Комплект демонстрационного оборудования «Оптическая скамья. Геометрическая и волновая оптика»
«Оптическая скамья. Геометрическая и волновая оптика» — демонстрационный комплект для кабинета физики, рассчитанный на проведение 27 опытов. Позволяет изучать основные законы геометрической и волновой оптики: распространение, отражение и преломление света, работу линз и оптических приборов, дисперсию, дифракцию, интерференцию и поляризацию. Комплект объединяет всё необходимое для последовательного экспериментального изучения раздела «Оптика» на единой учебной установке.
Состав набора Комплект демонстрационного оборудования «Оптическая скамья. Геометрическая и волновая оптика» объединяет элементы для проведения учебных экспериментов по основным разделам оптики. Комплектация позволяет собирать демонстрационные установки на общей оптической направляющей, исследовать распространение, отражение и преломление света, свойства собирающих и рассеивающих линз, формирование изображений, работу оптических приборов, дисперсию, дифракцию, интерференцию и поляризацию. В состав комплекта входят оптическая скамья с установочными элементами, источник света, сменные линзы и диафрагмы, зеркала, экраны, прозрачные оптические элементы, дифракционные решётки и поляризационные элементы. Оборудование для геометрической и волновой оптики объединено в одном комплекте и подготовлено для последовательного проведения демонстрационных опытов. Оптическая скамья и установочные элементы Оптическая направляющая из алюминиевого профиля с измерительной шкалой — 1 шт.; длина — 1000 мм; Регулируемые опоры оптической направляющей — 1 комплект; Рейтер с зажимной трубкой для установки оптических элементов на направляющей — 5 шт.; высота — 30 мм; Держатель призмы со стержнем — 1 шт.; Держатель экрана и зеркала со стержнем — 1 шт.; Держатель диафрагм и слайдов со стержнем — 2 шт. Источник света Оптический светильник с галогенной лампой — 1 шт.; напряжение лампы — 12 В; мощность — 50 Вт; Оптический светильник оснащён отражающим зеркалом и конденсором. Конструкция предусматривает регулировку положения источника света для настройки светового пучка и проведения различных демонстрационных опытов на оптической скамье. Линзы в оправах Собирающая двояковыпуклая линза в оправе со стержнем — 1 шт.; фокусное расстояние — +50 мм; Собирающая двояковыпуклая линза в оправе со стержнем — 1 шт.; фокусное расстояние — +100 мм; Собирающая двояковыпуклая линза в оправе со стержнем — 1 шт.; фокусное расстояние — +200 мм; Рассеивающая линза в оправе со стержнем — 1 шт.; фокусное расстояние — −100 мм. Диафрагмы и апертуры Диафрагма с круглым отверстием диаметром 1 мм — 1 шт.; Диафрагма с круглым отверстием диаметром 2 мм — 1 шт.; Диафрагма с круглым отверстием диаметром 4 мм — 1 шт.; Щелевая диафрагма с одной щелью — 1 шт.; Многощелевая диафрагма — 1 шт.; Диафрагма со стрелкой — 1 шт. Зеркала и оптические тела Универсальное зеркало с магнитным креплением — 1 шт.; Плоскопараллельная стеклянная пластина с магнитным креплением — 1 шт.; Оптический полуцилиндр с магнитным креплением — 1 шт.; Равносторонняя стеклянная призма — 1 шт.; размер — 42×32 мм; Прозрачная стеклянная пластина — 1 шт.; размер — 90×90×2 мм; Матовая стеклянная пластина — 1 шт.; размер — 90×90 мм; Кювета для проведения опытов с прозрачными средами — 1 шт. Экраны и демонстрационные элементы Демонстрационный экран со стержнем, белая и чёрная рабочие поверхности — 1 шт.; Теневой шар на стержне — 1 шт.; Диапозитив для проведения проекционных опытов — 1 шт.; Микропрепарат в диапозитивной рамке — 1 шт.; Набор цветных светофильтров — 1 комплект; цвета — красный, зелёный и синий. Дифракция и интерференция