon central suive la ligne 0° et que tous les rayons soient réfléchis sur eux-même.

• Tourner le disque pour montrer qu'un faisceau lu-

mineux incident parallèle reste parallèle après la réflexion.

• En écartant la lentille de la source lumineuse, on

peut montrer qu'un faisceau lumineux convergent est réfléchi en convergence.

• Sans la lentille convexe, on peut démontrer qu'un

faisceau lumineux divergent reste divergent après la réflexion.

Expérience 4 : Réflexion d'un faisceau lumineux sur un miroir concave et sur un miroir convexe

4.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente quintuple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Miroir de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

4.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 10 cm.

• Porte-objet avec fente quintuple horizontalement

en position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Disque optique avec miroir convexe sur petit

coulisseau à 40 cm.

4.3 Réalisation

• Fixer le miroir concave sur le disque optique sur la

ligne 90°-90°.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon central suive la ligne 0° et soit réfléchi sur lui-même.

• Générer un faisceau lumineux parallèle avec la len-

tille.

• Les rayons incidents sont réfléchis de telle sorte

qu'ils se rencontrent en un point F. Ce point constitue le foyer du miroir.

• Répéter l'expérience avec des rayons convergents

et divergents.

• Résultat : un miroir concave a un effet convergent.

• Tourner le disque optique à 180°, de telle sorte que

les rayons incidents soient réfléchis par le miroir convexe. Procéder comme décrit plus haut.

• Un miroir convexe a un effet divergent.

Expérience 5 : Loi de la réfraction de Snellius

5.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente simple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Corps demi-rond de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

5.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 10 cm.

• Porte-objet avec fente simple horizontalement en

position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Disque optique avec corps demi-rond sur petit

coulisseau à 40 cm.

5.3 Réalisation

• Fixer le corps demi-rond sur le disque optique sur

la ligne 90°-90°, de telle sorte que le côté plan soit orienté vers la source lumineuse.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon incident suive la ligne 0° et rencontre le corps demi-rond très précisément au centre. Le rayon suit alors la ligne 0° sans interruption.

• Tourner le disque pour réfracter le rayon vers l'axe

d'incidence.

• A présent, tourner le disque à 180°, de telle sorte

que le disque bombé soit orienté vers la source lumineuse. Maintenant, le rayon est diffracté de l'axe de réflexion.

• Lors du passage d'un rayon d'un milieu d'indice

de réfraction n1 vers un milieu d'indice de réfraction n2, son changement de direction est déterminé par la loi de la réfraction de Snellius : sin α / sin ß = constant ou sin α / sin ß = n α est l'angle d'incidence dans le milieu n

/ n

et ß l'an-

gle de réfraction dans le milieu n2.

• Plus l'angle d'incidence est élevé, plus l'angle de

réfraction est important. Si n1 < n2, on obtient un angle critique a. Le rayon réfracté se situe alors à la surface limite entre les deux milieux. Si l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique, il n'y a plus de réfraction et toute la lumière est réfléchie. Dans ce cas, on parle de réflexion totale.

Expérience 6 : Réfraction sur une lame à faces parallèles

6.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente simple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Corps trapézoïdal de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

6.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 5 cm.

• Porte-objet avec fente simple horizontalement en

position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Disque optique avec corps trapézoïdal sur petit

coulisseau à 40 cm.

6.3 Réalisation

• Fixer le corps trapézoïdal sur le disque optique sur

la ligne 90°-90°, de telle sorte que le long côté soit orienté vers la source lumineuse. La partie centrale du corps trapézoïdal agit comme une lame à faces parallèles.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon incident suive la ligne 0° et ne soit pas réfracté par le corps trapézoïdal.

• Tourner le disque de telle sorte que le rayon soit

réfracté.

• Le sens du rayon n'est pas modifié.

• Le rayon émergent est décalé de la distance d. Avec

une épaisseur de lame h, on obtient pour d :

α−β

sin

()

Expérience 7 : Réfraction sur un prisme

7.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente simple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Corps trapézoïdal de U17128

• Prisme rectangulaire de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

cos

Expérience 8 : Prisme à redressement

8.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fentes simple et quintuple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Prisme rectangulaire de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

8.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 5 cm.

• Porte-objet avec fentes simple et quintuple hori-

zontalement en position 20 cm.

• Lentille convexe en position 25 cm.

• Disque optique avec prisme rectangulaire sur petit

coulisseau à 40 cm.

7.2 Montage

• Place the experimental lamp at the 5 cm position.

• Montage the object holder with diaphragm inclu-

ding single slit at the 20 cm position.

• Place the concave lens at the 25 cm position.

• Set the optical disc with trapezoidal body on the

small optical rider at the 40 cm position.

7.3 Réalisation

• Fixer le corps trapézoïdal sur le disque optique sur

la ligne 90°-90°, de telle sorte que l'angle aigu soit orienté vers le haut.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon incident suive la ligne 0°.

• Lorsque le disque est tourné, le rayon touche la

partie supérieure du corps trapézoïdal, qui fait alors office de prisme.

• Dans un prisme acrylique, un rayon incident est

réfracté au point A vers l'axe d'incidence. Au point d'émergence B, la réfraction s'écarte de l'axe d'incidence. La somme de tous les angles de réfraction est l'angle de déflexion δ. Il s'agit de l'angle entre le rayon incident et le rayon émergent.

• On peut montrer que l'angle d'incidence α, avec un angle de déflexion minimum δ gle d'émergence ß. Dans le prisme, le rayon réfracté est alors parallèle au côté qui n'est pas traversé.

, est égal à l'an-

min

8.3 Réalisation

• Fixer le prisme rectangulaire sur le disque optique

sur la ligne 90°-90°, de telle sorte que l'angle droit se situe sur la ligne 0° et soit orienté vers la source lumineuse.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon incident suive la ligne 0°.

• Tourner le disque pour observer tous les phéno-

mènes décrits ci-dessus.

• Dans un certain angle (angle limite), le rayon est

entièrement réfléchi.

• L'emploi de la fente quintuple permet de démon-

trer que les rayons sont renvoyés inversés.

Expérience 9 : Lentilles concaves et convexes

9.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente quintuple de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Disque optique U17128

• Lentilles de U17128

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

9.2 Montage

• Placer la lampe horizontalement en position 10 cm.

• Porte-objet avec fente quintuple horizontalement

en position 22 cm.

• Lentille convexe en position 27 cm.

• Disque optique avec lentille sur petit coulisseau.

9.3 Réalisation

• Placer la lentille convexe au centre du disque opti-

que.

• Régler la hauteur du disque de telle sorte que le

rayon incident du milieu suive la ligne 0°.

• Une lentille convexe est une lentille de convergence.

Après avoir traversé la lentille, les rayons lumineux se rencontrent au foyer F.

• Répéter l'expérience avec la lentille concave.

• Après avoir traversé la lentille, les rayons lumineux

sont divergents. La lentille ne projette aucune d'image. Prolongés vers l'arrière, les rayons se rencontrent au foyer virtuel F'.

10.2 Montage

• Placer la lampe verticalement tout à fait à gauche.

• Placer la lentille de condenseur f = +50 mm direc-

tement devant la lampe.

• Support avec diapo en position 0 (placer la diapo

dans le support, de telle sorte que le " F " soit à l'envers).

• Lentille d'image f = +100 en position 12 cm.

• Ecran de projection à 100 cm.

10.3 Réalisation

• L'écran de projection reproduit une image nette

de la diapositive.

• L'écart entre la lentille d'image et l'objet (diapo)

constitue la distance de l'objet v.

• L'écart entre la lentille d'image et l'écran de pro-

jection constitue la distance de l'image b.

• Au cours de cette expérience, v = 12 cm et

b = 88 cm avec une focale f = +100 mm. Autres

valeurs offrant une image nette :

Distance de l’objet Distance de l’image

120 mm 880 mm 130 mm 520 mm 200 mm 200 mm 880 mm 120 mm

• Ces écarts sont déterminés par la formule suivante:

11 1

bv f

• L'agrandissement peut être défini par le quotient

b/v.

• Effectuer les expériences avec les lentilles

f = +150mm, +200 mm, +300 mm. Noter que l'écran doit être éloigné.

Expérience 10 : Formule de lentilles et agrandissement

10.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Diapo avec la lettre " F " de U17040

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Lentille convexe f = +150 mm U17103

• Lentille convexe f = +200 mm U17104

• Lentille convexe f = +300 mm U17105

• Ecran de projection U17125

• 4 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

Expérience 11 : Formules de lentilles et agrandissement, image virtuelle

11.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Diapo avec la lettre " F " de U17040

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Lentille convexe f = +150 mm U17103

• Lentille concave f = –200 mm U17107

• Ecran de projection U17125

• 4 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

11.2 Montage

• Placer la lampe verticalement tout à fait à gauche.

• Placer la lentille de condenseur f = +50 mm direc-

tement devant la lampe.

• Support avec diapo en position 0 (placer la diapo dans le support, de telle sorte que le " F " soit à l'envers).

• Lentilles convexes f = +100 mm et f = +150 mm en positions 5 et 25 cm.

• Ecran de projection à 55 cm.

11.3 Réalisation

• Sur l'écran de projection, à une distance d'image de 30 cm, se forme l'image inversée, mais deux fois plus grande, de la diapositive.

• D'après la formule, la distance de l'objet s'élève à 30 cm. 1/b + 1/v = 1/f ; 1/300 + 1/v = 1/150 v = 300 mm

• Il en résulte que la représentation virtuelle, non inversée, de la lentille f = 100 mm se situe à –5 (c'est-à-dire à 5 cm à gauche de 0). Cette image a la même taille que celle représentée à l'écran (b = v = 30 cm ; b/v = 1). La distance de l'image est alors de –10 cm (image à –5 , lentille à +5). L'écart de l'objet s'élève à 5 cm. La formule confirme ces valeurs : 1/b + 1/v = 1/f ; –1/100 + 1/50 = 1/100 f = 100 mm Pour l'agrandissement : b/v = 100/–50 = –2

• A présent, si la lentille concave f = –200 mm est à 20, la lentille convexe f = +100 mm et l'écran à 50, on obtient à nouveau une image inversée, deux fois plus petite que la diapositive. D'après la formule, l'écart de l'objet de la lentille convexe 20 cm est 1/v = 1/f – 1/b = 1/10 – 1/20 = 1/20 et l'agrandissement : b/v = 1.

• Pour la lentille concave, la distance de l'image est –10 cm, d'après la formule, f = –20 cm et l'agran- dissement b/v = –10/20 = –1/2.

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

12.2 Montage

• Placer la lampe verticalement tout à fait à gauche.

• Placer la lentille de condenseur f = +50 mm direc-

tement devant la lampe.

• Support avec diapo en position 0 (placer la diapo

dans le support, de telle sorte que le " F " soit à l'envers).

• Lentille d'image f = +100 mm en position 15 cm.

• Ecran de projection à 45 cm.

12.3 Réalisation

• L'écran de projection reproduit une image inver-

sée, deux fois plus grande, de la diapositive. Elle est utilisée comme image virtuelle lorsqu'une autre lentille est placée entre l'écran et la lentille.

• Placer la lentille f = +150 mm en position 30 et

l'écran à 37,5.

• L'image est inversée, mais deux fois plus petite que

la diapositive. A présent, le facteur d'agrandissement est 0,5. La distance de l'objet est à –15 cm, la distance de l'image à 7,5 cm. Dans ce cas encore, on peut appliquer la formule suivante : 1/b + 1/v = 1/f ; 1/75 –1/150 = 1/150 f = 150 mm

• A présent, si l'on remplace la lentille convexe

f = +150 mm par la lentille concave f = –200 mm en position 35, on obtient sur l'écran, à la position 55, une image inversée, quatre fois plus grande, avec une distance d'objet de –10 cm et une distance d'image de 20 cm. La formule confirme ces valeurs: –1/100 + 1/200 = –1/200 f = –200 mm

Expérience 12 : Formules de lentilles et agrandissement, objet virtuel

12.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Diapo avec la lettre " F " de U17040

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Lentille convexe f = +150 mm U17103

• Lentille concave f = –200 mm U17107

• Ecran de projection U17125

• 4 coulisseaux 75 mm U17160

Expérience 13 : Défaut de lentille, aberration sphérique 1

13.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Fente quintuple de U17040

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +150 mm U17108

• Diaphragme à iris U17010

• Ecran de projection U17125

• 5 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

13.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Placer la lentille f = +150 mm en position 21 cm.

• Support avec fente quintuple horizontale sur 26 cm.

• Ecran de projection à 50 cm.

13.3 Réalisation

• En présence de lentilles fines, les rayons lumineux

parallèles sont réfractés différemment sur les bords et au milieu de la lentille, et l'on obtient deux foyers. Ce phénomène est une aberration sphérique.

• Avec la fente quintuple et la lentille, on génère cinq

rayons lumineux parallèles.

• Ajuster l'écran le long du banc, de sorte que les

rayons passent le long de l'écran. Le cas échéant, tourner également la lampe.

• Placer la lentille f = +50 mm directement devant

l'écran (à env. 36 cm). A présent, on peut clairement observer le foyer, les rayons convergents et les rayons divergents. Marquer le foyer sur l'écran.

• Avec un diaphragme à iris (en position env. 31 cm),

on peut masquer les rayons des bords. On observe un déplacement du foyer. En outre, le foyer est représenté beaucoup plus nettement.

Expérience 15 : Défaut de lentille, aberration chromatique

15.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Sténopé de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17103

• Ecran de projection U17125

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

15.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Placer la lentille f = +150 mm en position 23 cm.

• Ecran de projection à 95 cm.

Expérience 14 : Défaut de lentille, aberration sphérique 2

14.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Sténopé de U17040

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Ecran de projection U17125

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

14.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Placer la lentille f = +50 mm en position 11 cm.

