T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ ORTAÖĞRETİM FEN VE MATEMATİK ALANLARI EĞİTİMİ BÖLÜMÜ FİZİK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI FİZ09A OPTİK LABORATUVARI DENEY KILAVUZU TÇ 007 & ҰǓ 0
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney DÜZLEM AYNADA YANSIMA Öğrenilmesi Gerekenler: Düzlem aynada elde edilen görüntünün özellikleri, yansımanın. yasası, düzlem aynada görüş alanı, açı yapan düzlem aynalar. Araç ve Gereçler: düzlem ayna ( adet), cam levha ( adet), özdeş mum ( adet), ayna tutturucu ( adet), oluklu mukavva, beyaz kâğıt, milimetrik kâğıt, toplu iğneler ve cetvel. Ön Çalışma:. Işıkta yansıma olayını tanımlayınız ve yansıma ile ilgili kavramları (gelme açısı, yansıma açısı, normal vb.) şekil üzerinde gösteriniz.. Işıkta yansıma olayı hangi modelle açıklanabilmektedir? Açıklayınız.. Yansıma kanunlarını yazınız. 4. Düzlem aynada oluşan görüntülerin özellikleri nelerdir? 5. Aynada görüş alanı nedir? Düzlem aynalarda görüş alanı nelere ve nasıl bağlıdır? Açıklayınız. 6. Açı yapan düzlem aynalarda görüntü sayısını veren bağıntıyı yazınız. Aralarında 45 açı bulunan iki düzlem ayna arasında kaç görüntü oluşacağını şekil üzerinde gösteriniz. Deneyin Yapılışı: I. KISIM: GÖRÜNTÜNÜN ÖZELLİKLERİ Birbirlerine benzer iki mum alarak Şekil deki A ve B noktalarına koyunuz. Düz AB ayna yerine bir cam levha alarak ye dik düşey olarak tutturucular üzerine A ve B arasına koyunuz. Daha sonra mumlardan birini yakınız. Yakılan mum tarafından camın iç kısmına bakarak mumların görüntülerini çakıştırınız. Cam levha veya yanan mumu hareket ettirerek, yanmayan mumun yanıyormuş gibi görüldüğü noktayı belirleyiniz. Böylece BC ve uzaklıklarını belirlemiş olacaksınız. Aynı denemeyi tekrarlayınız ve elde ettiğiniz verileri Tablo e kaydediniz. AB AC nin üç farklı değeri için Şekil Deney - Düzlem Aynada Yansıma
Tablo Deneme Cismin aynaya olan uzaklığı-x (cm) Görüntünün aynaya olan uzaklığı- x (cm) II. KISIM: YANSIMANIN. YASASI Oluklu mukavva üzerine beyaz bir kâğıt, onun ortasına düşey olarak bir düz ayna koyunuz ve aynanın yerini kâğıt üzerine bir doğru çizerek belirtiniz. Ayna önünde herhangi bir yere K toplu iğnesini ve farklı A, B, C noktalarına başka toplu iğneler batırınız. Daha sonra elinize başka bir iğne alınız. Aynaya bakarak, K iğnesinin aynadaki görüntüsü olan K, A iğnesi ve elimizdeki iğnenin aynı doğrultuda olacağı noktaya elinizdeki iğneyi batırınız. Bu iğne A iğnesi olacaktır. Aynı şekilde B ve C iğnelerini de batırınız. Aynayı kaldırarak, K AA, K BB ve K CC doğrultularını çiziniz. Acaba bütün bu doğrultuların kesişim noktası size neyi vermektedir? Son olarak, yansıma doğrularının aynayı kestiği L, M, N noktalarını işaretleyerek normallerini çiziniz. i, i, i gelme ve r, r, r yansıma açılarını ölçerek karşılaştırınız. Elde ettiğiniz verileri Tablo ye kaydediniz. Bu açılar için ne söyleyebilirsiniz? Deney - Düzlem Aynada Yansıma
Tablo Deneme Gelme açısı (i) Yansıma açısı (r) III. KISIM: DÜZLEM AYNADAKİ GÖRÜŞ ALANI Oluklu mukavva üzerine tercihen milimetrik kâğıt ve onun üzerine düşey olarak düzlem aynayı yerleştiriniz. Ayna önünde ayna doğrultusuna paralel çizgi üzerinde,5 cm aralıklı 0 5 kadar iğne batırınız. Ayna önünde üç farklı bakış noktası G, G, G belirleyerek, aynada görebildiğiniz iğneleri Tablo e kaydediniz. G noktasının aynaya göre simetriği G den aynanın kenarlarına teğet olan doğrultuları çiziniz. Bu doğrultuların, ayna içinde görüntülerini görebildiğiniz iğnelere bir etkisi var mıdır? Daha sonra sabit bir bakış noktası belirleyip, farklı boyda aynalar kullanarak görebildiğiniz iğneleri Tablo 4 e kaydederek işlemleri tekrarlayınız. Sonuç olarak; aynanın boyu görüş alanını etkiledi mi? Deney - Düzlem Aynada Yansıma
