Παρουσίαση/Προβολή

Εικόνα επιλογής

Εργαστήριο Φυσικής ΙΙΙ - Οπτική

(Φ-208) -  Πέτρος Ρακιτζής, Διονύσιος Αντύπας, Χαράλαμπος Κατσίδης

Περιγραφή Μαθήματος

Tο μάθημα "Φ-208. Εργαστήριο Φυσικής ΙΙI - Οπτική" απευθύνεται σε δευτεροετείς φοιτητές. Σκοπός του μαθήματος είναι η εξοικείωση των φοιτητών με έννοιες οπτικής, φυσικής και γεωμετρικής οπτικής, μέσω μιας σειράς πειραμάτων. Καλύπτονται οι βασικότερες έννοιες της οπτικής (συμβολή, περίθλαση, πόλωση, φασματοσκοπία) και χρησιμοποιούνται πειραματικές διατάξεις τόσο με σύμφωνες (laser) όσο και με ασύμφωνες πηγές. Ο κάθε φοιτητής πρέπει να έρχεται προετοιµασµένος και ενηµερωµένος στα βασικά του πειράµατος από σηµειώσεις και την αντίστοιχη βιβλιογραφία, να γνωρίζει το περιεχόµενο και τις βασικές έννοιες της άσκησης µε την οποία θα ασχοληθεί. Μετά το πέρας του κάθε εργαστηρίου ο φοιτητής πρέπει να ετοιµάσει και να παραδώσει την πειραµατική αναφορά. Η παρακολούθηση στο µάθηµα είναι υποχρεωτική και κατά τη διάρκεια του εργαστηρίου οι φοιτητές εξετάζονται από τον διδάσκοντα. Το μάθημα έχει ως προαπαιτούμενο (σελ. 5 Οδηγός Προπτυχιακών Σπουδών) την επιτυχή παρακολούθηση στα μαθήματα: Εργαστήριο Φυσικής ΙΙ (Φ-207).

Το μάθημα προσφέρεται το χειμερινό και εαρινό εξάμηνο και το θεωρητικό μέρος εξετάζεται και το Σεπτέμβριο.

Φοιτητές που θα περάσουν το μάθημα με βαθμό τουλάχιστον 8.0 συνηθίζεται να κάνουν αίτηση για βοηθοί στο μάθημα σε επόμενο εξάμηνο εφόσον το επιθυμούν. Υπενθυμίζεται ότι οι βοηθοί θα πρέπει να γραφτούν στο μάθημα Διδακτική Εργ. Φυσ. ΙΙΙ.

Ημερομηνία δημιουργίας

Παρασκευή 25 Δεκεμβρίου 2020

Σελίδα μαθήματος
  • Περίγραμμα

    Γενικά

    Φ-208. Εργαστήριο Φυσικής ΙΙΙ - Οπτική
    Ώρες: 3
    ΕCTS: 7
    Εξάμηνο: 3ο ή 4ο
    Προαπαιτούμενα: Φ-207

    Διδάσκοντες:
    Π. Ρακιτζής, Γραφείο: 111 Κτίριο Φυσικής, e-mail: ptr@iesl.forth.gr

    Χ. Κατσίδης, Γραφείο: 009 Κτίριο Φυσικής, e-mail: katsidis@physics.uoc.gr

    Υπεύθυνος Εργαστηρίου:
    X. Μπαχαρίδης, Γραφείο: 010 κτίριο Φυσικής, e-mail: baharid@physics.uoc.gr

    Ώρες Εργαστηρίων:
    Θα ανακοινωθούν σύντομα

    Περιεχόμενο μαθήματος

    Τα πειράµατα που γίνονται στο συγκεκριμένο μάθημα είναι τα ακόλουθα:

    1. Μελέτη λεπτών φακών (Γεωμετρική οπτική, λεπτοί φακοί)
    2. Μελέτη διάθλαση φωτός από πρίσμα (Διάδοση στην ύλη, δείκτης διάθλασης)
    3. Συμβολόμετρο Fabry-Perot (Οπτικές κοιλότητες - PASCO OS-9255A)
    4. Πόλωση φωτός [Πλακίδια: λ/4 (quarter-wave plate), λ/2 (half-wave plate)]
    5. Μελέτη οπτικής ενεργότητας - Πολωσίμετρο
    6. Περίθλαση Fraunhofer (Multiple-slit diffraction Java Applet -- download)
    7. Μελέτη ιδιοτήτων οπτικού φράγματος
    8. Μελέτη ατομικών φασμάτων εκπομπής (Φασματοσκοπία εκπομπής)
    9. Μελέτη κυματικών φαινομένων με την χρήση μικροκυμάτων - Περίθλαση Fresnel
    10. Μέτρηση της ταχύτητας του φωτός (περιγραφή πειράματος PASCO)

    Τα πειράματα περιγράφονται αναλυτικά στον εργαστηριακό οδηγό/εγχειρίδιο (Σημειώσεις Εργαστηρίου ΙΙΙ - Οπτική, ΠΚ Π. Ρακιτζής & Θ. Τζούρος) που θεωρείται το βασικό σύγγραμα καθώς και σε άλλες πηγές που δίδονται στη βιβλιογραφία.