• Support avec sténopé sur 6 cm.

• Ecran de projection à 50 cm.

15.3 Réalisation

• Avec la lentille, projeter une image aussi nette que

possible du filament de la lampe sur l'écran.

• Par le déplacement à droite de l'écran, le bord de

l'image devient bleuâtre. Si l'écran est déplacé à gauche, le bord passe au rouge.

• Ce changement de couleur est dû à la différence

de réfraction des rayons entre le centre de la lentille et les bords. Ce phénomène est appelé une aberration chromatique.

• Si l'on place le sténopé derrière la lentille (en posi-

tion 28 cm), on obtient une image très nette du filament sans aberration chromatique.

• Dans la pratique, on remédie à l'aberration chro-

matique de lentilles en combinant des lentilles convexes à des lentilles concaves.

• Les lentilles sans aberration sphérique sont des len-

tilles asphériques, les lentilles sans aberration chromatique des lentilles achromatiques.

14.3 Réalisation

• Avec la lentille, projeter une image aussi nette que

possible du filament de la lampe sur l'écran.

• Placer le sténopé sur le banc optique En masquant

les rayons sur les bords, on obtient une image encore plus nette.

• La modification de la netteté de l'image est due au

décalage du foyer.

Expérience 16 : Modèle d'une chambre obscure

16.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Diapo avec la lettre " F " de U17040

• Lentille convexe f = +150 mm U17103

• Ecran de projection U17125

• 3 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

16.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Support avec diapositive sur 14 cm.

• Placer la lentille f = +150 mm en position 32 cm.

• Ecran de projection à 84 cm.

16.3 Réalisation

• La lettre " F " est représentée à l'écran, inversée, mais nette.

Expérience 17 : Modèle d'un projecteur de diapositives

17.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Diapositive

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Diaphragme à iris U17010

• Ecran de projection U17125

• 5 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

17.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Placer la lentille de condenseur f = +50 mm en

position 10 cm.

• Porte-objet en position 15 cm. La diapositive doit être montée à l'envers dans le support.

• Lentille f = +100 mm à 27 cm.

• Ecran de projection à 100 cm.

Expérience 18 : Modèle d'un microscope

18.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Lentille convexe f = +150 mm U17103

• Diaphragme à iris U17010

• Ecran de projection U17125

• 5 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

18.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Porte-objet en position 25 cm. Comme objet, on se

sert d'une pièce de monnaie que l'on fixe avec un ruban adhésif au centre du support.

• Placer la lentille f = +50 mm en position 30 cm.

• Lentille f = +100 mm à 54 cm.

• Ecran de projection à 100 cm.

18.3 Réalisation

• La lentille f = +50 mm sert d'objectif.

• La lentille f = +100 mm permet de projeter une

image nette de l'objet à l'écran.

• Eteindre l'éclairage et retirer l'écran.

• Placer la lentille f = +150 mm en position 74 cm.

Avec la lentille f = +100 mm, elle forme l'oculaire.

• L'image virtuelle de la pièce de monnaie est per-

çue comme si l'on regardait à travers la lentille f = +150 mm.

• Le diaphragme à iris placé à 35 cm offre une

meilleure image.

• Des objets transparents (préparations) peuvent éga-

lement être utilisés. Le facteur d'agrandissement de ce modèle n'est pas très important. Dans la pratique, les écarts entre les foyers sont plus petits.

17.3 Réalisation

• La lentille f = +100 mm sert d'objectif. La diaposi- tive est représentée nette à l'écran. La mise au point de l'image peut être corrigée en déplaçant la source lumineuse.

• On peut éliminer les erreurs de lentille en plaçant le diaphragme à iris en position 38 cm.

Expérience 19 : Modèle d'une lunette astronomique

19.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Lentille convexe f = +300 mm U17105

• 2 coulisseaux 75 mm U17160

19.2 Montage

• Placer la lentille f = +100 mm en position 0.

• Lentille f = +300 mm déplaçable.

19.3 Réalisation

• Viser un objet à au moins 10 m à travers la lentille

f = +100 mm.

• Déplacer la lentille f = +300 mm sur le banc, jus-

qu'à ce que l'objet soit net. L'image est inversée et lumineuse.

Expérience 20 : Modèle d'un appareil photo

20.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Diaphragme à iris U17010

• Ecran de projection U17125

• 2 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

20.2 Montage

• Placer la lentille f = +100 mm en position 30 cm.

• Ecran de projection déplaçable.

20.3 Réalisation

• Orienter le banc optique vers un objet et essayer

d'obtenir une image nette en déplaçant l'écran vers la lentille. L'image est inversée.

• En plaçant le diaphragme à iris derrière la lentille,

on obtient une image plus nette, mais moins lumineuse. Dans ce cas, la profondeur de champ n'est pas critique.

Expérience 21 : Modèle d'une lunette hollandaise

21.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lentille concave f = –100 mm U17106

• Lentille convexe f = +300 mm U17105

• 2 coulisseaux 75 mm U17160

21.2 Montage

• Placer la lentille f = +300 mm en position 30 cm.

• Lentille f = –100 mm déplaçable.

21.3 Réalisation

• Viser un objet à au moins 10 m à travers la lentille

f = –100 mm.

• Déplacer la lentille f = +300 mm sur le banc, jus-

qu'à ce que l'objet soit net. L'image est à l'endroit et lumineuse.

Expérience 22 : Polarisation, modèle d'un polarimètre

22.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Porte-objet sur manche U17000

• Porte-objet orientable U17001

• Table à prismes U17020

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Cuvette ronde U14313

• Filtres de polarisation U40129

• Ecran de projection U17125

• 6 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

22.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Placer la lentille f = +50 mm en position 8,5 cm.

• Porte-objet en position 13,5 cm.

• Table à prismes en position 20 cm.

• Porte-objet orientable à 28 cm

• Ecran de projection à 100 cm.

22.3 Réalisation

• A l'écran, on peut voir le filament de la lampe.

• Superposer les deux filtres de polarisation et les

tourner, jusqu'à ce qu'ils laissent passer le maximum de lumière. Les placer dans cette position dans le porte-objet.

• Le porte-objet sert de polariseur, le support orien-

table d'analyseur.

• Tourner le support orientable jusqu'à ce que le fi-

lament de la lampe ne soit plus visible à l'écran. Les filtres sont alors disposés en croix.

• Placer la cuvette ronde avec une solution de sucre

sur la table à prismes et la lentille f = +100 mm en position 37,5 cm.

• La solution de sucre entraîne une rotation du plan de polarisation, de sorte que de la lumière est de nouveau visible à l'écran.

• Selon la concentration de la solution, il n'est plus nécessaire de tourner l'analyseur pour masquer la lumière.

Expérience 23 : Prisme à vision directe, spectre d'absorption

23.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Lampe pour expériences U17140

• Table à prismes U17020

• Fente réglable U17015

• Support pour prisme à vision directe U17025

• Prisme à vision directe U14020

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Cuvette rectangulaire U17129

• Jeu de filtres couleur U21878

• Ecran de projection U17125

• 5 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Permanganate de potassium (KmnO

)

• Alimentation enfichable U13900

23.2 Montage

• Placer la lampe verticalement en position 0.

• Placer la lentille f = +50 mm en position 8,5 cm.

• Fente réglable à 14 cm

• Lentille f = +100 mm à 8,5 cm.

• Ecran de projection à 100 cm.

23.3 Réalisation

• Tourner la lentille f = +100 mm pour obtenir une image nette de la fente à l'écran. L'image doit présenter une largeur d'environ 3 mm.

• Positionner le prisme à vision directe dans le support en position 26,5 cm, de telle sorte que les surfaces polies soient à la verticale et que le rayon lumineux passe en leur centre. Le cas échéant, corriger à l'aide de la source lumineuse et de la lentille d'image.

• En ajustant la fente réglable, on peut obtenir un spectre plus intensif et net.

• Cet agencement représente la position de base pour toutes les expériences réalisées avec le prisme à vision directe.

• Comme la lampe à halogène est un corps solide, le spectre est continu.

• Si à présent on place un filtre couleur (par ex. rouge) devant le prisme, on obtient une bande noire à l'en-

droit rouge dans le spectre. Il s'agit d'un spectre d'absorption.

• A la place du filtre couleur, on peut aussi mettre la

cuvette, remplie par ex. d'une solution de permanganate de potassium dans de l'eau, sur la table à prismes devant le prisme. On obtient ainsi plusieurs bandes noires dans le spectre.

Expérience 24 : Spectre de raies

24.1 Appareils :

• Banc optique U17150

• Bobine pour lampes spectrales U21905

• Lampes spectrales, par ex. U13033

• Fente réglable U17015

• Support pour prisme à vision directe U17025

• Prisme à vision directe U14020

• Lentille convexe f = +50 mm U17101

• Lentille convexe f = +100 mm U17102

• Ecran de projection U17125

• 5 coulisseaux 75 mm U17160

• 1 coulisseau 30 mm U17161

• Alimentation enfichable U13900

24.2 Montage 1

• Placer le support avec la lampe spectrale en posi-

tion 0.

• Placer la lentille f = +50 mm en position 5 cm.

• Fente réglable à 10 cm

• Lentille f = +100 mm à 21,5 cm.

• Ecran de projection à 100 cm.

24.3 Réalisation

• Après avoir allumé la lampe spectrale, attendre

environ cinq minutes, jusqu'à ce que la lampe brille à une intensité maximale.

• Tourner la lentille f = +100 mm pour obtenir une

image nette de la fente à l'écran.

• Positionner le prisme à vision directe dans le sup-

port en position 26,5 cm, de telle sorte que les surfaces polies soient à la verticale et que le rayon lumineux passe en leur centre. Le cas échéant, corriger à l'aide de la source lumineuse et de la lentille d'image.

• On obtient un spectre de raies du mercure.

• En ajustant la fente réglable, on peut obtenir un

spectre plus intense et net.

24.4 Montage 2

• Pour obtenir des lignes très prononcées, on peut

procéder au montage suivant. Les raies ont alors la même taille que la fente.

• Placer le support avec la lampe spectrale en posi-

tion 0.

• Placer la lentille f = +50 mm en position 5 cm.

• Fente réglable à 10 cm

• Lentille f = +100 mm à 21,5 cm.

• Prisme à vision directe en position 26,5 cm.

• Ecran de projection à 50 cm.

3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Allemagne • www.3bscientific.com • Sous réserve de modifications techniques

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Esperimenti principali relativi all’ottica eseguiti

sul banco ottico U17150

Istruzioni per l’uso

1/05 MH

PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

Panoramica degli esperimenti:

Esperimento 1: dimostrazione di diversi fasci di raggi Esperimento 2: riflessione di un fascio luminoso su

uno specchio piano

Esperimento 3: riflessione di un fascio di raggi su uno

specchio piano

Esperimento 4: riflessione di un fascio di raggi su uno

specchio concavo e/o convesso Esperimento 5: legge di rifrazione di Snellius Esperimento 6: rifrazione su una piastra pianparal-

lela Esperimento 7: rifrazione su un prisma Esperimento 8: prisma di inversione Esperimento 9: lenti concave e concesse Esperimento 10: formula delle lenti e ingrandimento Esperimento 11: formule delle lenti e ingrandimento,

rappresentazione virtuale Esperimento 12: formula delle lenti e ingrandimento,

oggetto virtuale Esperimento 13: difetto delle lenti, aberrazione sferica 1 Esperimento 14: difetto delle lenti, aberrazione sferica 2 Esperimento 15: difetto delle lenti, aberrazione croma-

tica Esperimento 16: modello di una camera obscura Esperimento 17: modello di un proiettore per diaposi-

tive Esperimento 18: modello di un microscopio Esperimento 19: modello di un cannocchiale astrono-

mico Esperimento 20: modello di una fotocamera Esperimento 21: modello di un cannocchiale galileia-

no Esperimento 22: polarizzazione, modello di un polari-

metro Esperimento 23: prisma a visione diretta, spettro di

assorbimento Esperimento 24: spettro lineare

2. Esempi di esperimenti

Esperimento 1: dimostrazione di diversi fasci di raggi

1.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Cinque fenditure dal U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Schermo di proiezione U17125

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

1.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 10 cm.

• Il portaoggetti con cinque fenditure orizzontalmen-

te sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Lo schermo di proiezione sul cavaliere piccolo.

1.3 Esecuzione

• Senza l'utilizzo della lente collettrice il fascio di

raggi è divergente.

• Impiegando una lente collettrice sulla posizione

25 cm, si ottiene un fascio di raggi parallelo.

• Allontanando la lente collettrice dalla sorgente lu-

minosa, viene prodotto un fascio di raggi convergente.

1. Avvertenze per la sicurezza

• Attenzione! Le lampade si surriscaldano in caso di

funzionamento protratto.

• Non pulire gli elementi ottici con liquidi aggressivi

o solventi. Rischio di danneggiamento!

Esperimento 2: riflessione di un fascio luminoso su uno specchio piano

2.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Una fenditura da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Specchio piano da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

2.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 10 cm.

• Il portaoggetti con una fenditura orizzontalmente

sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Il disco ottico con lo specchio piano sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

2.3 Esecuzione

• Fissare lo specchio piano sul disco ottico sulla li-

nea 90 ° - 90 °.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

fascio luminoso incidente venga riflesso sulla linea 0 °.

• Ruotando il disco, conferma della legge di rifles-

sione: angolo di incidenza uguale all'angolo di emergenza

3.3 Esecuzione

• Fissare lo specchio piano sul disco ottico sulla li-

nea 90 ° - 90 °.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

raggio luminoso centrale scorra sulla linea 0 ° e tutti i raggi si riflettano in se stessi.

• Ruotando il disco si dimostra che un fascio di raggi

che cade parallelo è parallelo anche dopo la riflessione.