Tablo. Ayna boyutu sabit G nin Yeri Görülen İğneler G G G Tablo 4. G nin yeri sabit Aynanın Boyutu A B A B A B Görülen İğneler IV. KISIM: AÇI YAPAN DÜZLEM AYNALAR Oluklu mukavva ve üzerine beyaz bir kâğıt koyunuz. Üzerine aralarında açısı yapan düşey iki düz ayna ve yansıtıcı yüzeylerinin önüne bir cisim (K) iğnesi batırınız. İğnenin aynalar içerisindeki görüntülerinin yerlerini belirleyiniz. Aynalar kesim noktası O merkezli OK yarıçaplı çemberi çiziniz (Şekil 4). Sonuç olarak; cisim ve görüntüleri bu çember üzerinde midir? Kaç görüntü elde ettiniz? Daha sonra açısının 0 0, 0 0, 45 0, 60 0, 90 0, 0 0, 80 0 değerleri için deneyi tekrar ediniz. Görüntü sayısını; deneyde sayarak, bağıntısından hesaplayarak, simetriden yararlanarak çizimle belirleyiniz. Elde ettiğiniz verileri Tablo 5 e kaydediniz ve karşılaştırınız. Deney - Düzlem Aynada Yansıma 4
Tablo 5 Görüntü Sayısı Açısı 0 0 0 0 45 0 60 0 90 0 0 0 80 0 Deneyle Çizimle Bağıntıyla SONUÇ VE YORUM Deney - Düzlem Aynada Yansıma 5
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney KÜRESEL AYNALAR Öğrenilmesi Gerekenler: Çukur ve tümsek aynalarda; özel ışınlar, görüntü çizimleri, ayna bağıntı ve grafikleri Araç ve Gereçler: Çukur ve tümsek ayna, mum, ekran, cam levha, cetvel, yakınsak mercek. Ön Çalışma:. Küresel aynalar için asal eksen, odak noktası, merkez noktası ve tepe noktası kavramlarını çizim yaparak açıklayınız.. Gerçek görüntü kavramını açıklayınız.. Zahiri cisim ve zahiri (sanal) görüntü kavramlarını açıklayınız. 4. Çukur aynalarda görüntü çiziminde kullanılan özel ışınları şekil çizerek açıklayınız. 5. Çukur aynalarda oluşan görüntülerin özellikleri nelerdir? Sonsuzda, merkezin dışında, merkezde, odakla merkez arasında odakta ve odakla ayna arasında bulunan cisimler için görüntü çizimleri yapınız ve oluşacak görüntülerin özelliklerini yazınız. 6. Tümsek aynalarda görüntü çiziminde kullanılan özel ışınları şekil çizerek açıklayınız. 7. Tümsek aynalarda oluşan görüntülerin özellikleri nelerdir? Sonsuzda, merkezin dışında, merkezde, odakla merkez arasında odakta ve odakla ayna arasında bulunan cisimler için görüntü çizimleri yapınız ve oluşacak görüntülerin özelliklerini yazınız. Teorik Bilgi: Yansıtıcı yüzeyi bir küre yüzeyi parçası şeklinde olan aynalara küresel aynalar denir. Çukur ve tümsek ayna olmak üzere iki çeşidi vardır. Eğer yansıtıcı yüzey, kürenin içi ise çukur (içbükey-konkav); dış yüzeyi ise tümsek (dışbükey-konveks) ayna olur. Aynanın simetri eksenine asal eksen denir. Aynanın uç noktalarını asal eksendeki merkeze birleştiren doğrultular arasındaki açıya açıklık açısı denir. Açıklığı küçük olan küresel aynalarda; bağıntısı geçerlidir. f x x' Bu bağıntı küresel aynalar için genel bir bağıntıdır. Formülün uygulamalarında hakiki noktalar için x, x, f değerleri pozitif (+); zahiri noktalar için ise negatif (-) alınır. Deneyin Yapılışı: I.KISIM: ÇUKUR AYNALARDA ODAK UZAKLIĞI TAYİNİ A. Odak Uzaklığının Doğrudan Tayini; Bir noktaya yanan mumu, yanına ekranı ve karşısına da çukur aynayı koyunuz. Çukur aynayı ileri geri oynatarak mumun ekrandaki görüntüsünün net olmasını sağlayınız. Oluşan görüntünün özellikleri nelerdir? Elde edilen uzaklık odak uzaklığının kaç katıdır? B. Hakiki Cisimden Hakiki Görüntü Elde Ederek Odak Uzaklığı Tayini Yanan mumun ekran üzerinde net görüntüsünü elde ediniz. Beş deneme için Tablo i doldurarak, x = f (x) grafiğini çiziniz. Deney - Küresel Aynalar