Дифракционная решётка с частотой 80 штрихов — 1 шт.; Дифракционная решётка с частотой 300 штрихов — 1 шт.; Дифракционная решётка с частотой 600 штрихов — 1 шт. Набор дифракционных решёток позволяет сравнивать картины, возникающие при прохождении света через периодические структуры с различной частотой штрихов, и использовать одну оптическую скамью для последовательного перехода от опытов по геометрической оптике к экспериментам по волновым свойствам света. Поляризационные элементы Поляризационный фильтр в оправе со стержнем и шкалой — 2 шт.; Слюдяная пластинка в диапозитивной рамке — 1 шт. Поляризационные элементы используются для наблюдения изменения состояния и интенсивности проходящего света, исследования взаимного положения поляризатора и анализатора и демонстрации поляризационных эффектов. Хранение оборудования Жёсткий пластиковый чемодан для хранения и транспортировки комплекта — 1 шт.; Поролоновый ложемент с индивидуальными гнёздами для размещения оборудования — 1 комплект; Пластиковый контейнер для хранения малогабаритных оптических элементов — 1 шт. Конструкция оптической системы Основой экспериментальных установок служит алюминиевая оптическая направляющая длиной 1000 мм. На неё устанавливаются рейтеры, позволяющие размещать источник света, линзы, экраны, диафрагмы и другие элементы вдоль общей оптической оси. Измерительная шкала облегчает настройку взаимного положения компонентов и позволяет контролировать расстояния между отдельными элементами экспериментальной установки. Перемещая рейтеры вдоль направляющей, преподаватель может изменять конфигурацию системы в соответствии с задачами конкретного опыта. Линзы и формирование оптических систем В комплект входят собирающие линзы с тремя различными фокусными расстояниями и рассеивающая линза. Это позволяет изменять параметры экспериментальной системы и собирать различные схемы для изучения формирования изображений и принципов действия оптических приборов. Линзы установлены в отдельных оправах со стержнями, благодаря чему их можно размещать в рейтерах, перемещать вдоль оптической скамьи и устанавливать в требуемом положении относительно источника света и экрана. Оптические элементы для исследования отражения и преломления Зеркало, призма, полуцилиндр, плоскопараллельная пластина и кювета позволяют собирать установки для исследования отражения и преломления света в различных условиях. Сочетание элементов различной формы даёт возможность на одной экспериментальной базе демонстрировать изменение направления световых лучей, прохождение света через прозрачные среды, спектральное разложение и другие явления геометрической оптики. Оборудование для волновой оптики В состав комплекта включены дополнительные элементы для изучения волновых свойств света. Дифракционные решётки, поляризационные фильтры и оптические пластинки расширяют возможности классической оптической скамьи и позволяют проводить эксперименты по дифракции, интерференции и поляризации. Благодаря объединённой комплектации переход от геометрической к волновой оптике не требует использования отдельного экспериментального набора: необходимые компоненты являются частью одной системы и используются совместно с общей оптической скамьёй и источником света. Организация хранения Основные компоненты комплекта размещаются в жёстком пластиковом чемодане с поролоновым ложементом. Для деталей предусмотрены индивидуальные гнёзда, соответствующие их форме и размерам. Такое размещение помогает защищать линзы, стеклянные элементы, диафрагмы и установочные детали от перемещения при хранении и транспортировке, облегчает контроль комплектности и сокращает время подготовки оборудования к демонстрационным опытам.