• Allontanando la lente dalla sorgente luminosa si

può dimostrare che un fascio di raggi convergente viene riflesso in modo convergente.

• Senza l'utilizzo della lente collettrice è possibile

dimostrare che un fascio di raggi divergente è divergente anche dopo la riflessione.

Esperimento 3: riflessione di un fascio di raggi su uno specchio piano

3.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Cinque fenditure da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Specchio piano da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

3.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 10 cm.

• Il portaoggetti con cinque fenditure orizzontalmen-

te sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Il disco ottico con lo specchio piano sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

Esperimento 4: riflessione di un fascio di raggi su uno specchio concavo e/o convesso

4.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Cinque fenditure da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Specchio da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

4.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 10 cm.

• Il portaoggetti con cinque fenditure orizzontalmen-

te sulla posizione 20 cm.

• Lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Disco ottico con lo specchio convesso sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

4.3 Esecuzione

• Fissare lo specchio concavo sul disco ottico sulla

linea 90 ° - 90 °.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

raggio luminoso centrale scorra sulla linea 0 ° e si rifletta in se stesso.

• Produrre un fascio di raggi parallelo mediante la

lente.

• I raggi incidenti vengono riflessi in modo che si in-

contrino in un punto F. Questo punto è il fuoco dello specchio.

• Ripetere l'esperimento con fasci convergenti e di-

vergenti.

• Risultato: uno specchio concavo agisce in modo

convergente.

• Ruotare di 180 ° il disco ottico, in modo che i raggi

incidenti vengano riflessi dallo specchio convesso. Eseguire le fasi indicate sopra.

• Uno specchio convesso agisce in modo divergente.

Esperimento 5: legge di rifrazione di Snellius

5.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Una fenditura da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Corpo semicircolare da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

• Se un fascio luminoso passa da un mezzo con indi-

ce di rifrazione n1 in un altro mezzo con indice di rifrazione n2, è possibile determinarne la deviazione di direzione con la legge d rifrazione di Snellius: sin α / sin ß = constant o sin α / sin ß = n

/ n

α è l'angolo di incidenza nel mezzo n1 e ß è l'angolo di rifrazione nel mezzo n2.

• Tanto più grande è l'angolo di incidenza, quanto

più grande è l'angolo di rifrazione. Se n1 < n2, esiste un angolo critico α. Il raggio interrotto si trova pertanto sulla superficie limite tra i due mezzi. Se l'angolo di incidenza è maggiore dell'angolo critico, non si verifica più alcuna rifrazione e tutta la luce viene riflessa. In tal caso si parla di riflessione totale.

5.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 10 cm.

• Il portaoggetti con una fenditura orizzontalmente

sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Il disco ottico con corpo semicircolare sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

5.3 Esecuzione

• Fissare il corpo semicircolare sul disco ottico sulla

linea 90 ° - 90 ° in modo tale che il lato piano sia rivolto verso la sorgente luminosa.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

raggio luminoso incidente scorra sulla linea 0 ° e si trovi esattamente al centro del corpo semicircolare. Il fascio luminoso scorre quindi ininterrotto sulla linea 0 °.

• Ruotando il disco si interrompe il fascio luminoso

diretto verso la perpendicolare incidente.

• Ruotare ora il disco di 180 °, in modo che il disco

convesso sia rivolto verso la sorgente luminosa. il fascio luminoso viene ora interrotto dalla perpendicolare emergente.

Esperimento 6: rifrazione su una piastra pianparallela

6.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Una fenditura da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Corpo trapezoidale da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

6.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 5 cm.

• Il portaoggetti con una fenditure orizzontalmente

sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Il disco ottico con corpo trapezoidale sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

6.3 Esecuzione

• Fissare il corpo trapezoidale sul disco ottico sulla

linea 90 ° - 90 ° in modo tale che il lato lungo sia rivolto verso la sorgente luminosa. La parte centrale del corpo trapezoidale agisce come una piastra pianparallela.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

raggio luminoso incidente scorra sulla linea 0 ° e non venga interrotto dal corpo trapezoidale.

• Ruotare il disco in modo che il raggio venga inter-

rotto.

• La direzione del raggio non viene modificata.

• Il raggio uscente viene spostato del valore d. Con

spessore della piastra h, d è uguale a:

α−β

sin

()

Esperimento 7: rifrazione su un prisma

7.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Una fenditura da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Corpo trapezoidale da U17128

• Prisma rettangolare da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

7.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 5 cm.

• Il portaoggetti con una fenditura orizzontalmente

sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Il disco ottico con corpo trapezoidale sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

7.3 Esecuzione

• Fissare il corpo trapezoidale sul disco ottico sulla

linea 90 ° - 90 ° in modo tale che l'angolo acuto sia rivolto verso l'alto.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

fascio luminoso incidente scorra sulla linea 0 °.

• Dopo avere ruotato il disco, il fascio luminoso cade

sulla parte superiore del corpo trapezoidale, che quindi funge da prisma.

• In un prisma acrilico un fascio luminoso incidente

cos

viene interrotto nel punto A verso la perpendicolare incidente. Sul punto di uscita B la rifrazione si verifica lontano dalla perpendicolare incidente. La somma di tutti gli angoli di rifrazione è l'angolo di deflessione δ. Si tratta dell'angolo che si forma tra il fascio luminoso incidente e quello uscente.

• È possibile dimostrare che l'angolo di incidenza α, in caso di angolo di deflessione minima δ l'angolo di uscita ß. Il raggio interrotto scorre quindi nel prisma parallelo al lato che non viene attraversato.

Esperimento 8: prisma di inversione

8.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Una fenditura e cinque fenditure da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Prisma rettangolare da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

8.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente sulla posizione 5 cm.

• Il portaoggetti con una e/o cinque fenditure orizzontalmente sulla posizione 20 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 25 cm.

• Il disco ottico con prisma rettangolare sul cavaliere

piccolo in posizione 40 cm.

8.3 Esecuzione

• Fissare il prisma rettangolare sul disco ottico sulla linea 90 ° - 90 °, in modo che l'angolo retto si trovi sulla linea 0 ° e sia rivolto verso la sorgente luminosa.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il fascio luminoso incidente scorra sulla linea a 0 °.

• Ruotando il disco è possibile osservare tutti i fenomeni descritti in precedenza.

• Con un determinato angolo (angolo limite) il raggio viene completamente riflesso.

• Utilizzando le 5 fenditure è possibile dimostrare che i raggi vengono rigettati in modo inverso.

, è uguale al-

min

Esperimento 9: lenti concave e concesse

9.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Cinque fenditure da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Disco ottico U17128

• Lenti da U17128

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

9.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale orizzontalmente

sulla posizione 10 cm.

• Il portaoggetti con cinque fenditure orizzontalmen-

te sulla posizione 22 cm.

• La lente collettrice sulla posizione 27 cm.

• Il disco ottico con lente sul cavaliere piccolo.

9.3 Esecuzione

• Collocare la lente convessa in posizione centrale

sul disco ottico.

• Impostare l'altezza del disco in modo tale che il

fascio luminoso incidente centrale scorra sulla linea a 0 °.

• Una lente convessa è una lente collettrice. I fasci

luminosi si incontrano, dopo avere attraversato la lente, nel fuoco F.

• Ripetere l'esperimento con la lente concava.

• I fasci luminosi sono divergenti dopo avere attra-

versato la lente. Non danno forma ad alcun oggetto. Allungati all'indietro, i raggi si incontrano nel fuoco virtuale F'.

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

10.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

e completamente a sinistra.

• Collocare la lente del condensatore f = + 50 mm

direttamente davanti alla lampada.

• Applicare il supporto con diapositiva sulla posizio-

ne 0 e la diapositiva nel supporto in modo tale che "F" si trovi capovolto.

• Lente dell'immagine f = + 100 sulla posizione

12 cm.

• Schermo di proiezione su 100 cm.

10.3 Esecuzione

• Sullo schermo di proiezione si forma un'immagine

nitida della dispositiva.

• La distanza tra la lente dell'immagine e l'oggetto

(diapositiva) viene definita distanza dell'oggetto v.

• La distanza tra la lente dell'immagine e lo scher-

mo di proiezione è la distanza dell'immagine b.

• In questo esperimento v = 12 cm e b = 88 cm con

una distanza focale f = + 100 mm. Ulteriori valori con i quali si forma un'immagine nitida sono:

Distanza dell’oggetto Distanza focale

120 mm 880 mm 130 mm 520 mm 200 mm 200 mm 880 mm 120 mm

• Queste distanze vengono determinate con la for-

mula delle lenti:

11 1

bv f

Esperimento 10: formula delle lenti e ingrandimento

10.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Diapositiva con lettere "F" da U17040

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Lente collettrice f = + 150 mm U17103

• Lente collettrice f = + 200 mm U17104

• Lente collettrice f = + 300 mm U17105

• Schermo di proiezione U17125

• 4 cavalieri 75 mm U17160

• È possibile determinare l'ampliamento mediante

il quoziente di b/v.

• Eseguire l'esperimento con altre lenti

f = + 150 mm, + 200 mm, + 300 mm. Fare in modo che lo schermo rimanga ancora più lontano.

Esperimento 11: formule delle lenti e ingrandimento, rappresentazione virtuale

11.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Diapositiva con lettere "F" da U17040

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Lente collettrice f = + 150 mm U17103

• Lente divergente f = – 200 mm U17107

• Schermo di proiezione U17125

• 4 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

11.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

e completamente a sinistra.

• Collocare la lente del condensatore f = + 50 mm

direttamente davanti alla lampada.

• Applicare il supporto con diapositiva sulla posizio-

ne 0 e la diapositiva nel supporto in modo tale che "F" si trovi capovolto.

• Le lenti collettrici f = + 100 mm e f = + 150 mm

sulla posizione 5 e/o 25 cm.

• Lo schermo di proiezione su 55 cm.

11.3 Esecuzione

• Sullo schermo di proiezione si forma un'immagine

della diapositiva invertita e di grandezza doppia, in caso di distanza focale di 30 cm.

• In base alla formula delle lenti anche la distanza

dell'oggetto è di 30 cm. 1/b + 1/v = 1/f ; 1/300 + 1/v = 1/150 v = 300 mm

• Ne consegue che la rappresentazione virtuale, non

invertita della lente f = 100 mm è di – 5 (ossia 5 cm a sinistra dello 0). Questa immagine ha la stessa grandezza di quella sullo schermo (b = v = 30 cm; b/v = 1). La distanza focale è quindi di – 10 cm (immagine su – 5, lente su + 5). La distanza dell'oggetto è di 5 cm. La formula delle lenti conferma questi valori: 1/b + 1/v = 1/f ; –1/100 + 1/50 = 1/100 f = 100 mm Per l'ingrandimento vale: b/v = 100/–50 = –2

• Se ora si posiziona la lente divergente f = – 200 mm

su 20, la lente collettrice f = + 100 mm e lo scher- mo su 50, si forma nuovamente un'immagine invertita e di metà grandezza alla diapositiva. In base alla formula delle lente la distanza dell'oggetto della lente collettrice è di 20 cm 1/v = 1/f – 1/b = 1/10 – 1/20 = 1/20 e l'ingrandimento: b/v = 1.

• Per la lente divergente la distanza focale è – 10 cm,

in base alla formula delle lenti f = – 20 cm e l'in- grandimento b/v = –10/20 = –1/2.

• Portaoggetti su asta U17000

• Diapositiva con lettere "F" da U17040

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Lente collettrice f = + 150 mm U17103

• Lente divergente f = – 200 mm U17107

• Schermo di proiezione U17125

• 4 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

12.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente e completamente a sinistra.

• Collocare la lente del condensatore f = + 50 mm direttamente davanti alla lampada.

• Applicare il supporto con diapositiva sulla posizione 0 e la diapositiva nel supporto in modo tale che "F" si trovi capovolto.

• La lente dell'immagine f = + 100 sulla posizione 15 cm.

• Lo schermo di proiezione su 45 cm.

12.3 Esecuzione

• Sullo schermo di proiezione si forma un'immagine della diapositiva invertita e di grandezza doppia. Questa immagine viene utilizzata come immagine virtuale, quando tra lo schermo e la lente viene collocata un'altra lente.

• Collocare la lente f = + 150 mm sulla posizione 30 e lo schermo sulla posizione 37,5.

• Si forma un'immagine invertita e di metà grandezza rispetto alla dispositiva. Il fattore di ingrandimento è ora pari a 0,5. La distanza dell'oggetto è – 15 cm, la distanza focale 7,5 cm. Anche in questo caso si può utilizzare la formula delle lenti: 1/b + 1/v = 1/f ; 1/75 –1/150 = 1/150 f = 150 mm

• Se ora la lente collettrice f = + 150 mm viene sosti- tuita con la lente divergente f = – 200 mm sulla posizione 35, con lo schermo sulla posizione 55 si forma un'immagine invertita e di grandezza quadrupla, con una distanza dell'oggetto di – 10 cm e una distanza focale di 20 cm. La formula delle lenti conferma questi valori: –1/100 + 1/200 = –1/200 f = –200 mm

Esperimento 12: formula delle lenti e ingrandimento, oggetto virtuale

12.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

Esperimento 13: difetto delle lenti, aberrazione sferica 1

13.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Cinque fenditure da U17040

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 150 mm U17108

• Diaframma a iride U17010

• Schermo di proiezione U17125

• 5 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

13.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

• Collocare la lente f = + 150 sulla posizione 21 cm.

• Il supporto con le 5 fenditure orizzontali su 26 cm.

• Lo schermo di proiezione su 50 cm.

13.3 Esecuzione

• In caso di lenti sottili i raggi luminosi paralleli ven-

gono interrotti in modo diverso in corrispondenza della zona del bordo e nella parte centrale della lente, così che si formano due fuochi. Questo fenomeno viene definito aberrazione sferica.