x (cm) xa xb A x=f(x) grafiği B Grafikte gösterildiği gibi (f) odak uzaklığını belirleyiniz; x yerine x uzaklığı alınırsa, Nedenini açıklayınız? x de x uzaklığı oluyor mu? f x (cm) f XA XB Tablo Deneme x (cm) x (cm) f (cm) 4 5 C. Zahiri Cisimden Hakiki Görüntü Elde Ederek Odak Uzaklığı Tayini Yanan mumun bir yardımcı yakınsak mercekle hakiki görüntüsünü elde ediniz. Yerini işaretleyiniz. Araya çukur aynayı koyup, ayna önünde de ekranı gezdirerek görüntünün yerini bulunuz. Zahiri cismin ve hakiki görüntüsünün aynaya olan uzaklıklarını ölçünüz. Ayna bağıntısından f yi hesaplayınız. Elde ettiğiniz verileri Tablo ye kaydediniz. Üç farklı deneme yaparak ortalama odak uzaklığını (f ort ) bulunuz. Tablo Deneme x (cm) x (cm) f (cm) f ort II. KISIM: TÜMSEK AYNALARDA ODAK UZAKLIĞI TAYİNİ A. Tümsek Aynanın Odak Uzaklığının Düz Ayna (Düz Cam) İle Bulunması Tümsek aynayı bir desteğe tutturun. Yanan mumu aynanın önüne, ayna ile cisim arasına da düz camı yerleştiriniz. Mumu yaklaştırıp uzaklaştırarak, camdaki aynı boyda olan görüntü ile tümsek aynadaki küçük görüntünün çakışmasını sağlayınız. Görüntüler mumun cama göre simetriği noktadadır. Yanan mumun aynaya uzaklığı (+x); görüntünün aynaya uzaklığı (- x ) alarak Tablo e kaydediniz. Daha sonra bağıntıdan yararlanarak f odak uzaklığını hesaplayınız. Üç farklı deneme yaparak ortalama odak uzaklığını (f ort ) bulunuz. Tablo Deneme x (cm) x (cm) f (cm) f ort Deney - Küresel Aynalar
B. Tümsek Aynanın Odak Uzaklığının Zahiri Cisimden Hakiki Görüntü Elde Edilerek Bulunması Yanan mumun yakınsak mercekle hakiki görüntüsünü elde ediniz. Görüntü önüne tümsek aynayı, tümsek ayna önüne de ekranı koyarak tümsek aynanın zahiri cisimden hakiki görüntü vermesini sağlayınız. Sağlanamıyorsa merceğin verdiği görüntü odaktan uzakta demektir. Elde ettiğiniz verileri Tablo 4 e kaydediniz. Daha sonra bağıntıdan yararlanarak f odak uzaklığını hesaplayınız. Üç farklı deneme yaparak ortalama odak uzaklığını (f ort ) bulunuz. Tablo 4 Deneme x (cm) x (cm) f (cm) f ort SONUÇ VE YORUM Deney - Küresel Aynalar
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney MERCEKLER Öğrenilmesi Gerekenler: Merceklerde özel ışınlar, görüntü çizimleri, bağıntı bulunması ve x =f(x) grafiklerinin incelenmesi. Araç ve Gereçler: Yakınsak (ince kenarlı) ve ıraksak (kalın kenarlı) mercekler, mum, ekran, metre, grafik kâğıdı, mercek tutturucu. Ön Çalışma:. Mercekler için asal eksen, odak noktası, merkez ve tepe noktası kavramlarını çizim yaparak açıklayınız.. İnce kenarlı (yakınsak) merceklerde görüntü çiziminde kullanılan özel ışınları şekil çizerek açıklayınız.. İnce kenarlı (yakınsak) merceklerde oluşan görüntülerin özellikleri nelerdir? Sonsuzda, merkezin dışında, merkezde, odakla merkez arasında odakta ve odakla ayna arasında bulunan cisimler için görüntü çizimleri yapınız ve oluşacak görüntülerin özelliklerini yazınız. 4. Kalın kenarlı (yakınsak) merceklerde görüntü çiziminde kullanılan özel ışınları şekil çizerek açıklayınız. 5. Kalın kenarlı (yakınsak) merceklerde oluşan görüntülerin özellikleri nelerdir? Sonsuzda, merkezin dışında, merkezde, odakla merkez arasında odakta ve odakla ayna arasında bulunan cisimler için görüntü çizimleri yapınız ve oluşacak görüntülerin özelliklerini yazınız. I. KISIM: YAKINSAK MERCEKLERLE İLGİLİ ÇALIŞMA A. Odak Uzaklığının Doğrudan Ölçülmesi (0-0 cm) arası odak uzaklıkları için -4 metre uzaklık sonsuz sayılır. Masanın bir ucuna yanan mumu, diğer Uç yakınına yakınsak merceği, uç kısma ise ekranı koyunuz. Ekranda nokta şeklindeki net görüntüyü elde ediniz. Ekran ile mercek arasındaki uzaklık hakkında ne söyleyebilirsiniz? B. Hakiki Cisimden Hakiki Görüntü İle Odak Uzaklığının Belirlenmesi Masanın ortasına merceği, ondan da f x 60cm arasındaki beş farklı uzaklık için yanan mumu koyunuz. Merceğin diğer yanında ekranı gezdirerek net görüntüleri, yerlerini ve şekillerini belirleyiniz. Elde ettiğiniz verileri Tablo e kaydediniz. Daha sonra x = f (x) grafiğini çizerek f odak uzaklığını belirleyiniz. Tablo Deneme x (+ cm) x (+ cm) f (cm) 4 5 Deney - Mercekler
