Dzięki temu zestawowi można zademonstrować praktycznie wszystkie doświadczenia związane z optyką geometryczną, korzystając z płytek, modeli soczewek i luster na tarczy Kolbego lub też pełnych soczewek z przedmiotem i obrazem na ekranie dzięki ławie optycznej. Zestaw nadaje się zarówno do demonstracji nauczycielskich jak i ilościowych doświadczeń uczniowskich.
Budowa/Opis techniczny:
W skład ławy optycznej wchodzą:
- aluminiowa ława (szyna) o długości 120 cm, szerokości 5 cm i wysokości 3 cm,
- dwie plastikowe nóżki do ławy o szerokości ok. 14 cm,
- 7 ślizgaczy na ławę do umocowania w nich akcesoriów wymienionych niżej, każdy ślizgacz ma trzy otwory do umocowania akcesoriów,
- przedmiotu optycznego (strzałki w górę z dodatkową poprzeczką poziomą, pomagającą stwierdzić odwrócenie obrazu w poziomie, wymiary wyciętej figury to 24 mm wysokości i 10 mm szerokości),
- soczewek o średnicach 50 mm i ogniskowych: 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm i –150 mm,
- dwustronnego ekranu o wymiarach 8 cm na 11 cm, z jednej strony białego, z drugiej zaś z naniesionymi skalami w pionie i poziomie do pomiarów wysokości obrazu użytego przedmiotu.
W skład tarczy Kolbego wchodzą:
- metalowa ferromagnetyczna prostokątna tarcza o szerokości 47 cm i wysokości 33 cm, wyposażona w odchylany stojak do ustawienia jej w pionie, wszystkie akcesoria poniżej posiadają magnesy do umocowania ich na tej tarczy,
- zwierciadło płaskie/wypukłe/wklęsłe o długości ok. 6 cm, kształt dowolnie uzyskiwany poprzez wygięcie i zatrzymanie jego położenia przez dokręcenie śrub mocujących,
- akrylowa płytka płasko-równoległa o wymiarach 2,5 cm na 7,5 cm,
- akrylowe modele soczewek: skupiającej i rozpraszającej, długości 8 cm,
- akrylowa soczewka półokrągła, pryzmat trójkątny i pryzmat o podstawie trapezowej,
- źródło światła: zasilanie 12 V/20 W (żarówka halogenowa) i przystawki z 1, 3, 5 szczelinami oraz filtry: czerwony, niebieski i zielony oraz przewody łączeniowe bananowe do zasilania źródła (70 cm każdy). To źródło może być użyte również na ławie optycznej, dzięki odpowiedniej przystawce umożliwiającej umieszczenie go na ślizgaczu ławy.
Działanie:
Na jednym końcu ławy należy umieścić ślizgacz ze źródłem światła i niedaleko od niego przedmiot (strzałkę). Dalej umieszczamy soczewkę lub soczewki w dowolnej konfiguracji, na drugim zaś końcu ustawiamy ślizgacz z ekranem. Dzięki umieszczeniu skal na ekranie możliwe jest określanie nie tylko odległości przedmiot-soczewka czy soczewka-obraz ale również powiększenia otrzymywanych obrazów na ekranie. Ślizgacze usuwamy z ławy łapiąc za zewnętrzne, nie zaś środkowe części. Jeśli ślizgacz ma się poruszać po ławie, nie należy za mocno wciskać danego elementu do niego, gdyż mocne wciśnięcie powoduje zaciśnięcie ślizgacza na torze.
Przykładowe doświadczenia możliwe do przeprowadzenia z wykorzystaniem ławy optycznej:
- prezentacja lub szukanie ostrego obrazu przedmiotu wytwarzanego przez daną soczewkę skupiającą na ekranie, wykazanie niemożliwości uzyskania obrazu rzeczywistego przy pomocy soczewki rozpraszającej;
- wyznaczanie ogniskowej soczewki skupiającej bądź układu takich soczewek, położonych blisko siebie lub rozdzielonych, wykorzystując równanie soczewkowe (f = xy/(x+y)) lub metodę Bessela znajdowania obu obrazów: powiększonego i pomniejszonego w różnych położeniach soczewki względem zaaretowanych: przedmiotu i ekranu (f = d(L/d - d/L)/4), gdzie d jest odległością między dwoma wspomnianymi położeniami soczewki a L odległością przedmiot-ekran,
- wyznaczanie ogniskowej soczewki rozpraszającej metodą złożenia z soczewką skupiającą tak, że układ jako całość posiada dodatnią zdolność skupiającą (wtedy możliwe jest uzyskanie obrazu rzeczywistego na ekranie), zgodnie z równaniem 1/f = 1/f1 + 1/f2 – d/(f1*f2), gdzie d oznacza odległość między soczewkami,
- prezentacja działania przyrządów optycznych, np. lunety astronomicznej: na ławie ustawiamy blisko jednego końca soczewkę o ogniskowej 50 mm, za nią zaś tę o ogniskowej 200 mm. Patrząc przez tę pierwszą szukamy takiego położenia drugiej, aby dostrzec pozorny, powiększony obraz przedmiotu odległego o kilkanaście/kilkadziesiąt metrów. Ławę możemy trzymać w rękach jak zwykłą lunetę.
Doświadczenia możliwe do wykonania z tarczą Kolbego dostępne są tutaj
Wykorzystanie zgodnie z podstawą programową:
III etap edukacyjny, punkt 7., podpunkty 4), 5), 6), 7), 8).
III etap edukacyjny, wymagania doświadczalne, punkt 11). „Uczeń demonstruje zjawisko załamania światła (zmiany kąta załamania przy zmianie kąta padania – jakościowo)."
IV etap edukacyjny, zakres rozszerzony, punkt 10., podpunkt 7) „Uczeń opisuje zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia i wyznacza kąt graniczny", podpunkt 8) „Uczeń rysuje i wyjaśnia konstrukcje tworzenia obrazów (...) za pomocą soczewek (...)", podpunkt 9) „Uczeń stosuje równanie soczewki, wyznacza położenie i powiększenie otrzymanych obrazów".
Wygląd produktu na zdjęciu może odbiegać od wyglądu produktu w rzeczywistości.