• Mediante le 5 fenditure e la lente vengono prodot-

ti 5 raggi luminosi paralleli.

• Orientare lo schermo lungo il banco in modo che i

raggi scorrano lungo lo schermo. Eventualmente ruotare anche la lampada.

• Collocare la lente f = + 50 mm direttamente da-

vanti allo schermo (circa sulla posizione 36 cm). Ora il fuoco, i raggi convergenti e quelli divergenti sono chiaramente visibili. Segnare il fuoco sullo schermo.

• Mediante il diaframma a iride (circa sulla posizio-

ne 31 cm) è ora possibile oscurare i raggi marginali. È possibile osservare uno spostamento del fuoco. Inoltre il fuoco è rappresentato in modo chiaramente più nitido.

• Collocare la lente f = + 50 sulla posizione 11 cm.

• Il supporto con il diaframma di apertura su 6 cm.

• Lo schermo di proiezione su 50 cm.

14.3 Esecuzione

• Mediante la lente rappresentare sullo schermo il

filo ad incandescenza della lampadina nel modo più nitido possibile.

• Collocare il diaframma di apertura sul banco otti-

co. Delimitando i fasci luminosi esterni si forma un'immagine ancora più nitida.

• La variazione della nitidezza dell'immagine viene

prodotta dallo spostamento del fuoco.

Esperimento 15: difetto delle lenti, aberrazione cromatica

15.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Diaframma di apertura da U17040

• Lente collettrice f = +150 mm U17103

• Schermo di proiezione U17125

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

15.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

• Collocare la lente f = + 150 sulla posizione 23 cm.

• Schermo di proiezione su 95 cm.

Esperimento 14: difetto delle lenti, aberrazione sferica 2

14.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Diaframma di apertura da U17040

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Schermo di proiezione U17125

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

14.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

15.3 Esecuzione

• Mediante la lente rappresentare sullo schermo il

filo ad incandescenza della lampadina nel modo più nitido possibile.

• Spostando lo schermo a destra il bordo dell'imma-

gine si colora di azzurrino. Se lo schermo viene spostato verso sinistra, il colore del bordo passa nel settore rosso.

• La variazione cromatica è causata dal fatto che i

fasci luminosi che si trovano al centro della lente e quelli sul bordo vengono interrotti in modo diverso. Questo fenomeno viene definito spostamento cromatico o aberrazione cromatica.

• Se ora si posiziona il diaframma di apertura dietro

la lente (sulla posizione 28 cm) si forma un'immagine estremamente nitida del filo ad incandescenza della lampadina senza spostamento cromatico.

• In pratica l'aberrazione cromatica viene ampiamen-

te eliminata dalle lenti mediante una combinazione di lenti collettrici e divergenti.

• Le lenti senza aberrazione sferica sono lenti asferi-

che, quelle senza aberrazione cromatica si chiamano lenti acromatiche.

Esperimento 16: modello di una camera obscura

16.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Diapositiva con lettere "F" da U17040

• Lente collettrice f = + 150 mm U17103

• Schermo di proiezione U17125

• 3 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

• Collocare la lente del condensatore f = + 50 sulla

posizione 10 cm.

• Il portaoggetti sulla posizione 15 cm. La dispositiva deve trovarsi capovolta sul supporto.

• Lente f = + 100 mm su 27 cm.

• Schermo di proiezione su 100 cm.

17.3 Esecuzione

• La lente f = + 100 mm serve come obiettivo. La diapositiva viene rappresentata nitidamente sullo schermo.La nitidezza dell'immagine può essere corretta spostando la sorgente luminosa.

• È possibile correggere gli errori della lente collocando il diaframma a iride sulla posizione 38 cm.

16.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

• Il supporto con la diapositiva sulla posizione 14 cm.

• Collocare la lente f = + 150 sulla posizione 32 cm.

• Lo schermo di proiezione su 84 cm.

16.3 Esecuzione

• La lettera "F" viene rappresentata in modo nitido e

invertita sullo schermo.

Esperimento 17: modello di un proiettore per diapositive

17.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Diapositiva

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Diaframma a iride U17010

• Schermo di proiezione U17125

• 5 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

17.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

Esperimento 18: modello di un microscopio

18.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Lente collettrice f = + 150 mm U17103

• Diaframma a iride U17010

• Schermo di proiezione U17125

• 5 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

18.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente sulla posizione 0.

• Il portaoggetti sulla posizione 25 cm. Come oggetto viene utilizzata una moneta, che viene fissata con nastro adesivo al centro del supporto.

• Collocare la lente f = + 50 sulla posizione 30 cm.

• Lente f = + 100 mm su 54 cm.

• Schermo di proiezione su 100 cm.

18.3 Esecuzione

• La lente f = +50 mm serve come obiettivo.

• La lente f = + 100 mm rappresenta l'oggetto niti-

damente sullo schermo.

• Spegnere l'illuminazione e allontanare lo schermo.

• Collocare la lente f = + 150 sulla posizione 74 cm.

Assieme alla lente f = + 100 mm forma l'oculare.

• L'immagine virtuale della moneta viene percepita come se si guardasse attraverso la lente f = + 150 mm.

• Il diaframma a iris collocato sulla posizione 35 cm produce un'immagine migliore.

• Possono essere utilizzati anche oggetti trasparenti

(preparati). Il fattore di ingrandimento in questo modello non è molto grande. Nella realtà le distanze focali sono molto più piccole.

Esperimento 19: modello di un cannocchiale astronomico

19.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Lente collettrice f = + 300 mm U17105

• 2 cavalieri 75 mm U17160

Esperimento 21: modello di un cannocchiale galileiano

21.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lente divergente f = – 100 mm U17106

• Lente collettrice f = + 300 mm U17105

• 2 cavalieri 75 mm U17160

21.2 Struttura

• Collocare la lente f = + 300 sulla posizione 30 cm.

• La lente f = – 100 mm può essere spostata

19.2 Struttura

• Collocare la lente f = + 100 sulla posizione 0 cm.

• La lente f = + 300 mm può essere spostata

19.3 Esecuzione

• Puntare un oggetto distante (minimo 10 m) attra-

verso la lente f = + 100 mm.

• Spostare la lente f = + 300 mm sul banco fino a

vedere l'oggetto in modo più nitido. L'immagine risulta invertita e intensa.

Esperimento 20: modello di una fotocamera

20.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Diaframma a iride U17010

• Schermo di proiezione U17125

• 2 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

20.2 Struttura

• Collocare la lente f = + 100 sulla posizione 30 cm.

• È possibile spostare lo schermo di proiezione

21.3 Esecuzione

• Puntare un oggetto distante (minimo 10 m) attra-

verso la lente f = – 100 mm.

• Spostare la lente f = + 300 mm sul banco fino a

vedere l'oggetto in modo più nitido. L'immagine risulta verticale e intensa.

Esperimento 22: polarizzazione, modello di un polarimetro

22.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Portaoggetti su asta U17000

• Portaoggetti rotante U17001

• Piano per prisma U17020

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Cuvetta circolare U14313

• Filtro di polarizzazione U40129

• Schermo di proiezione U17125

• 6 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

20.3 Esecuzione

• Orientare il banco ottico su un oggetto e spostan-

do lo schermo in direzione della lente produrre un'immagine nitida. L'immagine è capovolta.

• Collocando il diaframma a iris dietro la lente l'im-

magine risulta più nitida ma anche meno luminosa. In questo caso la nitidezza dell'immagine non è un fattore cruciale.

22.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

• Collocare la lente f = + 50 sulla posizione 8,5 cm.

• Il portaoggetti sulla posizione 13,5 cm.

• Il piano per prisma sulla posizione 20 cm.

• Il portaoggetti girevole su 28 cm

• Lo schermo di proiezione su 100 cm.

22.3 Esecuzione

• Sullo schermo è possibile vedere il filo ad incande-

scenza della lampadina.

• Collocare uno sull'altro i due filtri di polarizzazio-

ne, quindi ruotarli fino a quando lasciano passare il massimo della luce. Collocarli in questa posizione nei portaoggetti.

• Il portaoggetti funge da polarizzatore, il supporto

girevole da analizzatore.

• Ruotare il supporto girevole fino a quando il filo

ad incandescenza della lampadina non si vede più sullo schermo. I filtri risultano quindi incrociati.

• Collocare la cuvetta rotonda con una soluzione zuc-

cherina sul piano per prisma e la lente f = + 100 mm sulla posizione 37,5 cm.

• La soluzione zuccherina viene attraversata da una

rotazione del piano di polarizzazione, così che adesso è possibile vedere di nuovo la luce sullo schermo.

• In base alla concentrazione della soluzione zucche-

rina, l'analizzatore deve essere più o meno ruotato, per raggiungere l'estinzione.

magine deve avere una larghezza di circa 3 mm.

• Collocare il prisma a visione diretta nel supporto sulla posizione 26,5 cm in modo che le superfici affilate siano verticali e che il fascio luminoso le attraversi al centro. Eventualmente correggere mediante la sorgente luminosa e la lente dell'immagine.

• Regolando la fenditura impostabile, è possibile regolare lo spettro in modo più intenso e più nitido.

• Questa installazione è la posizione di partenza per tutti gli esperimenti con il prisma a visione diretta.

• Poiché la lampada alogena è un corpo solido, nel caso dello spettro si tratta di uno spettro continuo.

• Se ora viene collocato un filtro colorato davanti al prisma (ad es. rosso), nello spettro in corrispondenza del punto rosso si forma una fascia nera. Questo spettro è uno spettro di assorbimento.

• Al posto del filtro colorato è possibile collocare anche la cuvetta, riempita ad es. con una soluzione di potassio permanganato in acqua, sul piano per prisma davanti al prisma. Si formano quindi numerose bande nere nello spettro

Esperimento 23: prisma a visione diretta, spettro di assorbimento

23.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Lampada sperimentale U17140

• Piano per prisma U17020

• Fenditura impostabile U17015

• Supporto per prisma a visione diretta U17025

• Prisma a visione diretta U14020

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Cuvetta, rettangolare U17129

• Set filtro colorato U21878

• Schermo di proiezione U17125

• 5 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Potassio permanganato (KmnO

)

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

23.2 Struttura

• Collocare la lampada sperimentale verticalmente

sulla posizione 0.

• Collocare la lente f = + 50 sulla posizione 8,5 cm.

• Fenditura impostabile su 14 cm.

• Lente f = + 100 mm su posizione 8,5 cm.

• Schermo di proiezione su 100 cm.

23.3 Esecuzione

• Spostando la lente f = + 100 mm produrre un'im-

magine nitida della fenditura sullo schermo. L'im-

Esperimento 24: spettro lineare

24.1 Apparecchi:

• Banco ottico U17150

• Bobina di reattanza per le lampade spettrali

U21905

• Lampade spettrali ad es. U13033

• Fenditura impostabile U17015

• Supporto per prisma a visione diretta U17025

• Prisma a visione diretta U14020

• Lente collettrice f = + 50 mm U17101

• Lente collettrice f = + 100 mm U17102

• Schermo di proiezione U17125

• 5 cavalieri 75 mm U17160

• 1 cavaliere 30 mm U17161

• Corrente alimentatore ad innesto U13900

24.2 Struttura 1

• Collocare il supporto con la lampada spettrale sulla posizione 0.

• Collocare la lente f = + 50 sulla posizione 5 cm.

• Fenditura impostabile su 10 cm.

• Lente f = + 100 mm su posizione 21,5 cm.

• Schermo di proiezione su 100 cm.

24.3 Esecuzione

• Dopo aver acceso la lampada spettrale attendere circa 5 minuti fino a quando la lampada si accende con un'intensità massima.

• Spostando la lente f = + 100 mm produrre un'im-

magine nitida della fenditura sullo schermo.

• Collocare il prisma a visione diretta nel supporto

sulla posizione 26,5 cm in modo che le superfici affilate siano verticali e che il fascio luminoso le attraversi al centro. Eventualmente correggere mediante la sorgente luminosa e la lente dell'immagine.

• Si forma uno spettro lineare di mercurio.

• Regolando la fenditura impostabile, è possibile re-

golare lo spettro in modo più intenso e più nitido.

24.4 Struttura 2

• Per ottenere linee molto intense, può essere ese-

guita la seguente struttura. Le linee spettrali sono delle stesse dimensioni della fenditura.

• Collocare il supporto con la lampada spettrale sul-

la posizione 0.

• Collocare la lente f = + 50 sulla posizione 5 cm.

• La fenditura impostabile su 10 cm.

• La lente f = + 100 mm sulla posizione 21,5 cm.

• Il prisma a visione diretta sulla posizione 26,5 cm.

• Lo schermo di proiezione su 50 cm.

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Experimentos básicos en el banco de óptica U17150

Instrucciones de uso

1/05 MH

PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

PHYSICSPHYSICS

Resumen de experimentos:

Experimento 1: Demostración de diferentes haces de

rayos

Experimento 2: Reflexión de un haz de luz sobre un

espejo plano

Experimento 3: Reflexión de un haz de rayos sobre

un espejo plano

Experimento 4: Reflexión de un haz de rayos sobre

un espejo hueco o curvado Experimento 5: Ley de refracción de Snellius Experimento 6: Refracción sobre una placa planopa-

ralela Experimento 7: Refracción sobre un prisma Experimento 8: Prisma de retorno Experimento 9: Lentes cóncavas y convexas Experimento 10: Fórmula del lente y ampliación Experimento 11: Fórmulas del lente y ampliación, re-

flejo virtual Experimento 12: Fórmulas del lente y ampliación,

objeto virtual Experimento 13: Error de lente, aberración esférica 1 Experimento 14: Error de lente, aberración esférica 2 Experimento 15: Error de lente, aberración cromática Experimento 16: Modelo de una cámara oscura Experimento 17: Modelo de un proyector de diaposi-

tivas Experimento 18: Modelo de un microscopio Experimento 19: Modelo de un telescopio astronómi-

co Experimento 20: Modelo de una cámara fotográfica Experimento 21: Modelo de un telescopio holandés Experimento 22: Polarización, modelo de un polarí-

metro Experimento 23: Prisma de visión directa, espectro de

absorción Experimento 24: Espectro lineal

2. Ejemplos de experimentos

Experimento 1: Demostración de diferentes haces de rayos

1.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla quíntuple de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Pantalla de proyección U17125

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

1.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 10 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla quíntuple en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Pantalla de proyección sobre la corredera peque-

ña.