xa x (cm) A x =f(x) grafiği Görüntü yerine cisim, cismin olduğu yere ekran konulursa net görüntü oluyor mu? Açıklayınız. xb B f x cm f XA XB C. Odak Uzaklığının Bessel Yöntemi İle Belirlenmesi b A C a C B Ekran AB arasını f den büyük alarak, A da yanan mum, B de ekran bulunsun. Arada yakınsak merceği gezdiriniz. Merceğin farklı yer için (C ve C ) yü belirleyerek ekranda net a b görüntüler bulunuz. A =x, BC x alınırsa f odak uzaklığı f 4a bağıntısı ile belirlenir. Üç farklı denemede için ölçüler alarak Tablo yi doldurunuz ve ortalama odak uzaklığını (f ort ) hesaplayınız. AB =a, C C =b, C AB arası neden f den büyük alınmalıdır? Yukarıdaki Bağıntıyı çıkarınız. Tablo Deneme a b x x f (cm) f ort II. KISIM: IRAKSAK MERCEKLERLE İLGİLİ ÇALIŞMA A. Zahiri Cisimden Hakiki Görüntü Elde Ederek Odak Uzaklığının Belirlenmesi Yakınsak yardımcı bir mercekle hakiki bir görüntü elde ediniz ve yerini belirleyiniz. Iraksak merceği, görüntüyü veren ışınların yolu üzerindeki üç farklı noktaya koyarak ekran üzerinde net hakiki görüntüler elde ediniz. Zahiri cismin, hakiki görüntüsünün ıraksak merceğe olan x ve x uzaklıklarını belirleyerek Tablo ü doldurunuz. Daha sonra mercek bağıntısını kullanarak odak uzaklığını hesaplayınız. Deney - Mercekler
Tablo Deneme - x (cm) + x (cm) - f ıraksak (cm) f ort SONUÇ VE YORUM: Deney - Mercekler
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney 4 IŞIĞIN KIRILMASI Öğrenilmesi Gerekenler: Işığın kırılması, ışığın paralel yüzlü levhadan geçişi, ışığın prizmadan geçişi. Araç ve Gereçler: Oluklu mukavva, beyaz kâğıt, toplu iğne, cetvel, paralel yüzlü cam levha veya içinde su bulunan su kabı, optik daire, ışık kaynağı, font, ekran, sulu ve cam prizma, grafik kâğıdı, açı ölçer. Ön Çalışma:. Işıkta kırılma olayını tanımlayınız ve kırılma ile ilgili kavramları (gelme açısı, kırılma açısı, normal vb.) şekil üzerinde gösteriniz.. Işıkta kırılma olayı hangi modelle açıklanabilmektedir? Açıklayınız.. Kırılma kanunlarını yazınız. 4. Işığın paralel yüzlü saydam levhadan geçişini şekil çizerek açıklayınız. 5. Işığın prizmadan geçişini şekil çizerek açıklayınız. Tepe açısı (kıran açı), kırılma açısı, sapma açısı kavramlarını açıklayınız ve şekil üzerinde gösteriniz. 6. Prizmada minimum sapma açısı nedir? Kırılma indisinin minimum sapma açısıyla ilişkisini gösteren bağıntıyı çıkarınız. Deneyin Yapılışı: I. KISIM: IŞIĞIN KIRILMASI: Kırılma indisi tayini, sınır açısı ve tam yansıma olayı, görünür kalınlık (derinlik) tayini. Oluklu mukavva üzerinde beyaz kâğıt, üzerine cam dikdörtgen prizmayı koyunuz ve yüzeylerini kâğıt üzerine işaretleyiniz. Işık kaynağı ile prizmaya ışık ışınları yollayıp, ışınların giriş ve çıkış doğrultularını işaretleyiniz. Prizmayı kaldırarak, gelen ve kırılan ışınlar için i ve r gelme ve kırılma açılarını, prizmanın gerçek ve görünür kalınlığını belirleyiniz. Deneyi üç farklı denemeyle tekrar ederek elde ettiğiniz verilerle Tablo ve Tablo yi doldurunuz. N i Çıkan ışın d kalınlık N r r d görünür kalınlık Gelen ışın i Şekil Deney 4 Işığın Kırılması
a) n sin i sin r Kırılma indisi ve ortalamasını bulunuz. sin i sin r sin i sin r Tablo Deneme i r n = (sin i / sin r) n ort b) d tan r tan r ' ' ' ' d GK d KK eşitliğinden hesapla bulduğunuz ve çizimden tani tani ölçtüğünüz (d ) görünür kalınlık değerlerini karşılaştırınız. Buna göre (d ort) alınabilir mi? Tablo Deneme Deneyle d Görünür kalınlık (cm) Bağıntıyla GK ' 0 c) Öyle bir (r = s) bulunuz ki levha içindeki ışın dışarı çıkmasın i = 90 0, d = 0 ve olsun. (s) sınır açısını bağıntıdan hesapla belirleyiniz. r > s olunca ne olur, deneyerek açıklayınız. II. KISIM: IŞIĞIN PARALEL YÜZLÜ LEVHADAN GEÇİŞİ VE PARALEL KAYMA MİKTARININ ÖLÇÜLMESİ sin(i r) Kayma miktarı d bağıntısı ile belirlidir. Deneysel olarak elde edilen cos(r) değerleri yerine yazarak yi bağıntıdan hesaplayarak Şekil de gösterildiği gibi çizerek bulunuz ve karşılaştırınız. Üç farklı deneme yapınız, alınabilir mi? ort Şekil Deney 4 Işığın Kırılması
