Izabela Pucko
Nauczycielka fizyki w XV LO im. St. Żeromskiego w Warszawie

TEMAT
Wyznaczanie ogniskowej soczewki z zastosowaniem programu PANDA

ZAKRES NAUCZANIA
rozszerzony

PROGRAM
PANDA
Program ten pozwala analizować dane pomiarowe. Dzięki niemu można badać zależności, przekształcać dane, rysować wykresy, dopasowywać prostą bądź parabolę. Można również dokonywać analizy statystycznej wyników pomiarów jednej zmiennej.

FORMY PRACY
Praca na lekcji w pracowni fizycznej, w 3, 4-osobowych zespołach. Opracowanie wyników pomiarów w domu za pomocą programu PANDA.

CELE LEKCJI
Poznawczy, kształcący, społeczny i wychowawczy:

  • Umiejętność obserwowania i opisywania zjawisk fizycznych
  • Umiejętność posługiwania się metodami badawczymi typowymi dla fizyki
  • Umiejętność wykonywania prostych pomiarów
  • Umiejętność posługiwania się technologią informatyczną do zbierania danych doświadczalnych ich przetwarzania oraz modelowania zjawisk fizycznych
  • Zainteresowanie otaczającym światem i motywacja do zdobywania wiedzy
  • Umiejętność współpracy w zespole

POZIOM WIEDZY WSTĘPNEJ
Uczeń opanował podstawy optyki geometrycznej:

  • zna rodzaje soczewek,
  • potrafi przeprowadzić konstrukcję obrazu w soczewce,
  • umie nazwać cechy obrazów, potrafi zdefiniować powiększenie
  • zna równanie soczewki.

PRZEBIEG LEKCJI

  1. Przypomnienie wiadomości lekcji ostatniej: rodzaje soczewek, konstrukcje obrazów w soczewce, cechy obrazów, równanie soczewki.
  2. Podział klasy na grupy i przypisanie każdej z nich następujących środków dydaktycznych z zestawu do ćwiczeń z optyki geometrycznej: podstawki, trzpienie, belkę ławy optycznej, gniazda, uchwyty, ekran oraz soczewki o różnych ogniskowych (+5 cm , +10 cm , +15 cm), świeczki.
  3. Rozdanie kart pracy i omówienie przebiegu doświadczenia.

 

KARTA PRACY

Temat: Wyznaczanie ogniskowej soczewki.

Cel: Badanie zależności odległości x (przedmiot-soczewka) od y (obraz-soczewka) dla konkretnej soczewki i wyznaczenie jej ogniskowej f.

Przebieg doświadczenia:

  1. Ustawiamy zapaloną świeczkę w dużej odległości od soczewki (1,3f < x < 3f)
  2. Po drugiej stronie ustawiamy ekran w takim położeniu, aby obraz był ostry
  3. Mierzymy odległość x przedmiotu (świeczki) od soczewki
  4. Mierzymy odległość y obrazu (ekranu) od soczewki
  5. Pomiar powtarzamy dla różnych wartości x
  6. Wyniki zapisujemy w tabelce:

l.p.

x

y

1

    

2

    

3

    

4

    

5

    

6

    

7

    

8

    

9

    

 

Opracowanie wyników:
W opracowaniu wykorzystujemy program PANDA

  1. Przepisujemy powyższą tabelkę do programu PANDA;
  2. W programie PANDA przekształcamy dane x i y na 1/x i 1/y;
  3. Rysujemy wykres zależności 1/y(1/x);
  4. Dopasowujemy optymalną prostą (Regresja liniowa). Badana zależność jest liniowa ze względu na spełnienie równania soczewki:
  5. Odczytujemy wyniki, w szczególności zauważamy, że współczynnik kierunkowy prostej a = -1 (z dokładnością do niepewności pomiarowej); z kolei współczynnik kierunkowy b równy jest odwrotności ogniskowej.
  6. Wyliczamy przedział wynikowy ogniskowej. Najmniejszą wartość ogniskowej obliczamy jako , a największą wartość jako;
  7. Wynik podajemy w postaci: f Î (fmin, fmax)

 

SPODZIEWANE EFEKTY
Poniżej przedstawiono następujące wyniki uzyskane przez uczniów:

Ad. 1

l.p.

x, cm

y, cm

1

16,5

21,0

2

14,5

28,5

3

27,0

14,0

4

13,5

34,0

5

18,0

18,0

6

28,0

14,0

7

15,0

22,0

8

30,0

13,0

9

22,0

16,5

Ad. 2

Ad. 3 i 4

Ad. 5

Ad. 6
Współczynnik b = (0,1106 ± 0,0042) 1/cm, zatem bmin = 0,1064 1/cm, a bmax = 0,1148 1/cm. Wobec tego cm i cm.

Średnia wartość ogniskowej wynosi zatem 9,06 cm, a niepewność pomiarowa = 0,35 cm.

Wynik możemy zapisać jako przedział: f Î (8,71 cm; 9,40 cm) , bądź w postaci:
f = 9,06 cm ± 0,35 cm.