1.3 Ejecución

• El haz de rayos es divergente si no se emplea la

lente colectora.

• Si se emplea la lente colectora, en la posición de

25 cm, se obtiene un haz de rayos paralelos.

• Al alejar la lente colectora de la fuente de luz se

genera un haz de rayos convergente.

1. Aviso de seguridad

• ¡Cuidado! Las lámparas se calientan tras un largo

periodo de servicio.

• Los elementos ópticos no se deben limpiar con lí-

quidos agresivos ni con soluciones. ¡Peligro de daños!

Experimento 2: Reflexión de un haz de luz sobre un espejo plano

2.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla sencilla de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Espejo plano de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

2.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 10 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla sencilla en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Disco óptico con espejo plano sobre la corredera

pequeña a 40 cm.

2.3 Ejecución

• Fijar el espejo plano sobre el disco óptico en la lí-

nea de 90°-90°.

• Ajustar la altura de la corredera de manera que el

rayo de luz incidente se refleje sobre la línea de 0°.

• Al girar la corredera, se comprueba la ley de re-

flexión, esto es, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

• Disco óptico con espejo plano sobre la corredera

pequeña a 40 cm.

3.3 Ejecución

• Fijar el espejo plano sobre el disco óptico en la lí-

nea de 90°-90°.

• Ajustar la altura de la corredera de manera que el

rayo de luz central pase por la línea de 0° y todos los rayos se reflejen sí mismos.

• Al girar la corredera, se demuestra que un haz de

rayos paralelo continúa siendo paralelo después de sufrir la reflexión.

• Al alejar la lente de la fuente de luz, se puede de-

mostrar que un haz de rayos convergente se refleja de manera convergente.

• Sin emplear la lente colectora se puede demostrar

que un haz de rayos divergente continúa siendo divergente después de sufrir la reflexión.

Experimento 3: Reflexión de un haz de rayos sobre un espejo plano

3.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla quíntuple de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Espejo plano de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

3.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 10 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla quíntuple en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

Experimento 4: Reflexión de un haz de rayos sobre un espejo hueco o curvado

4.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla quíntuple de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Espejo de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

4.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 10 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla quíntuple en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Disco óptico con espejo convexo sobre la corredera

pequeña a 40 cm.

4.3 Ejecución

• Fijar el espejo hueco sobre el disco óptico en la

línea de 90°-90°.

• Ajustar la altura del disco de manera que el rayo

de luz central pase por la línea de 0° y se refleje en sí mismo.

• Generar un haz de rayos paralelo por medio de la

lente.

• Los rayos incidentes se reflejan de manera que se

vuelven a encontrar en un punto F. Este punto es el punto de refracción del espejo.

• Repetir el ensayo con rayos convergentes y diver-

gentes.

• Resultado: Un espejo hueco actúa de manera con-

vergente.

• Girar el disco ópitco 180°, de manera que los rayos

incidentes se reflejen desde el espejo curvado. Ejecutar los pasos descritos anteriormente.

• Un espejo curvado actúa de manera divergente.

Experimento 5: Ley de refracción de Snellius

5.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla sencilla de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Cuerpo semicircular de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

• Girar ahora el disco 180°, de manera que el disco

curvado señale hacia la fuente de luz. Ahora, la norlam de incidencia corta el rayo de luz.

• Cuando un rayo de luz pasa de un medio con un

índice de refracción n1 a otro medio con un índice de refracción n2 su cambio de dirección se determina por medio de la ley de refracción de Snellius: sin α / sin ß = constante o sin α / sin ß = n

/ n1,

en donde α es el ángulo de incidencia en el medio

n1 y ß es el ángulo de refracción en el medio n2.

• Mientras mayor sea el ángulo de incidencia, mayor

será el ángulo de refracción. Si n1 < n2, existe un ángulo crítico α. El rayo cortado se encuentra en- tonces en la superficie limitante de ambos medios. Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico, entonces ya no se encuentra presente ninguna refracción y se refleja toda la luz. En este caso se habla de reflexión total.

5.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 10 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla sencilla en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Disco óptico con cuerpo semicircular sobre la co-

rredera pequeña a 40 cm.

5.3 Ejecución

• Fijar el cuerpo semicircular sobre el disco óptico

en la línea de 90°-90°, de manera que el lado plano señale hacia la fuente de luz.

• Ajustar la altura del disco de manera que el rayo

de luz central pase por la línea de 0° e incida exactamente en el centro del cuerpo semicircular. El rayo de luz corre ininterrumpidamente sobre la línea de 0°.

• Al girar la corredera, el rayo de luz se rompe hacia

la normal de incidencia.

Experimento 6: Refracción sobre una placa planoparalela

6.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla sencilla de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Cuerpo trapezoidal de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

6.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 5 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla sencilla en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Corredera óptica con cuerpo trapezoidal sobre la

corredera pequeña a 40 cm.

6.3 Ejecución

• Fijar el cuerpo trapezoidal sobre el disco óptico en

la línea de 90°-90°, de manera que el lado largo señale hacia la fuente de luz. La parte central del cuerpo trapezoidal actúa como una placa planoparalela.

• Ajustar la altura del disco de manera que el rayo

de luz incidente pase por la línea de 0° y no se corte por el cuerpo trapezoidal.

• Girar el disco de manera que el rayo se interrum-

pa.

• Esto no modifica la dirección del rayo.

• El rayo de salida se ha desplazado en una distancia

d. Si se tiene un espesor de placa h, para d se obtiene:

α−β

sin

()

cos

• Ajustar la altura del disco de manera que el rayo

de luz incidente recorra la línea de 0°.

• Al girar el disco, el rayo de luz incide sobre la parte

superior del cuerpo trapezoidal que hace las veces de prisma.

• En un prisma acrílico, un rayo de luz incidente so-

bre el punto A se corta hacia la normal del eje de incidencia. En el punto de reflexión B, la refracción aparta de la normal el eje de incidencia. La suma de todos los ángulos de refracción conforma el ángulo de desvío δ. Se trata del ángulo entre la luz incidente y el rayo de luz reflejado.

• Se puede demostrar que el ángulo de incidencia α, con el mínimo ángulo de desvío δ ángulo de reflexión ß. El rayo interrumpido pasa por el prisma paralelamente al lado por el que no pasa la luz.

es igual al

min

Experimento 7: Refracción sobre un prisma

7.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla sencilla de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Cuerpo trapezoidal de U17128

• Prisma rectangular de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

7.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 5 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla sencilla en

posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Disco óptico, con cuerpo trapezoidal, sobre la co-

rredera pequeña a 40 cm.

7.3 Ejecución

• Fijar el cuerpo trapezoidal sobre el disco óptico en

la línea de 90°-90°, de manera que el ángulo agudo señale hacia arriba.

Experimento 8: Prisma de retorno

8.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rendija sencilla y quíntuple de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Prisma rectangular de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

8.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición de 5 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla sencilla o quíntuple en posición horizontal de 20 cm.

• Lente colectora en posición de 25 cm.

• Disco óptico, con prisma rectangular, sobre la co-

rredera pequeña a 40 cm.

8.3 Ejecución

• Fijar el prisma rectangular sobre el disco óptico, en la línea de 90°-90°, de manera que el ángulo recto descanse sobre la línea de 0° y señale hacia la fuente luminosa.

• Ajustar la altura del disco de manera que el rayo de luz incidente recorra la línea de 0°.

• Al girar la corredera, se pueden observar todos los fenómenos descritos previamente.

• Con un ángulo determinado (ángulo límite) el rayo

se refleja completamente.

• Si se emplea la rejilla quíntuple se puede demos-

trar que los rayos se reflejan en sentido inverso.

Experimento 9: Lentes cóncavas y convexas

9.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla quíntuple de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Disco óptico U17128

• Lente de U17128

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

9.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en la posición

de 10 cm.

• Colocar el portaobjetos con la rejilla quíntuple en

posición horizontal de 22 cm.

• Lente colectora en posición de 27 cm.

• Disco óptico, con lente, sobre la corredera peque-

ña.

9.3 Ejecución

• Emplazar la lente convexa centrada en relación con

el disco óptico.

• Ajustar la altura del disco de manera que el rayo

de luz incidente central recorra la línea de 0°.

• Una lente convexa es una lente colectora. Los ra-

yos de luz, después del recorrido a través de la lente, se reencuentran en el punto de refracción F.

• Repetir el ensayo con la lente cóncava.

• Después de atravesar la lente, los rayos de luz se

vuelven divergentes. No reflejan ningún objeto. Si se prolongan hacia atrás, se encuentran en el punto virtual de refracción F'.

Experimento 10: Fórmula del lente y ampliación

10.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diapositiva con letra "F" de U17040

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Lente colectora f = +150 mm U17103

• Lente colectora f = +200 mm U17104

• Lente colectora f = +300 mm U17105

• Pantalla de proyección U17125

• 4 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

10.2 Montaje

• Emplazar la lámpara de experimentación, comple-

tamente a la izquierda, en posición vertical.

• Colocar la lente condensadora f = +50 mm direc-

tamente delante de la lámpara.

• Colocar el soporte con diapositiva en la posición 0;

colocar la diapositiva en el soporte de manera que la letra "F" se encuentre de cabeza.

• Lente de reflexión f = +100 en posición de 12 cm.

• Pantalla de proyección a 100 cm

10.3 Ejecución

• En la pantalla de proyección aparece una nítida

representación de la diapositiva.

• La distancia entre la lente de reflexión y el objeto (dia-

positiva) se denomina distancia del objeto v.

• La distancia entre la lente de reflexión y la panta-

lla de proyección es la distancia de imagen b.

• En este experimento, se tienen los valores v = 12 cm

y b = 88 cm para una distancia de refracción f = +100 mm. A continuación, se enumeran otros valores con los que se consigue una representación nítida:

Distancia del objeto Distancia de imagen

120 mm 880 mm 130 mm 520 mm 200 mm 200 mm 880 mm 120 mm

• Estas distancias están determinadas por la fórmu-

la de la lente:

11 1

bv f

• La ampliación se puede determinar por medio de

los cuocientes b/v.

• Ejecutar el experimento con otras lentes:

f = +150 mm, +200 mm, +300 mm. Aquí se debe observar que la pantalla se encuentre más alejada.

Experimento 11: Fórmulas del lente y ampliación, reflejo virtual

11.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diapositiva con letra "F" de U17040

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Lente colectora f = +150 mm U17103

• Lente divergente f = –200 mm U17107

• Pantalla de proyección U17125

• 4 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

11.2 Montaje

• Emplazar la lámpara de experimentación, comple-

tamente a la izquierda, en posición vertical.

• Colocar la lente condensadora f = +50 mm direc-

tamente delante de la lámpara.

• Colocar el soporte con diapositiva en la posición 0;

colocar la diapositiva en el soporte de manera que la letra "F" se encuentre de cabeza.

• Lentes colectoras f = +100 mm y f = +150 mm en

posición de 5 y 25 cm.

• Pantalla de proyección a 55 cm

11.3 Ejecución

• Con una distancia de imagen de 30 cm, en la pan-

talla de proyección aparece una imagen invertida de un tamaño dos veces mayor que el de la diapositiva.

• De acuerdo con la fórmula de la lente, la distancia

del objeto también es igual a 30 cm. 1/b + 1/v = 1/f ; 1/300 + 1/v = 1/150 v = 300 mm

• De ello se deduce que el reflejo virtual, no inverti-

do, de la lente f = 100 mm es igual a 5 (esto es, 5 cm a la izquierda de 0). Esta imagen posee el mismo tamaño que la de la pantalla (b = v = 30 cm; b/v = 1). La distancia de imagen es entonces de –10 cm (imagen a –5 , lente a +5). La distancia del objeto es de 5 cm. La fórmula de la lente confirma estos valores: 1/b + 1/v = 1/f ; –1/100 + 1/50 = 1/100 f = 100 mm Para la ampliación es válido lo siguiente: b/v = 100/–50 = –2

• Si ahora se emplaza la lente divergente f = –200 mm

hacia 20, la lente colectora f = +100 mm y la pantalla hacia 50, vuelve a aparecer una imagen invertida de un tamaño igual a la mitad del de la diapositiva. De acuerdo con la fórmula de la lente, la

distancia del objeto de la lente colectora es igual a 20 cm. 1/v = 1/f – 1/b = 1/10 – 1/20 = 1/20 y la ampliación es: b/v = 1.

• Para la lente de divergencia, la distancia de imagen es de –10 cm, de acuerdo con la fórmula de la lente, f = –20 cm y la ampliación es: b/v = –10/20 = –1/2.

Experimento 12: Fórmulas del lente y ampliación, objeto virtual

12.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diapositiva con letra "F" de U17040

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Lente colectora f = +150 mm U17103

• Lente divergente f = –200 mm U17107

• Pantalla de proyección U17125

• 4 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

12.2 Montaje

• Emplazar la lámpara de experimentación, completamente a la izquierda, en posición vertical.

• Colocar la lente condensadora f = +50 mm direc- tamente delante de la lámpara.

