OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

Transkriptio

1 Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti: OPTIIKAN TYÖ Vastaa ensin seuraaviin ennakkotietoja mittaaviin kysymyksiin. 1. Mitä tarkoittavat termit interferenssi, diffraktio,polarisaatio ja hologrammi? Miten kutakin niistä voi tutkia? 2. Mistä työn laserin valo on peräisin? Millaisia ominaisuuksia laserin valolla on? 3. Miten tuntemattoman hilan hilavakio voidaan määrittää? Piirrä skemaattinen kuva. Mikä on täydellinen hila?

2 Suorita kokeet siinä järjestyksessä kuin ne tulevat eteen tässä selostuspohjassa. Kokeiden suoritusohjeet löytyvät työohjeesta. OSA 1. VALON POLARISAATIO JA HEIJASTUMINEN Koe 1. Lasin taitekertoimnen määrittäminen kokonaisheijastuksen rajakulman avulla Tutki valon heijastumista puoliympyräprismassa käyttämällä pyörivää miniatyyripöytää, jossa on kulma-asteikko. Käytettävä yhtälö on muotoa n 1 sinα = n2 sin β, jossa n 1 = lasin taitekerroin n 2 = ilman taitekerroin = 1,00 α = tulokulma (tässä kokonaisheijastuksen rajakulma) β = taittumiskulma (tässä 90 ) Tulos: α = Ratkaise edellisestä yhtälöstä lasin taitekerroin ja tee sijoitus. Tulos: n 1 = Laske ratkaisemasi n 1 :n lausekkeen kokonaisdifferentiaali ja arvoi sen (ja kulmien lukutarkkuuksien) avulla mittauksen ulkoinen virhe. Lopputulos: n 1 = ± Koe 2. Laserin valon polarisaatio

3 Huomiot: Koe 6. Brewsterin kulman määritys Määritä lasille Brewsterin kulma ja laske sen avulla taitekerroin yhtälöstä n = tanα. Vapaaehtoinen virhetarkastelu kuten kokeessa 1. Tulos: α = Lopputulos: n = ± Koe 7. Heijastuneen säteen polarisaatio Huomiot: Koe 8. Levyn läpäisseen säteen polarisaatio Huomiot: OSA 2. VALON DIFFRAKTIO RAOISSA

4 Koe 3. Hilavakion määrittäminen diffraktion avulla (vapaaehtoinen työ) Määritä tuntemattoman hilan hilavakio piitämällä diffraktiokuvio erilliselle paperille taululta ja mittaamalla tarvittavia suureita. Käytetään hilayhtälöä interferenssimaksimeille k λ = d sinα, jossa k = vakio (0,1,2,3,4,...) λ = käytetyn valon aallonpituus (laskettava He-Ne laserin ollessa kyseessä, ks. työohjeen teoriaosa) d = hilavakio ( = kahden raon väli) α = säteen taipumiskulma alkuperäiseen suuntaan nähden Laske hilavakion arvo muutamasta ensimmäisestä maksimista ja ilmoita lopputuloksena niiden keskiarvo. Vapaaehtoinen virhetarkastelu kokonaisdifferentiaalin avulla. Tulos: Hilan hilavakio d = ± Koe 4. Laserin valon aallonpituuden määrittäminen kaksoisraon avulla

5 Muodosta diffraktiokuvio laserin valolla kuten edellä, mutta käytä hilan tilalla kaksoisrakoa, jonka saat itse valita. Piirrä diffraktiokuvio taas erilliselle paperille taululta. Selvitä seuraavaksi rakojen välimatka suurentamalla raon kuvaa sopivilla linsseillä työohjeen mukaisesti. Mittaa rakojen välimatka suurennoksessa ja vaihda sitten raon tilalle tunnettu kalibrointirako, jona käytetään läpnäkyviä viivastoja, joiden viivojen väli tunnetaan. Ratkaise konstruktiosi suurennos. Huomaa, että linssien pitää olla tarkalleen samassa paikassa näissä molemmissa mittauksissa (suurennos on konstruktiokohtainen). Määritä suurennos ja sen avulla tuntematon rakojen välimatka d. Viivaston viivojen väli suurennoksessa oli ja todellisuudessa sen tiedettiin olevan, joten suurennos on -kertainen. Kaksoisraon rakojen leveys suurennoksessa oli, joten se on todellisuudessa. Ratkaise hilayhtälöstä (koe 3.) laserin aallonpituus ja laske sille arvoja ainakin viideltä maksimilta. Ilmoita lopputuloksena keskiarvo. Vapaaehtoinen virhetarkastelu kokonasidifferentiaalin avulla. Lopputulos: λ = ± Koe 5. Holografiaa Hajota ensin laserin valo kuperalla voimakkaasti hajottavalla linssillä. Kirkkaaseen laserin säteeseen ei saa katsoa sellaisenaan.

6 Hologrammien aiheet ovat