Tablo Deneme Çizimle -Paralel Kayma Miktarı (cm) Bağıntıyla III. KISIM: IŞIĞIN PRİZMADAN GEÇİŞİ, KIRILMA İNDİSİNİN TAYİNİ Optik daire üzerine ışık prizmasını uygun olarak koyunuz. Işığın prizmaya geliş, CD çıkış doğrultusu izlenir. Giriş, çıkış yüzeyleri çizilir. Giriş-Çıkış ABdoğrultusu ile yüzeyleri arasındaki A kıran açısı ölçülür. Sapma açısı optik dairedeki açılardan veya çizimle 0 belirlenir. Aynı işlemleri geliş açısının 0 i 90 aralığındaki farklı beş değeri için deneyiniz ve elde ettiğiniz verileri Tablo 4 e kaydediniz. Bu aralıktaki hangi geliş açıları için çıkan ışın oluyor, hesap ve deneyle belirleyiniz. (i) geliş açısı, (D) sapma açısı değerlerini deneyle tespit ederek sapma açısı-geliş açısı D=f(i) grafiğini çiziniz. Grafikten (D min ) minimum sapma miktarı değerini bulunuz. D min A sin n bağıntısından prizmanın kırılma indisini bulunuz. Bu kısımda kullanılan A sin ışık bileşik ışık olduğundan çıkan ışıkta renklenme olur. Ekranda renk tayfları elde edilir. Bu tayfı inceleyerek, nasıl olduğunu nedenleri ile açıklayınız. Tablo 4 Şekil Geliş açısı (i) 0 90 Sapma açısı (D) Deney 4 Işığın Kırılması
D min n prizma D = f (i) den bulunuz. bağıntıdan hesaplayınız? D (sapma açısı) D=f(i) i (gelme açısı) 0 0 90 0 SONUÇ VE YORUM Deney 4 Işığın Kırılması 4
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney 5 OPTİK ARAÇLAR Öğrenilmesi Gerekenler: İlgili optik araçlarda görüntü çizimleri, yapıları ve kullanılmaları. Araç ve Gereçler: Mercekler, cam levha, mum, ışık kaynağı, cetvel (mm bölmeli), ekranlar, statif çubuk ve bağlantı parçaları. Ön Çalışma:. Büyüteç ne işe yarar? Büyüteç için görüntü çizimini yapınız.. Mikroskop ne işe yarar? Basit bir mikroskop hangi optik araçlardan oluşur? Deneyde kuracağınız mikroskop sistemi için görüntü çizimini yapınız.. Gök dürbünü ne işe yarar? Basit bir gök dürbünü hangi optik araçlardan oluşur? Deneyde kuracağınız gök dürbünü sistemi için görüntü çizimini yapınız. 4. Yer dürbünü ne işe yarar? Basit bir yer dürbünü hangi optik araçlardan oluşur? Deneyde kuracağınız yer dürbünü sistemi için görüntü çizimini yapınız. Teorik Bilgi: Bir cismin iki ucundan göze gelen ışınlar arasındaki açıya görünüm açısı denir. Bu açı ne kadar büyükse iki nokta arası o kadar iyi ayırt edilir. Uzakta bulunan cisimlerin görünüm açısı küçük, yakında bulunan küçük cisimlerin görünüm açıları da küçüktür. Bu durumda göz bunları iyi göremez. Böyle hallerde görünüm açısını büyüten araçlar kullanılır. Bu tür araçlara optik araçlar adı verilir. Bir cismin optik araç tarafından verilen görüntüsünün 5 cm deki görünüm açısı (α), yine 5 cm deki görünüm açısı (β) ise büyütme G = α / ß dır. Gözün en yakın görüş uzaklığı (yakın nokta) 5 cm dir. Deneyin Yapılışı: I.KISIM: BÜYÜTEÇ VE BÜYÜTECİN BÜYÜTMESİNİN ÖLÇÜLMESİ Bir yakınsak mercek, odak uzaklığından daha yakın bir uzaklığa konulan bir cismin; zahiri ve daha büyük bir görüntüsünü verir. Böylece görünüm açısı büyütülmüş olur. Şekil AB de göz, 0 dan bakacak olursa görünüm açıları radyan cinsinden değerleri 5 AB AB g,, G 5 AB c A g α B c B F A 0 β F x 5cm Şekil İnce kenarlı mercek Deney 5 - Optik Araçlar
A. Büyütmenin Bağıntı Kullanılarak Hesaplanması. 5 f f x x x f x f 5 5 f x 5 f 5 x 5 cm G x 5 f f 5 f 5 G Parantez önü niçin (-) dir? Bağıntıda f yi yerine yazarak büyütmeyi bulunuz. f B. Büyütmenin Cam Levha Kullanarak Belirlenmesi Düşey (mm) cetvel Düz aynadaki görüntü x B A B A (IM)Büyüteç x cm 45 o A 45 o B Göz Cisim (kâğıt şerit) x cm Deney masası x x düşey cetvelde kağıt şeridin büyüteçle görünen boyudur. G dir. Farklı üç x şerit için deneyerek (G ort ) bulunuz ve Tablo i doldurunuz (Göz-düşey cetvel arası uzaklık 5 cm civarında olmalıdır.). Tablo Deneme x (cm) x (cm) G = x / x (cm) G ort II. KISIM: MİKROSKOP Büyütecinkinden daha büyük görüntü elde etmek için kullanılan bir optik alettir. Odak uzaklığı küçük iki mercekten ibarettir. Cisme bakan cismin büyük görüntüsünü veren mercektir. Oküler gözle bakılan objektifin verdiği görüntüden daha büyük fakat zahiri görüntü veren büyüteçtir. Son görüntünün göze uzaklığı 5 cm yi geçmeyecek şekilde iki yakınsak mercek deneyerek mumun büyük görüntüsünü elde ediniz. Tanıma uyan sistemi hazırlayarak büyütmeyi ve özellikleri belirleyiniz. Deney 5 - Optik Araçlar