• Colocar el soporte con diapositiva en la posición 0; colocar la diapositiva en el soporte de manera que la letra "F" se encuentre de cabeza.

• Lente de reflexión f = +100 en posición de 15 cm.

• Pantalla de proyección a 45 cm

12.3 Ejecución

• En la pantalla de proyección aparece una representación invertida de tamaño dos veces mayor que el de la diapositiva. Esta imagen se emplea como imagen virtual si se emplaza otra lente entre la pantalla y la lente.

• Posicionar la lente f = +150 mm en la posición 30 y la pantalla en 37,5.

• Aparece una imagen invertida de la mitad del tamaño de la diapositiva. El factor de ampliación es ahora igual a 0,5. La distancia del objeto es de –15 cm, la distancia de imagen es de 7,5 cm. También aquí se puede aplicar la fórmula de la lente: 1/b + 1/v = 1/f ; 1/75 –1/150 = 1/150 f = 150 mm

• Si se reemplaza la lente colectora f = +150 mm por la lente divergente f = –200 mm, en la posi- ción 35, con la pantalla en la posición 55, aparece

una imagen cuatro veces más grande e invertida, con una distancia de objeto de –10 cm y una distancia de imagen de 20 cm. La fórmula de la lente confirma estos valores: –1/100 + 1/200 = –1/200 f = –200 mm

Experimento 13: Error de lente, aberración esférica 1

13.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Rejilla quíntuple de U17040

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +150 mm U17108

• Diafragma de iris U17010

• Pantalla de proyección U17125

• 5 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

13.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de

0 cm.

• Lente f = +150 en posición de 21 cm.

• Soporte con rejilla quíntuple en posición horizon-

tal a 26 cm.

• Pantalla de proyección a 50 cm

13.3 Ejecución

• Con lentes finas, los rayos paralelos, en el área de

los bordes y en la parte central del lente, se cortan de manera diferente, por lo que aparecen dos puntos focales. Este fenómeno se denomina aberración esférica.

• Por medio de la rejilla quíntuple y la lente, se for-

man 5 rayos de luz paralelos.

• Orientar la pantalla a lo largo del banco, de mane-

ra que los rayos se desplacen a lo largo de la pantalla. Dado el caso, también se debe girar la lámpara.

• Colocar la lente f = +50 mm directamente delante

de la pantalla (a aprox. 36 cm). El punto focal, los rayos convergentes, al igual que los divergentes, son ahora claramente visibles. Marcar el punto focal en la pantalla.

• Por medio del diafragma de iris (en posición de

aprox. 31 cm) se pueden suprimir ahora las rayos del borde. Se puede observar un desplazamiento del punto focal. Además, el punto focal se refleja de una manera claramente más nítida.

Experimento 14: Error de lente, aberración esférica 2

14.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diafragma perforado de U17040

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Pantalla de proyección U17125

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

14.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de

0 cm.

• Colocar la lente f = +50 en posición de 11 cm.

• Soporte con diafragma perforado a 6 cm.

• Pantalla de proyección a 50 cm

14.3 Ejecución

• Por medio de la lente, reflejar sobre la pantalla el

filamento incandescente de la lámpara de la manera más nítida posible.

• Emplazar el diafragma perforado sobre el banco

óptico. Si se limitan los rayos de luz externos se obtiene una imagen aún más nítida.

• La variación de la nitidz de la imagen se debe al

desplazamiento del punto focal.

Experimento 15: Error de lente, aberración cromática

15.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diafragma perforado de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17103

• Pantalla de proyección U17125

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

15.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de

0 cm.

• Colocar la lente f = +150 en posición de 23 cm.

• Pantalla de proyección a 95 cm

15.3 Ejecución

• Por medio de la lente, reflejar sobre la pantalla el

filamento incandescente de la lámpara de la manera más nítida posible.

• Al desplazar la pantalla hacia la derecha, el borde

de la imagen adquiere una coloración azulada. Si se desplaza la pantalla hacia la izquierda, entonces el color del borde va hacia el rojo.

• Esta modificación del color se origina debido a que

los rayos de luz del centro de la lente y los del borde se cortan de diferente manera. Este fenómeno se denomina desplazamiento de color o aberración cromática.

• Si ahora se coloca el diafragma perforado por de-

trás de la lente (en la posición 28 cm), se obtiene una imagen nítida del filamento incandescente de la lámpara sin desplazamiento de color.

• En la práctica, se elimina ampliamente la aberra-

ción cromática de las lentes por medio de una combinación de lentes colectoras y divergentes.

• Las lentes sin aberración esférica se denominan

lentes aesféricas, y aquéllas que no poseen aberración cromática se llaman acromáticas.

16.3 Ejecución

• La letra "F" se refleja de manera nítida e invertida sobre la pantalla.

Experimento 17: Modelo de un proyector de diapositivas

17.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diapositiva

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Diafragma de iris U17010

• Pantalla de proyección U17125

• 5 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

17.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de 0 cm.

• Lente condensadora f = +50 en posición de 10 cm.

• Portaobjetos en posición de 15 cm. La diapositiva

debe descansar de cabeza sobre el soporte.

• Lente f = +100 mm a 27 cm.

• Pantalla de proyección a 100 cm

Experimento 16: Modelo de una cámara oscura

16.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Diapositiva con letra "F" de U17040

• Lente colectora f = +150 mm U17103

• Pantalla de proyección U17125

• 3 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

16.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de

0 cm.

• Soporte con diapositiva en la posición de 14 cm.

• Colocar la lente f = +150 en posición de 32 cm.

• Pantalla de proyección a 84 cm

17.3 Ejecución

• La lente f = +100 mm sirve como objetivo. La dia- positiva se refleja nítidamente sobre la pantalla. La nitidez de la imagen se puede corregir desplazando la fuente luminosa.

• Los errores de lente se pueden eliminar emplazando el diafragma de iris en la posición de 38 cm.

Experimento 18: Modelo de un microscopio

18.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Lente colectora f = +150 mm U17103

• Diafragma de iris U17010

• Pantalla de proyección U17125

• 5 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

18.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de

0 cm.

• Portaobjetos en posición de 25 cm. El objeto pue-

de ser una moneda pegada con cinta adhesiva al centro del soporte.

• Colocar la lente f = +50 en posición de 30 cm.

• Lente f = +100 mm a 54 cm.

• Pantalla de proyección a 100 cm

18.3 Ejecución

• La lente f = +50 mm sirve como objetivo.

• La lente f = +100 mm refleja nítidamente el obje-

to sobre la pantalla.

• Desconectar la iluminación y retirar la pantalla.

• Emplazar la lente f = +150 en posición de 74 cm.

En conjunción con la lente f = +100 mm, ésta conforma el ocular.

• Se percibe la imagen virtual de la moneda, como si

se mirara a través de la lente f = +150 mm.

• Si se emplaza el diafragma de iris a 35 cm se obtie-

ne una mejor imagen.

• También se pueden emplear objetos transparentes

(preparados). El factor de ampliación de este modelo no es muy grande. En la práctica, las distancias entre los puntos focales son mucho menores.

• Desplazar la lente f = +300 mm sobre el banco

hasta que el objeto se vea nítidamente. La imagen se presenta invertida y con mucha luminosidad.

Experimento 20: Modelo de una cámara fotográfica

20.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Diafragma de iris U17010

• Pantalla de proyección U17125

• 2 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

20.2 Montaje

• Emplazar la lente f = +100 en la posición de 30 cm.

• Pantalla de proyección desplazable.

20.3 Ejecución

• Orientar el banco óptico hacia un objeto y, despla-

zando la pantalla en dirección de la lente, generar una imagen nítida. La imagen se encuentra de cabeza.

• Al emplazar el diafragma de iris por detrás de la

lente, la imagen se vuelve más nítida pero también menos luminosa. La nitidez de profundidad no es crítica en este caso.

Experimento 19: Modelo de un telescopio astronómico

19.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Lente colectora f = +300 mm U17105

• 2 correderas 75 mm U17160

19.2 Montaje

• Emplazar la lente f = +100 en la posición 0

• Lente f = +300 mm desplazable

19.3 Ejecución

• Avistar un objeto distante (por lo menos 10 m) por

medio de la lente f = +100 mm.

Experimento 21: Modelo de un telescopio holandés

21.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lente divergente f = –100 mm U17106

• Lente colectora f = +300 mm U17105

• 2 correderas 75 mm U17160

21.2 Montaje

• Emplazar la lente f = +300 en la posición de 30 cm.

• Lente f = –100 mm desplazable

21.3 Ejecución

• Avistar un objeto distante (por lo menos 10 m) por

medio de la lente f = –100 mm.

• Desplazar la lente f = +300 mm sobre el banco

hasta que el objeto se vea nítidamente. La imagen se presenta no invertida y con mucha luminosidad.

Experimento 22: Polarización, modelo de un polarímetro

22.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Portaobjetos sobre manguito U17000

• Portaobjetos giratorio U17001

• Mesa de prismas U17020

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Cubeta redonda U14313

• Filtro de polarización U40129

• Pantalla de proyección U17125

• 6 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

22.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de

0 cm.

• Colocar la lente f = +50 en posición de 8,5 cm.

• Portaobjetos en posición de 13,5 cm.

• Mesa de prismas en posición de 20 cm.

• Portaobjetos giratorio a 28 cm

• Pantalla de proyección a 100 cm

22.3 Ejecución

• En la pantalla se observa el filamento incandes-

cente de la lámpara.

• Montar uno sobre otro los filtros de polarización y

luego girarlos hasta que pase la mayor cantidad de luz; en esta posición, emplazarlos en el portaobjetos.

• El portaobjetos sirve como polarizador, el portao-

bjetos girable como analizador.

• Girar el portaobjetos hasta que en la pantalla ya

no se vea el filamento incandescente de la lámpara. Los filtros se encuentran ahora en cruz.

• Emplazar la cubeta redonda, con una solución de

azúcar, sobre la mesa de prismas y la lente f = 100 mm en la posición de 37,5 cm.

• Debido a la presencia de la solución de azúcar, se

presenta un giro del plano de polarización, de manera que ahora se puede volver a ver la luz sobre la pantalla.

• En función de la concentración de la solución de

azúcar, el analizador puede girarse en mayor o en menor medida para alcanzar la extinción.

Experimento 23: Prisma de visión directa, espectro de absorción

23.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Lámpara de experimentación U17140

• Mesa de prismas U17020

• Rejilla ajustable U17015

• Soporte para prisma de visión directa U17025

• Prisma de visión directa U14020

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Cubeta, rectangular U17129

• Juego de filtros de color U21878

• Pantalla de proyección U17125

• 5 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Permanganato de potasio (KMnO

)

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación U13900

23.2 Montaje

• Emplazar la lámpara experimental en posición de 0 cm.

• Colocar la lente f = +50 en posición de 8,5 cm.

• Rejilla ajustable a 14 cm.

• Lente f = +100 mm en posición de 8,5 cm.

• Pantalla de proyección a 100 cm

23.3 Ejecución

• Desplazando la lente f = +100 mm, generar una imagen nítida de la rejilla sobre la pantalla. La imagen debe tener un ancho aproximado de 3 mm.

• Posicionar el prisma de visión directa a 26,5 cm, de manera que las superficies esmeriladas se encuentren en posición vertical y el rayo de luz pase por su mitad. Dado el caso, realizar una corrección por medio de la fuente de luz y la lente de reflexión.

• Regulando la rendija ajustable, se puede ajustar el espectro de manera más intensa y nítida.

• Este arreglo es el punto de partida de todos los experimentos con el prisma de visión directa.

• Dado que la lámpara halógena es un cuerpo sólido, en el caso del espectro, se trata de un espectro continuo.

• Si ahora se emplaza un filtro de color delante del prisma (p. ej.: rojo), en el espectro, en la región roja, se presenta una franja negra. Este espectro es un espectro de absorción.

• En lugar del filtro de color, también se puede colocar por delante del prisma, sobre la mesa de prismas, una cubeta llena, por ejemplo, de una solución de permanganato de magnesio en agua. Ahora se presentan más franjas negras en el espectro.

Experimento 24: Espectro lineal

24.1 Equipo:

• Banco óptico U17150

• Reactancia para lámpara espectrales U21905

• Lámparas espectrales, por ejemplo, U13033

• Rejilla ajustable U17015

• Soporte para prisma de visión directa U17025

• Prisma de visión directa U14020

• Lente colectora f = +50 mm U17101

• Lente colectora f = +100 mm U17102

• Pantalla de proyección U17125

• 5 correderas 75 mm U17160

• 1 corredera 30 mm U17161

• Alimentación de corriente, fuente de alimentación

U13900

24.2 Montaje 1

• Emplazar el soporte con la lámpara espectral en la

posición 0.

• Colocar la lente f = +50 en posición de 5 cm.

• Rejilla ajustable a 10 cm.

• Lente f = +100 mm en posición de 21,5 cm.

• Pantalla de proyección a 100 cm

24.3 Ejecución

• Después de encender la lámpara espectral, espe-

rar aproximadamente 5 minutos hasta que la lámpara alumbre con su máxima intensidad.

• Desplazando la lente f = +100 mm generar una

imagen nítida de la rejilla sobre la pantalla.

• Posicionar el prisma de visión directa a 26,5 cm,

de manera que las superficies esmeriladas se encuentren en posición vertical y el rayo de luz pase por su mitad. Dado el caso, realizar una corrección por medio de la fuente de luz y la lente de reflexión.

• Se origina un espectro lineal de mercurio.

• Regulando la rendija ajustable se puede ajustar el

espectro de manera más intensa y nítida.

24.4 Montaje 2

• Para obtener líneas muy intensas se puede reali-

zar el siguiente montaje. Las líneas espectrales tienen entonces la misma magnitud que la rejilla.

• Emplazar el soporte con la lámpara espectral en la

posición 0.