    Προαπαιτούμενα

    Σύμφωνα με τον Οδηγό Σπουδών του Τμήματος Φυσικής το μάθημα “Εργαστήρια Φυσικής III (Οπτική)” (Φ-208), έχει ως προαπαιτούμενο την επιτυχή παρακολούθηση, δηλαδή προβιβάσιμο βαθμό, στο μάθημα "Εργαστήριο Φυσικής ΙΙ (Ηλεκτρισμός)" (Φ-207). Μόνο οι φοιτητές που εισήχθησαν πριν από το ακαδημαϊκό έτος 2005-2006 δεν υπόκεινται στο παραπάνω προαπαιτούμενο.

    Πρόγραμμα πειραμάτων

    Τα δέκα πειράματα του εργαστηρίου τελούνται από 10 ομάδες καθεμία από τις οποίες αποτελείται από δύο συνήθως φοιτητές. Το πείραμα το οποία εκτελεί η κάθε ομάδα σε καθεμία από τις 10 εβδομάδες που διαρκεί το εργαστήριο δίνεται στον ακόλουθο πίνακα.

    Εβδομάδα 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
    Ομάδα Πείραμα
    1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E T
    2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 E T
    3 3 4 5 6 7 8 9 10 1 7 E T
    4 4 5 6 7 8 9 10 1 2 6 E T
    5 5 6 7 8 9 10 1 2 3 5 E T
    6 6 7 8 9 10 1 2 3 4 4 E T
    7 7 8 9 10 1 2 3 4 5 3 E T
    8 8 9 10 1 2 3 4 5 6 2 E T
    9 9 10 1 2 3 4 5 6 7 1 E T
    10 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E T
     
    Ε: Επανάληψη εργαστηρίων πριν την τελική πειραματική εξέταση "Τ"
    Τ: Τελική Πειραματική Εξέταση εντός του εργαστηρίου.

    Κανονισμοί Λειτουργίας Εργαστηρίου

    1. Οι φοιτητές προσέρχονται στο εργαστήριο ακριβώς στην αρχή της ώρας, το ακαδημαϊκό τέταρτο δεν ισχύει στα εργαστήρια. Καθυστερημένη προσέλευση θα έχει αρνητικές επιπτώσεις στον βαθμό Α2 (βλέπε Αξιολόγηση).
    2. Οι φοιτητές υποχρεούνται να έρχονται διαβασμένοι και προετοιμασμένοι για την κάθε εργαστηριακή άσκηση. Αυτό ισχύει από το πρώτο εργαστήριο. Φοιτητές που επανειλημμένα έρχονται απροετοίμαστοι στο εργαστήριο δεν θα γίνονται δεκτοί.
    3. Τα κινητά τηλέφωνα πρέπει να είναι απενεργοποιημένα και δεν επιτρέπονται τρόφιμα ή ροφήματα στην αίθουσα του εργαστηρίου. Το κάπνισμα εντός του εργαστηρίου απαγορεύεται αυστηρά.
    4. Οι αναφορές θα παραδίδονται στην καθορισμένη ημερομηνία αλλιώς δεν θα γίνονται αποδεκτές. Δηλ. στην αρχή του επομένου εργαστηρίου. Οι αναφορές θα γράφονται από κοινού από τα μέλη της ομάδας και θα δίνεται ένας βαθμός ανά αναφορά, ανά ομάδα. Όλα τα μέλη της ομάδας οφείλουν να γνωρίζουν καλά το πλήρες περιεχόμενο των αναφορών της ομάδας τους και να είναι έτοιμοι να απαντήσουν οποιαδήποτε ερώτηση πάνω σε αυτό.
    5. Οι αναφορές πρέπει να είναι καλογραμμένες και ευανάγνωστες. Η πρώτη σελίδα της αναφοράς θα πρέπει να είναι συμφωνα με το πρότυπο που σας δίνεται στην ενότητα Έγγραφα.
    6. Όλοι οι φοιτητές πρέπει να ενημερώνονται τακτικά για θέματα που αφορούν το εργαστήριο από τον πίνακα ανακοινώσεων του Εργαστηρίου στην παρούσα ιστοσελίδα του μαθήματος καθώς και από e-mails που θα σας αποστέλνονται στον λογαριασμό που σας έχει δοθεί από το πανεπιστήμιο (δηλαδή phxxxx@edu.physics.uoc.gr όπου xxxx είναι ο Α.Μ).
    7. Οι φοιτητές μπορούν να φέρνουν τα laptop τους στο εργαστήριο και να τα χρησιμοποιούν στην καταγραφή, ανάλυση και απεικόνιση των αποτελεσμάτων τους κερδίζοντας πολύτιμο χρόνο στην προετοιμασία της αναφοράς.
    8. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων (δεδομένα) που πάρθηκαν κατά την ώρα του πειράματος θα υπογράφονται από τον διδάσκοντα (ή μεταπτυχιακούς βοηθούς) προ του τέλους του εργαστηρίου και θα επισυνάπτονται στην συγκεκριμένη αναφορά.
    9. Όλα τα πειράματα είναι υποχρεωτικά και θα κρατιέται απουσιολόγιο. Στην περίπτωση που για κάποιο λόγο οι φοιτητές δεν μπορούν να είναι παρόντες σε κάποιο πείραμα λόγω ανωτέρας βίας θα πρέπει πάντοτε να αναπληρώνουν το χαμένο εργαστήριο κατόπιν συνεννοήσεως με τον διδάσκοντα και τους βοηθούς