III. KISIM: ASTRONOMİK DÜRBÜN (GÖK DÜRBÜNÜ) Aralarında belirli bir aralık (odak uzaklıklarının toplamı) bulunan iki yakınsak mercekten oluşan bir sistem uzakta bulunan cisimlerin gözlenmesine yarar. Görüntü terstir, fakat bunun gök cisimlerinin gözlenmesinde bir önemi yoktur. Odak uzaklığı büyük olan. yakınsak mercek uzaktaki cismin küçük bir görüntüsünü verir (objektif, f=+0 cm). Elde edilen görüntü büyüteç görevi yapan. yakınsak mercek (oküler, f=+0 cm) için hakiki cisim olur. Tanıma uyan sistemle uzaktaki cisimlere bakarak, görüntü özelliklerini tespit ediniz. IV. KISIM: DÜRBÜN (YER DÜRBÜNÜ) Aralarında belirli bir aralık (odak uzaklıklarının toplamı; oküler odak uzaklığı negatif) bulunan yakınsak ve ıraksak iki merceğin meydana getirdiği sistem uzaktaki cisimleri gözlemeye yarar. Odak uzaklığı büyük yakınsak mercek (objektif, f=+0 cm) uzaktaki cisimlerin küçük bir görüntüsünü verir. Elde edilen görüntü büyüteç görevi yapan ıraksak mercek (oküler, f= -0 cm) için zahiri cisim olur. Gök dürbününe göre özelliği objektif ve oküler arası uzaklığının az olması ve görüntünün düz olmasıdır. Tanıma uyan sistemle uzaktaki cisimlere bakarak, görüntü özelliklerini tespit ediniz. V. KISIM: MERCEK SİSTEMLERİ Aralarında e uzaklığı bulunan f ve f odak uzaklıklı iki mercekten oluşan mercek sisteminin yakınsaması, e Ysistem ifadesi ile verilir. F f f f f sistem Odak uzaklıkları belirli iki mercek dikkate alarak aralarındaki uzaklığın odak uzaklığı yanında çok küçük olması için bu mercekleri birleştiriniz. Birleşik mercek sistemi için hakiki cisimden hakiki görüntü elde ederek sistemin odak uzaklığını; ifadesinden bulunuz. F x x sistem Bulduğunuz bu değeri yukarıdaki ilk formülle bulacağınız değerle karşılaştırınız. Sistem için bulduğunuz odak uzaklığını her bir merceğin odak uzaklığı ile karşılaştırınız. Daha sonra mercekler arasında belirli bir mesafe olacak şekilde (e > 0) mercek sistemleri kurarak yukarıdaki işlemleri tekrar ediniz ve Tablo yi doldurunuz. Tablo Deneme e (cm) f (cm) f (cm) x (cm) x (cm) 0.5.0.5 4.0 f sistem (cm) Bağıntıyla Deneyle Deney 5 - Optik Araçlar
SONUÇ VE YORUM: Deney 5 - Optik Araçlar 4
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney 6 ÇİFT YARIKTA VE TEK YARIKTA GİRİŞİM Öğrenilmesi Gerekenler: Çift yarıkta ve çift yarıkta girişim, yapıcı ve söndürücü girişim koşulları. Ön Çalışma:. Işıkta girişim olayı hangi modelle açıklanabilmektedir? Açıklayınız.. Çift yarık deneyinde perdede oluşan girişim deseninin özellikleri nelerdir?. Yapıcı ve yıkıcı (sönümleyici) girişim ne demektir? Açıklayınız. 4. Çift yarık girişim deneyi için x saçak genişliği bağıntısını çıkarınız. 5. Çok renkli ışıkla girişim deneyi yapılabilir mi? Açıklayınız. 6. Tek yarık deneyinde perdede oluşan girişim deseninin özellikleri nelerdir? 7. Işıkta kırınım olayını açıklayınız. 8. Tek yarık girişim deneyi için x saçak genişliği bağıntısını çıkarınız. 9. Tek yarık ve çift yarık girişim desenleri arasındaki farklar nelerdir? Teorik Bilgi: Çift Yarıkta Girişim: 80 yılında İngiliz fizikçisi Thomas Young, ışıkla bir deney gerçekleştirmiştir. Yaptığı deneyde, ışığı önce dar bir S 0 yarığından, daha sonra önde bulunan birbirine paralel S ve S yarıklarından geçmiştir. Bu iki yarık, ilk yarıktan aynı uzaklıkta bulunmaktadır. Yaptığı deney sonunda geçen ışığın, bir seri aydınlık ve karanlık saçaklardan oluştuğunu gözlemlemiştir. d: Yarıklar arası mesafe L: Yarık düzlemi ile perde arasındaki yatay uzaklık X n : Göz önüne alınan P noktasının merkez doğrusuna uzaklığı Rastgele bir P noktasına ulaşmak için, alt yarıktan çıkan bir dalga, üst yarıktan çıkan bir dalgadan daha fazla yol kat eder. Bu mesafeye yol farkı denir ve (δ) ile gösterilir. δ = r r = d sin θ Deney 6 - Çift Yarıkta ve Tek Yarıkta Girişim