• Colocar la lente f = +50 en posición de 5 cm.

• Rejilla ajustable a 10 cm.

• Lente f = +100 mm en posición de 21,5 cm.

• Prisma de visión directa en posición de 26,5 cm.

• Pantalla de proyección a 50 cm

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PHYSICSPHYSICS

PHYSICS

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Experiências fundamentais de ótica no banco ótico U17150

Instruções para o uso

1/05 MH

Sinopse das experiências:

Experiência 1: demonstração de diferentes feixes lu-

minosos

Experiência 2: reflexão de um raio luminoso num es-

pelho plano

Experiência 3: reflexão de um feixe de raios lumino-

sos num espelho plano

Experiência 4: reflexão de um feixe luminoso num

espelho côncavo e convexo Experiência 5: Lei da refração de Snellius Experiência 6: refração numa placa plano paralela Experiência 7: refração num prisma Experiência 8: prisma de inversão Experiência 9: lentes côncavas e convexas Experiência 10: fórmula das lentes e ampliação Experiência 11: fórmula das lentes e ampliação, ima-

gem virtual Experiência 12: fórmula das lentes e ampliação, obje-

to virtual Experiência 13: distorção de lente, aberração esférica 1 Experiência 14: distorção de lente, aberração esférica 2 Experiência 15: distorção de lente, aberração cromática Experiência 16: modelo de uma câmera obscura Experiência 17: modelo de um projetor de slides Experiência 18: modelo de um microscópio Experiência 19: modelo de um telescópio astronômico Experiência 20: modelo de uma máquina fotográfica Experiência 21: modelo de um telescópio holandês Experiência 22: polarização, modelo de um polarímetro Experiência 23: prisma de visão direta, espectro de

absorção Experiência 24: espectro de linhas

2. Exemplos de experiências

Experiência 1: demonstração de diferentes feixes luminosos

1.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda quíntupla de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Tela de projeção U17125

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

1.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 10 cm.

• O suporte de objeto com fenda quíntupla na hori-

zontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• A tela de projeção sobre o cavaleiro pequeno.

1.3 Execução

• Sem a utilização da lente convergente, o feixe lu-

minoso é divergente.

• Ao utilizar a lente convergente na posição 25 cm,

obtém-se um feixe luminoso paralelo.

• Ao distanciar a lente convergente da fonte lumino-

sa, é produzido um feixe luminoso convergente.

1. Indicações de segurança

• Cuidado! As luminárias esquentam após uma utili-

zação prolongada.

• Não limpar os elementos óticos com líquidos agres-

sivos ou solventes. Perigo de danificação!

Experiência 2: reflexão de um feixe luminoso num espelho plano

2.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objetos sobre vara U17000

• Fenda simples de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17128

• Espelho plano de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

2.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 10 cm.

• O suporte de objeto com fenda quíntupla na hori-

zontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o espelho plano no cavaleiro

pequeno na posição 40 cm.

2.3 Execução

• Fixar o espelho plano no disco ótico na linha de

90°-90°.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio lumi-

noso incidente seja refletido na linha de 0°.

• Girando o disco fica confirmada a Lei da reflexão

segundo a qual o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência dado.

3.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 10 cm.

• O suporte para objeto com fenda quíntupla na ho-

rizontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o espelho plano no cavaleiro

pequeno na posição 40 cm.

3.3 Execução

• Fixar o espelho plano no disco ótico na linha de

90°-90°.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio lumi-

noso do meio passe pela linha de 0° e que todos os raios reflitam-se em si.

• Ao girar o disco fica demonstrado que um feixe lu-

minoso paralelo incidente continua sendo paralelo após ser refletido.

• Distanciando a lente da fonte luminosa pode ser

mostrado que um feixe luminoso convergente é refletido de modo convergente.

• Prescindindo da lente convergente, pode se mos-

trar que um feixe luminoso divergente continua divergente após a reflexão.

Experiência 3: reflexão de um feixe luminoso num espelho plano

3.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda quíntupla de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Espelho plano de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

Experiência 4: reflexão de um feixe luminoso num espelho côncavo ou convexo

4.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda quíntupla de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Espelho de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

4.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 10 cm.

• O suporte para objeto com fenda quíntupla na ho-

rizontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o espelho convexo sobre o cava-

leiro pequeno a 40 cm.

4.3 Execução

• Fixar o espelho côncavo sobre o disco ótico na li-

nha de 90°-90.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio lumi-

noso do meio passe pela linha de 0° e reflita-se em si.

• Produzir um feixe luminoso paralelo por meio da

lente.

• Os raios incidentes são refletidos de forma que se

encontram num ponto F. Esse ponto é o ponto focal do espelho.

• Repetir a experiência com feixes convergentes e

divergentes.

• Resultado: um espelho côncavo age de modo con-

vergente.

• Girar o disco ótico em 180°, de modo que os raios

incidentes do espelho convexo sejam refletidos. Executar os passos anteriormente descritos.

• Um espelho convexo age de modo divergente.

Experiência 5: Lei de Snellius da refração

5.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda simples de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Corpos semicirculares de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

5.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 10 cm.

• O suporte de objeto com fenda simples na hori-

zontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o corpo semiesférico sobre o ca-

valeiro pequeno a 40 cm.

5.3 Execução

• Fixar os corpos semicirculares no disco ótico na li-

nha de 90°-90° de modo que o lado plano esteja virado para a fonte de luz.

• Ajustar a altura do disco para que o raio luminoso

incidente passe pela linha de 0° e incida exatamen-

te no centro do corpo semicircular. O raio luminoso passa então sem refração pela linha de 0°.

• Ao girar o disco, o raio luminoso é refratado em

direção ao plano de incidência.

• Girar agora o disco em 180° de modo que o disco

convexo esteja virado para a fonte luminosa. O raio luminoso é agora refratado a partir do ângulo de reflexão.

• Quando um raio luminoso passa de um meio com

um índice de refração n1 para um outro meio com o índice de refração n2, a sua mudança de direção é determinada pela Lei de Snellius: sin α / sin ß = constant ou sin α / sin ß = n α é o ângulo de incidência no meio n

e ß é o ângu-

/ n

lo de refração no meio n2.

• Quanto maior o ângulo de incidência, maior o ân-

gulo de refração. Se temos n1 < n2, existe um ângulo crítico a. O raio refratado encontra-se então na superfície limite entre dois meios. Se o ângulo de incidência for maior que o ângulo crítico, então não há mais refração e a integralidade da luz é refletida. Neste caso, fala-se então de reflexão total.

Experiência 6: refração numa placa plano paralela

6.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda simples de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Corpo trapezóide U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

6.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 5 cm.

• O suporte de objeto com fenda simples na hori-

zontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o corpo trapezóide sobre o cava-

leiro pequeno a 40 cm.

6.3 Execução

• Fixar o corpo trapezóide no disco na linha de 90°-

90° de modo que o lado mais longo esteja virado para a fonte luminosa. A parte mediana do corpo trapezóide age como uma placa plano paralela.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio inci-

dente passe pela linha de 0° e que ele não seja refratado pelo corpo trapezóide.

• Girar o disco de forma que o raio seja refratado.

• A direção do raio não é alterada ao fazê-lo.

• O raio refletido está deslocado num valor d. No caso

de uma espessura de placa h, resulta para d:

α−β

sin

()

cos

90°-90°, de modo que o ângulo agudo aponte para cima.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio inci-

dente passe pela linha de 0°.

• Após girar o disco, o raio luminoso incide na parte

superior do corpo trapezóide, o qual então passa a agir como um prisma.

• Um raio luminoso incidente no ponto A e refrata-

do em direção ao plano de incidência num prisma de acrílico. No ponto de saída do raio B ocorre a refração contra o plano de incidência. A soma de todos os ângulos de refração é o ângulo de desvio δ. É o ângulo formado pelo raio incidente e o raio de saída.

• Pode ser mostrado que o ângulo de incidência α é

igual ao ângulo de saída ß no caso de um ângulo mínimo de desvio δ percurso no prisma paralelo ao lado que não foi atravessado pela luz.

. O raio refratado segue um

min

Experiência 7: refração num prisma

7.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda simples de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Corpo trapezóide U17128

• Prisma retangular de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

7.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 5 cm.

• O suporte de objeto com fenda simples na hori-

zontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o corpo trapezóide sobre o cava-

leiro pequeno a 40 cm.

7.3 Execução

• Fixar o corpo trapezóide no disco ótico na linha

Experiência 8: prisma de inversão

8.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda simples e quíntupla de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Prisma retangular de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

8.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 5 cm.

• O suporte de objeto com fenda simples ou quíntu-

pla na horizontal, na posição 20 cm.

• A lente convergente na posição 25 cm.

• O disco ótico com o prisma retangular sobre o ca-

valeiro pequeno a 40 cm.

8.3 Execução

• Fixar o prisma triangular sobre o disco ótico na li-

nha de 90°-90°, de modo que o ângulo reto se apoie na linha de 0° e esteja voltado para a fonte luminosa.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio inci-

dente passe pela linha de 0°.

• Girando o disco pode-se observar todos os fenô-

menos anteriormente descritos.

• No caso de um ângulo específico (ângulo limite), o

raio é totalmente refletido.

• Graças à fenda quíntupla pode ser mostrado que

os raios são refletidos invertidos.

Experiência 9: lentes côncavas e convexas

9.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda quíntupla de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Disco ótico U17108

• Lentes de U17128

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

9.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na horizon-

tal, na posição 10 cm.

• O suporte de objeto com fenda quíntupla na hori-

zontal, na posição 22 cm.

• A lente convergente na posição 27 cm.

• O disco ótico com lente sobre o cavaleiro pequeno.

9.3 Execução

• Colocar a lente convexa no centro do disco ótico.

• Ajustar a altura do disco de modo que o raio lumi-

noso do meio passe pela linha de 0°.

• Uma lente convexa é uma lente convergente. Os

raios luminosos se encontram no ponto focal F após atravessar a lente.

• Repetir a experiência com a lente côncava.

• Os raios luminosos são divergentes após atravessar

a lente. Eles não reproduzem um objeto. Quando prolongados para trás, estes se encontram no ponto focal virtual F'.

Experiência 10: fórmula das lentes e ampliação

10.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Slide com letra "F" de U17040

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Lente convergente f = +150 mm U17103

• Lente convergente f = +200 mm U17104

• Lente convergente f = +300 mm U17105

• Tela de projeção U17125

• 4 cavaleiros de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

10.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

totalmente à esquerda.

• Colocar a lente condensadora f = +50 mm direta-

mente na frente da lâmpada.

• Colocar o suporte com o slide na posição 0, inse-

rindo o slide no suporte de modo que o "F" esteja de cabeça para baixo.

• Lente de reprodução f = +100 na posição 12 cm.

• Tela de projeção a 100 cm.

10.3 Execução

• Na tela de projeção surge uma imagem nítida do

slide.

• A distância entre a lente de reprodução e o objeto

(slide) é denominada distância do objeto v.

• A distância entre a lente de reprodução e a tela de

projeção é a distância da imagem b.

• Nesta experiência, v = 12 cm e b = 88 cm a uma

distância focal f = +100 mm. Outros valores com os quais obtém-se uma imagem nítida são:

Distância do objeto Distância da imagem

120 mm 880 mm 130 mm 520 mm 200 mm 200 mm 880 mm 120 mm

• Essas distâncias são determinadas pela fórmula das

lentes:

11 1

bv f

• A ampliação pode ser determinada através do quo-

ciente b/v.

• Realizar ensaios com outras lentes com

f = +150 mm, +200 mm, +300 mm. Ao fazê-lo, deve-se levar em conta que a tela deve estar posicionada mais longe.

Experiência 11: fórmula das lentes e ampliação, imagem virtual

11.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Slide com letra "F" de U17040

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Lente convergente f = +150 mm U17103

• Lente divergente f = -200 mm U17107

• Tela de projeção U17125

• 4 cavaleiros de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

11.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

totalmente à esquerda.

• Colocar a lente condensadora f = +50 mm direta-

mente na frente da lâmpada.

• Colocar o suporte com o slide na posição 0, inse-

rindo o slide no suporte de modo que o "F" esteja de cabeça para baixo.

• Lente de reprodução f = +100 e f = +150 mm na

posição 5 cm e 25 cm.

• Tela de projeção a 55 cm.

11.3 Execução

• A uma distância da imagem de 30 cm surge uma

imagem na tela de projeção duas vezes maior do que o slide e invertida.

• Segundo a fórmula das lentes, a distância do obje-

to também é de 30 cm. 1/b + 1/v = 1/f ; 1/300 + 1/v = 1/150 v = 300 mm

• Disto decorre que a imagem virtual, não invertida

da lente f = 100 mm encontra-se em –5 (ou seja, 5 cm a esquerda do 0). Esta imagem tem o mesmo tamanho que a outra na tela (b = v = 30 cm; b/v =1). A distância da imagem é então –10 cm (imagem em –5, lente em +5). A distância do objeto é de 5 cm. A fórmula das lentes confirma esses valores: 1/b + 1/v = 1/f ; –1/100 + 1/50 = 1/100 f = 100 mm Para a ampliação, é válido: b/v = 100/–50 = –2

• Agora, colocando-se a lente divergente f = –200

mm em 20, a lente convergente em f = +100 mm e a tela a 50, surge novamente uma imagem invertida, da metade do tamanho do slide. Segundo a fórmula das lentes a distância do objeto da lente convergente é de 20 cm

1/v = 1/f – 1/b = 1/10 – 1/20 = 1/20 e a ampliação: b/v = 1.

• Para a lente divergente, a distância da imagem é

de –10 cm, conforme a fórmula das lentes f = 20 cm e a ampliação b/v = –10/20 = –1/2.