Практические работы Комплект демонстрационного оборудования «Оптическая скамья. Геометрическая и волновая оптика» позволяет провести 27 практических и демонстрационных работ по основным разделам оптики. Работы охватывают распространение, отражение и преломление света, свойства линз и зеркал, формирование изображений, моделирование оптических приборов, дисперсию, дифракцию, интерференцию, поляризацию и двойное лучепреломление. Перечень практических работ Распространение света; Отражение света в плоском зеркале; Исследование собирающей линзы; Моделирование близорукости и её коррекции; Сборка модели астрономического телескопа; Поглощение спектральных составляющих света; Дифракция света на дифракционной решётке; Двойное лучепреломление при механическом напряжении; Вращение плоскости поляризации; Формирование тени; Моделирование камеры-обскуры; Отражение света в выпуклом зеркале; Преломление света; Преломление света в воде; Исследование рассеивающей линзы; Определение фокусного расстояния собирающих линз; Моделирование оптической системы глаза; Моделирование дальнозоркости и её коррекции; Изучение принципа действия увеличительного стекла; Сборка модели подзорной трубы; Сборка модели слайд-проектора; Сборка модели микроскопа; Разложение света на спектральные составляющие. Дисперсия; Дифракция света на щели и наблюдение интерференционной картины; Исследование поляризации света; Исследование поляризации при двойном лучепреломлении; Наблюдение хроматической поляризации. Распространение, отражение и преломление света Начальный блок работ посвящён основным закономерностям геометрической оптики. Учащиеся наблюдают прямолинейное распространение света, формирование тени, отражение от плоских и выпуклых поверхностей, а также изменение направления светового пучка при прохождении через прозрачные среды. Опыты по преломлению позволяют сравнивать поведение света в различных условиях и на практике проследить связь между положением оптических элементов и направлением распространения лучей. Линзы и формирование изображений Работы с собирающими и рассеивающими линзами позволяют исследовать изменение хода световых лучей, образование изображений и положение фокуса. Учащиеся могут изменять расстояния между элементами оптической системы, наблюдать получаемое изображение и определять фокусное расстояние собирающих линз. Экспериментальная работа помогает сопоставлять реальные наблюдения с построением хода лучей на оптических схемах. Оптическая система глаза и коррекция зрения Отдельная группа опытов посвящена моделированию работы человеческого глаза. Учащиеся наблюдают процесс формирования изображения и исследуют изменения оптической системы при моделировании близорукости и дальнозоркости. Использование дополнительных линз позволяет наглядно показать принцип оптической коррекции нарушений зрения и связать изучаемые физические законы с их практическим применением. Моделирование оптических приборов Из компонентов комплекта можно собирать модели увеличительного стекла, подзорной трубы, астрономического телескопа, слайд-проектора, микроскопа и камеры-обскуры. Во время работ учащиеся исследуют взаимное расположение оптических элементов и наблюдают, как сочетание линз, источника света и экрана влияет на формирование и увеличение изображения. Спектральные явления и дисперсия Работы по спектральной оптике позволяют наблюдать разложение света на составляющие и исследовать особенности прохождения различных спектральных компонентов. Практические демонстрации помогают сформировать представление о дисперсии света и позволяют связать наблюдаемую спектральную картину с физическими свойствами света и оптических сред. Дифракция и интерференция При переходе к волновой оптике учащиеся исследуют дифракцию света на решётке и щели и наблюдают характерные интерференционные картины. Эти работы позволяют экспериментально показать волновые свойства света и продемонстрировать явления, которые невозможно описать только с помощью представления о прямолинейно распространяющихся световых лучах. Поляризация и двойное лучепреломление Комплект позволяет проводить серию опытов по поляризации света, включая исследование взаимного положения поляризационных элементов, вращение плоскости поляризации, двойное лучепреломление и хроматическую поляризацию. Отдельный эксперимент демонстрирует оптические эффекты, возникающие при механическом напряжении прозрачного материала. Такие работы позволяют познакомить учащихся с более сложными проявлениями волновой природы света и практическими возможностями поляризационных методов. Организация практикума Практические работы могут использоваться как для демонстрационных опытов преподавателя, так и для организации учебно-исследовательской деятельности. В зависимости от темы занятия учащиеся собирают экспериментальную установку, размещают оптические элементы на направляющей, изменяют их взаимное положение, наблюдают результат и сопоставляют его с теоретической моделью. Последовательность работ позволяет переходить от базовых закономерностей геометрической оптики к более сложным экспериментам по волновым свойствам света в рамках одного комплекта оборудования. Образовательные результаты Выполнение практических работ способствует развитию: понимания законов распространения, отражения и преломления света; навыков сборки и настройки оптических установок; умения работать с линзами, зеркалами, призмами, экранами и диафрагмами; понимания принципов формирования оптических изображений; навыков определения фокусного расстояния линз; понимания принципов действия глаза и способов оптической коррекции зрения; представления об устройстве основных оптических приборов; понимания явлений дисперсии, дифракции и интерференции; представления о поляризации и двойном лучепреломлении света; навыков наблюдения, проведения физического эксперимента и анализа результатов; умения сопоставлять экспериментальные наблюдения с теоретическими моделями и формулировать выводы. Методическое сопровождение Комплект сопровождается методическими материалами на русском языке, предназначенными для подготовки оборудования, сборки экспериментальных установок и организации практических и демонстрационных работ по геометрической и волновой оптике.