Eğer yol farkı (δ), sıfır veya dalga boyunun (λ) tam katları ise, o zaman bu iki dalga P noktasında aynı fazda olur ve yapıcı girişim sonucunda aydınlık saçak meydana gelir. δ = d sin θ = n λ n = 0,,,... Yapıcı Girişim Şartı Eğer yol farkı (δ) dalga boyunun yarım katları (λ / ) şeklinde ise P noktasına ulaşan iki dalga 80 lik faz farkında olacak ve söndürücü (yıkıcı-sönümleyici) girişim sonucunda karanlık saçak oluşturacaktır. δ = d sin θ = (n + /) λ n = 0,,,... Yıkıcı Girişim Şartı Bu yol farkı, P noktası karanlık saçağa karşılık geliyorsa ışık dalga boylarının tek katlarının yarısına eşit olacağından; δ = d sin θ = d ( Xn / L ) = ( n + / ) λ X n = ( n + / ) ( λ L / d ) = ( n + / ) Δx Aydınlık saçağa karşılık geliyorsa δ = d sin θ = d Xn / L = n λ X n = n ( Lλ / d ) = n Δx alınarak ışığın dalga boyu, saçak aralığı (Δx) hesaplanır. Tek Yarıkta Girişim: Şekil de d genişliğinde bir yarığa düşen dalga boylu tek renkli bir ışık ışını görülmektedir. Yarıktan geçen ve ekrana düşen ışık şekil de gösterilen tek yarık girişim desenini oluşturur. Şekil, şiddet dağılımını sin nın fonksiyonu olarak göstermektedir., ekrandaki bir noktanın konumunu belirleyen açıdır. Şekil Şekil Şekil Girişim deseni, her iki tarafından ikincil maksimumlarla çevrelenmiş parlak bir merkez maksimumundan oluşur. Artarda gelen her bir ikincil maksimumun şiddeti, merkezden uzaklaştıkça azalır. Ardışık minimumlar arasında; d sin m = m (m =,,...) ile verilen m açılarında şiddet minimumları oluşur. Deney 6 - Çift Yarıkta ve Tek Yarıkta Girişim
Deneyin yapılışı: Çift Yarıkta Girişim: Şekildeki düzeneği kurunuz. Işık kaynağını çalıştırınız. Çift yarıklı plakayı, yarıklardan bakıldığında cetveli görebileceğiniz şekilde ayarlayınız. Net görünümü sağladıktan sonra cetvel üzerinde cm lik kısımda kaç aralık bulunduğunu kaydediniz. Elde ettiğiniz bu değerden faydalanarak hangi veriye ulaşabiliriz? L uzaklığını değiştirerek deneyi tekrarlayınız ve Tablo i doldurunuz. Tablo Deneme L (cm) λ (cm) d (cm) cm deki çizgi sayısı Δx (cm) Tek Yarıkta Girişim: Şekil 4 Şekil 4 deki düzeneği kurunuz. Işık kaynağını çalıştırınız ve tek yarıklı plakayı, yarıklardan bakıldığında cetveli görebileceğiniz şekilde ayarlayınız. Net görünümü Deney 6 - Çift Yarıkta ve Tek Yarıkta Girişim
sağladıktan sonra cetvel üzerinde cm lik kısımda kaç aralık bulunduğunu kaydediniz. Δx saçak aralığını hesaplayınız. Yarık aralığını değiştirerek Tablo i doldurunuz. Tablo Deneme d (cm) L (cm) λ (cm) cm deki çizgi sayısı Δx (cm) SONUÇ VE YORUM Deney 6 - Çift Yarıkta ve Tek Yarıkta Girişim 4
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: DENEY 7 KÜÇÜK UZUNLUKLARIN GİRİŞİMLE ÖLÇÜLMESİ Öğrenilmesi Gerekenler: İnce zarlarda ve kamalarda girişim. Ön Çalışma:. Hava kaması nedir?. Kama levhalarında yansıyan ve geçen ışınlar için girişim olayını şekil çizerek açıklayınız.. Kama levhalarında saçak aralığı bağıntısını çıkarınız. 