Experiência 12: fórmula das lentes e ampliação, objeto virtual

12.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Slide com letra "F" de U17040

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Lente convergente f = +150 mm U17103

• Lente divergente f = –200 mm U17107

• Tela de projeção U17125

• 4 cavaleiros de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

12.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

totalmente à esquerda.

• Colocar a lente condensadora f = +50 mm direta-

mente na frente da lâmpada.

• Colocar o suporte com o slide na posição 0, inse-

rindo o slide no suporte de modo que o "F" esteja de cabeça para baixo.

• Lente de reprodução f = +100 na posição 15 cm.

• Tela de projeção a 45 cm.

12.3 Execução

• Surge uma imagem na tela de projeção duas vezes

maior do que o slide e invertida. Essa imagem é utilizada como imagem virtual quando é colocada uma outra lente entre a tela e a lente.

• Posicionar a lente f = +150 mm na posição 30 e a

tela na 37,5.

• Surge uma imagem invertida, da metade do tama-

nho do slide. O fator de ampliação é agora 0,5. A distância do objeto é –15 cm, a distância da imagem 7,5 cm. Também aqui pode ser aplicada a Lei das lentes: 1/b + 1/v = 1/f ; 1/75 –1/150 = 1/150 f = 150 mm

• Trocando-se agora a lente convergente

f = +150 mm pela lente divergente f = –200 mm na posição 35, então surge na tela na posição 55 uma imagem quatro vezes maior e invertida a uma distância do objeto de –10 cm e uma distância da

imagem de 20 cm. A fórmula das lentes confirma esses valores: –1/100 + 1/200 = –1/200 f = –200 mm

Experiência 13: distorção de lente, aberração esférica 1

13.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Fenda quíntupla de U17040

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +150 mm U17108

• Diafragma íris U17010

• Tela de projeção U17125

• 5 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

13.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

na posição 0.

• Colocar a lente f = +150 mm na posição 21 cm.

• Colocar o suporte com a fenda quíntupla em 26 cm.

• Tela de projeção em 50 cm.

13.3 Execução

• Nas lentes finas, os raios luminosos paralelos são

refratados de forma diferente nas beiras e no centro da lente, de modo que existem dois pontos focais. Esse fenômeno é chamado de aberração esférica.

• Graças à fenda quíntupla e à lente são produzidos

5 raios luminosos paralelos.

• Posicionar a tela ao longo do banco de modo que

os raios passem ao longo da tela. Caso necessário, girar a luminária.

• Colocar a lente f = +50 mm diretamente na frente

da tela (a aprox. 36 cm). O ponto focal, os raios convergentes e os raios divergentes são agora nitidamente visíveis. Marcar o ponto focal na tela.

• Por meio do diafragma íris (na posição aprox.

31 cm) pode-se agora eliminar os raios marginais. Observa-se um deslocamento do ponto focal. Além disso, o ponto focal está muito mais nitidamente representado.

Experiência 14: Distorção de lente, aberração esférica 2

14.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Diafragma orifício de U17040

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Tela de projeção U17125

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

14.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

na posição 0.

• Colocar a lente f = +50 mm na posição 11 cm.

• Colocar o suporte com o diafragma de orifício em

6 cm.

• Colocar a tela de projeção na posição 50 cm.

14.3 Execução

• Reproduzir o filamento incandescente da lâmpa-

da na tela com a maior nitidez possível por meio da lente.

• Posicionar o diafragma de orifício no banco ótico.

Graças à eliminação dos raios luminosos exteriores obtém-se uma imagem ainda mais nítida.

• A alteração do foco da imagem é provocada pelo

deslocamento do ponto focal.

Experiência 15: distorção de lente, aberração cromática

15.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Diafragma de orifício de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17103

• Tela de projeção U17125

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

15.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

na posição 0.

• Colocar a lente f = +150 mm na posição 23 cm.

• Tela de projeção a 95 cm.

15.3 Execução

• Reproduzir o filamento incandescente da lâmpa-

da na tela com a maior nitidez possível por meio da lente.

• Deslocando a tela à direita, a borda da imagem se

colora num tom azulado. Se a tela for deslocada à esquerda, então a cor das bordas passa ao vermelho.

• Essa variação na cor ocorre porque os raios lumi-

nosos são refratados de forma diferente no centro e nas bordas da lente. Este fenômeno é chamado de aberração cromática.

• Colocando-se agora o diafragma atrás da lente (na

posição 28 cm), surge uma imagem muito nítida do filamento incandescente da lâmpada sem aberração cromática.

• Na prática, a aberração cromática das lentes é quase

completamente eliminada por uma combinação de lentes converte e divergente.

• Lentes sem aberração esférica são lentes aesféri-

cas, aquelas que não apresentam aberração cromática são chamadas de lentes acromáticas.

16.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical,

na posição 0.

• Colocar o suporte com o slide na posição 14 cm.

• Colocar a lente f = +150 mm na posição 32 cm.

• Tela de projeção a 84 cm.

16.3 Execução

• A letra "F" é reproduzida na tela com nitidez e in-

vertida.

Experiência 17: modelo de um projetor de slides

17.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Dia

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Diafragma íris U17010

• Tela de projeção U17125

• 5 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

17.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical

na posição 0.

• Colocar a lente condensadora f = +50 mm na po-

sição 10 cm.

• Colocar o suporte para objeto na posição 15 cm. O

slide deve estar no suporte de cabeça para baixo.

• Lente f = +100 mm a 27 cm.

• Tela de projeção a 100 cm.

Experiência 16: modelo de uma camera obscura

16.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Slide com letra "F" de U17040

• Lente convergente f = +150 mm U17103

• Tela de projeção U17125

• 3 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

17.3 Execução

• A lente f = +100 mm serve de objetiva. O slide é

reproduzido com nitidez na tela. A nitidez da imagem pode ser corrigida ao deslocar a fonte luminosa.

• As distorções de lente podem ser eliminadas colo-

cando o diafragma íris na posição 38 cm.

Experiência 18: modelo de um microscópio

18.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Lente convergente f = +150 mm U17103

• Diafragma íris U17010

• Tela de projeção U17125

• 5 cavaleiro ótico de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

18.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical

na posição 0.

• Colocar o suporte para objeto na posição 25 cm.

Uma moeda serve de objeto, a qual é fixada com fita adesiva no meio do suporte.

• Colocar a lente f = +50 mm na posição 30 cm.

• A lente f = +100 mm a 54 cm.

• A tela de projeção a 100 cm.

18.3 Execução

• A lente f = +50 mm serve de objetiva.

• A lente f = +100 mm forma uma imagem nítida

do objeto na tela.

• Desligar a iluminação e retirar a tela.

• Posicionar a lente f = +150 mm na posição 74 cm.

Ela conforma a ocular junto com a lente f = +100 mm.

• A imagem virtual da moeda é percebida como se

esta fosse vista pela lente f = +150 mm.

• Colocando o diafragma íris a 35 cm obtém-se uma

imagem melhor.

• Também podem ser utilizados objetos transparen-

tes (preparações). O fator de ampliação neste modelo não é muito grande. Na prática, a distância entre os pontos focais é muito menor.

19.2 Montagem

• Colocar a lente f = +100 mm na posição 0.

• Lente f = +300 mm móvel

19.3 Execução

• Apontar um objeto distante (pelo menos 10 me-

tros) através da lente f = +100 mm.

• Deslocar a lente f = +300 mm no banco até o ob-

jeto for visível com nitidez. A imagem é invertida e muito luminosa.

Experiência 20: modelo de uma câmara fotográfica

20.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Diafragma íris U17010

• Tela de projeção U17125

• 2 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

20.2 Montagem

• Colocar a lente f = +100 mm na posição 30 cm.

• Tela de projeção móvel

20.3 Execução

• Apontar o banco ótico num objeto e deslocando a

tela na direção da lente produzir uma imagem nítida. A imagem está de cabeça para baixo.

• Colocando o diafragma íris por trás da lente, a ima-

gem fica mais nítida mas também menos luminosa. A profundidade de campo não é crítica neste caso.

Experiência 19: modelo de um telescópio astronômico

19.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Lente convergente f = +300 mm U17105

• 2 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

Experiência 21: modelo de um telescópio holandês

21.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Lente divergente f = –100 mm U17106

• Lente convergente f = +300 mm U17105

• 2 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

21.2 Montagem

• Posicionar a lente f = +300 mm na posição 30 cm.

• Lente f = –100 mm móvel.

21.3 Execução

• Apontar um objeto distante (pelo menos 10 me-

tros) através da lente f = +300 mm.

• Deslocar a lente f = +300 mm no banco até o ob-

jeto for visível com nitidez. A imagem está de pé e muito luminosa.

Experiência 22: polarização, modelo de um polarímetro

22.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Suporte para objeto sobre vara U17000

• Suporte rotativo para objetos U17001

• Mesa de prismas

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Cubeta redonda U14313

• Filtro de polarização U40129

• Tela de projeção U17125

• 6 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

22.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical

na posição 0.

• Colocar a lente f = +50 mm na posição 8,5 cm.

• Suporte para objetos na posição13,5 cm.

• Mesa de prisma na posição 20 cm.

• Suporte giratório para objeto em 28 cm

• Tela de projeção a 100 cm.

22.3 Execução

• O filamento incandescente da lâmpada é visível na

tela.

• Colocar ambos filtros polarizantes um encima do

outro e logo girar até eles deixarem passar o máximo de luz. Colocar nesta posição no suporte para objetos.

• O suporte para objetos serve de polarizador, o su-

porte giratório serve de analisador.

• Girar o suporte giratório até que o filamento in-

candescente da lâmpada não seja mais visível na tela. Os filtros se encontram então em cruz.

• Colocar a cubeta redonda com uma solução de açú-

car e a lente f = +100 mm na posição 37,5 cm.

• Através da solução de açúcar ocorre uma rotação

do nível de polarização, de modo que vê-se novamente luz na tela.

• Dependendo da concentração da solução de açú-

car, o analisador deve ser girado mais ou menos para obter a eliminação.

Experiência 23: prisma de visão direta, espectro de absorção

23.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Luminária para experiências U17140

• Mesa de prismas

• Fenda ajustável U17015

• Suporte para prisma de visão direta U17025

• Prisma de visão direta U14020

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Cubeta, retangular U17129

• Jogo de filtros cromáticos U21878

• Tela de projeção U17125

• 5 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Permanganato de potássio (KMnO

)

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

23.2 Montagem

• Colocar a luminária para experiências na vertical

na posição 0.

• Colocar a lente f = +50 mm na posição 8,5 cm.

• Fenda móvel em 14 cm.

• Lenta f = +100 mm na posição 8,5 cm.

• Tela de projeção em 100 cm.

23.3 Execução

• Produzir uma imagem nítida da fenda deslocando

a lente f = +100 mm. A imagem deveria ter apro- ximadamente 3 mm de largura.

• Posicionar o prisma de visão direta no suporte na

posição 26,5 cm de modo que as superfícies polidas estejam verticais e o raio luminoso passe pelo centro. Caso necessário, corrigir por meio da fonte luminosa e da lente de reprodução.

• Ajustando a fenda móvel, pode-se ajustar o espec-

tro de modo mais intenso e mais nítido.

• Esta organização é a situação de partida para to-

das as experiências com o prisma de visão direta.

• Sendo que a lâmpada halógena é um corpo sólido,

trata-se neste espectro de um espectro contínuo.

• Se agora é colocado um filtro cromático (por ex.,

vermelho) na frente do prisma, surge uma faixa preta na parte vermelha do espectro. Esse espectro é um espectro de absorção.

• Em vez dos filtros cromáticos, pode-se também co-

locar a cubeta preenchida com, por exemplo, uma solução de permanganato de potássio em água encima da mesa de prisma, na frente do prisma. Surgem então várias faixas pretas no espectro.

Experiência 24: espectros de linhas

24.1 Aparelhos:

• Banco ótico U17150

• Redutor para lâmpada espectral U21905

• Lâmpadas espectrais, por exemplo U13033

• Fenda ajustável U17015

• Suporte para prisma de visão direta U17025

• Prisma de visão direta U14020

• Lente convergente f = +50 mm U17101

• Lente convergente f = +100 mm U17102

• Tela de projeção U17125

• 5 cavaleiros óticos de 75 mm U17160

• 1 cavaleiro ótico de 30 mm U17161

• Alimentação elétrica por transformador de alimen-

tação em rede de tomada U13900

24.3 Execução

• Após ligar a lâmpada espectral, esperar aproxima-

damente 5 minutos até a lâmpada iluminar com intensidade máxima.

• Deslocando a lente f = +100 mm, produzir uma

imagem nítida da fenda na tela.

• Posicionar o prisma de visão direta no suporte na

posição 26,5 cm de modo que as superfícies polidas estejam verticais e o raio luminoso passe pelo centro. Caso necessário, corrigir por meio da fonte luminosa e da lente de reprodução.

• Surge então o espectro de linhas do mercúrio.

• Ajustando a fenda móvel, pode-se ajustar o espec-

tro de modo mais intenso e mais nítido.

24.4 Montagem 2

• Para se obter uma linha muito intensa, pode-se

proceder à seguinte montagem. As linhas espectrais têm o mesmo tamanho que a fenda.

• Colocar o suporte com a lâmpada espectral na po-

sição 0.

• Colocar a lente f = +50 mm na posição 5 cm.

• Fenda móvel em 10 cm.

• Lente f = +100 mm na posição 21,5 cm.

• Prisma de visão direta na posição 26,5 cm.

• Tela de projeção em 50 cm.

24.2 Montagem 1

• Posicionar o suporte com a lâmpada espectral na

posição 0.

• Colocar a lente f = +50 mm na posição 5 cm.

• Fenda móvel em 10 cm.

• Lente f = +100 mm na posição 21,5 cm.

• Tela de projeção em 100 cm.

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