4. Girişimle ölçülebilecek uzunlukların sınırı nedir? Açıklayınız. Araç ve Gereçler: Flüoresan lamba düzeneği, muhtelif renkler için kırmızı-sarı-yeşil-mavi jelâtin kâğıtları, büyüteç, lastik bant, cam levha, kalınlığı ölçülecek jilet ve kâğıt. Teorik Bilgi: Bir sabun köpüğü zarına veya su yüzeyine dökülen ince yağ tabasına ışık düşünce renklenme gözlenir. Bunlar, ışığın ince zarlarda (bazı kaynaklarda ince film olarak geçmektedir) yansıması veya kırılmasından sonra meydana gelen girişim örneğidir. Üzerine ışık düşen ince bir zara bakıldığında en üst bölge karanlık olur. Bunun altında ışıklı bölge oluşur. Daha sonra sırayla karanlık ve aydınlık bölgeler meydana gelir. Kalınlığı d, kırılma indisi n olan ince bir zarı ele alalım: Kırılma indisi n olan ortamdan, kırılma indisi n olan bir ortama doğru ilerleyen dalga, n > n olduğunda yansıma sonucu 80 lik faz değişimine uğrar. n < n ise faz değişimine uğramaz. Kırılma indisi n olan bir ortamda ışığın dalga boyu λ n ile verilir. (λ: ışığın serbest uzaydaki n n dalga boyu) Şekil de no.lu ışın, no.lu ışına göre 80 lik faz farkında olacaktır, bu da λ n / lik yol farkına denktir. no.lu ışın ise A yüzeyine çıkana kadar d kadar yol almıştır. Buna göre yapıcı girişim koşulu genel olarak aşağıdaki bağıntıyla verilebilir: nd = (m + /) λ n (m = 0,,,...) Şekil Şekil de no.lu ışının fazladan aldığı d yolu, λ n in tam katlarına karşılık gelirse, iki ışın 80 lik faz farkına sahip olacak ve söndürücü girişim meydana gelecektir. Söndürücü girişim için genel ifade şöyledir: Deney 7 - Küçük Uzunlukların Girişimle Ölçülmesi
nd =mλ (m = 0,,,...) Deneyin Yapılışı: Şekil Şekil deki deney düzeneğini hazırlayarak yansıyan ışınlarda girişim çizgilerini gözlemleyiniz ve saçak aralığını ölçünüz. Δx = Lλ / d bağıntısını kullanarak, ölçmek istediğiniz, bilinmeyen (d) kalınlığını hesaplayınız ve ortalamasını alınız. Mikrometre ile ölçüm yaparak bulduğunuz değeri, deneyde bulduğunuz değerle karşılaştırınız. Elde ettiğiniz değerleri Tablo de gösteriniz. Tablo Kalınlığı ölçülecek olan nesne Dalga boyu λ (cm) Kama boyu L (cm) cm deki Çizgi Sayısı Saçak aralığı Δx (cm) Bilinmeyen Kalınlık d (cm) Deney ve bağıntı yardımıyla Mikrometre Yardımıyla λ K = Kağıt λ S = λ Y = d ort λ K = Jilet λ S = λ Y = d ort Cam levhaları bir kalemle aşağıya doğru bastırınız. Ne görüyorsunuz? Bir çizgi kendisinden sonraki çizginin yerini alınca, üst noktayı alt noktaya ne kadar yaklaştırmış olursunuz? SONUÇ VE YORUM Deney 7 - Küçük Uzunlukların Girişimle Ölçülmesi
Öğrencinin Adı Soyadı: Numarası: Deney 8 IŞIK VE RENK Öğrenilmesi Gerekenler: Ana renkler ve bunların karışımından oluşan renkler. Araç ve Gereçler: Optik tezgâh, tek yarıklı plaka, renk filtreleri, silindirik mercek, görüntü ekranı, ışın tablası, malzeme tutucu. Ön Çalışma:. Işık nedir? Güneş spektrumunda görünür ışık bölgesinin dalga boyu sınırlarını yaklaşık olarak belirtiniz. Renkler, görünür bölgede hangi sırada yer alır?. Işıkta ana renkler hangileridir? Ara renkler hangileridir? Renk çemberi üzerinde göstererek açıklayınız.. Cisimleri renkli görmemizin nedeni nedir? 4. Ana boya renkleri hangileridir? Ara boya renkleri hangileridir? Renk çemberi üzerinde göstererek açıklayınız. 5. Işıksal renk algılama ve boyasal renk algılamanın farklı olmasının nedenini açıklayınız. Deneyin Yapılışı: I. KISIM: Deney düzeneğini şekildeki gibi kurunuz. Kırmızı ve mavi-yeşil filtreleri yan yana yerleştiriniz. Silindirik merceği, üç renge ait ışık ışını bir noktada kesişecek şekilde ayarlayınız. Görüntü ekranını ileri geri hareket ettirerek kesişme noktasını bulunuz. Kırmızı, yeşil ve mavi renklerin karışımı hangi rengi oluşturmuştur? Deney 8 - Işık ve Renk
II. KISIM: Mavi filtreyi ışık kaynağının çıkışına yerleştiriniz. Optik daire üzerinde yeşil filtreyi elinizle tutunuz. Yansıyan ışınların önüne ikinci bir görüntü ekranı koyarak yeşil filtreden geçen ve yansıyan renkleri gözlemleyiniz. Hangi renkler geçmiş, hangi renkler yansımıştır? Işık kaynağı çıkışındaki ve optik dairenin üzerindeki filtreleri değiştirerek Tablo i doldurunuz. Tablo Işık Kaynağı Çıkışındaki Filtre Optik Daire Üzerindeki Filtre Yansıyan renk Geçen renk SONUÇ VE YORUM Deney 8 - Işık ve Renk