    Μέθοδοι αξιολόγησης

    Οι κανονισμοί για την βαθμολογία του μαθήματος αναφέρονται στον νέο οδηγό σπουδών και δίνονται και παρακάτω. Πιο συγκεκριμένα:

    1. 50% του βαθμού προέρχεται από τις αναφορές (Α1) και προφορική εξέταση ή συμμετοχή στο μάθημα κατά τη διάρκεια του εξαμήνου (Α2) όπως καθορίζει ο διδάσκων (βαθμός Α=Α1+Α2).
    2. Ο μέσος βαθμός από όλες τις αναφορές υπολογίζεται από όλες πλην της χειρότερης.
    3. 25% του βαθμού προέρχεται από την γραπτή εξέταση στο τέλος του εξαμήνου. (βαθμός Β1)
    4. 25% του βαθμού προέρχεται από εξέταση στο τέλος του εξαμήνου σε μία πειραματική άσκηση μέσα στο εργαστήριο από αυτές που έχει διδαχθεί. (βαθμός Β2)
    5. Αν ένας φοιτητής έχει βαθμό Α (=Α1+Α2)<5 δεν μπορεί να λάβει μέρος στις γραπτές εξετάσεις. Πρέπει να δηλώσει εκ νέου το μάθημα σε μελλοντικό εξάμηνο, και να το επαναλάβει πλήρως εκτελώντας και πάλι όλα τα πειράματα.
    6. Για να θεωρηθεί ότι ένας φοιτητής έχει παρακολουθήσει επιτυχώς ένα από το μαθήματα πρέπει να έχει αξιολογηθεί με βαθμό ανώτερο ή ίσο του 5 σε κάθε επιμέρους κομμάτι, δηλαδή Α (=Α1+Α2)>=5, Β1>=5 και Β2>=5. Αυτό αντιστοιχεί σε προβιβάσιμο βαθμό στην αξιολόγηση εργασιών και προετοιμασίας κατά τη διάρκεια του εξαμήνου (Α), τελική θεωρητική γραπτή εξέταση (Β1) και στην πειραματική τελική εξέταση (Β2).
    7. Ο διδάσκων παραδίνει κατάσταση βαθμολογίας στην Γραμματεία στην οποία φαίνονται μαζί με τον τελικό βαθμό και οι τρεις επιμέρους βαθμοί Α, Β1 και Β2.
    8. Αν ένας φοιτητής έχει Α>=5 αλλά Β1<5 ή Β2<5 οφείλει να δηλώσει το μάθημα εκ νέου σε μελλοντικό εξάμηνο (εξεταστική περίοδος Ιανουαρίου ή Ιουνίου) οπότε και θα εξεταστεί μόνο στο τελικό μέρος διατηρώντας τον βαθμό (Α) που είχε από την αξιολόγηση κατά τη διάρκεια του εξαμήνου και τους αντίστοιχους βαθμούς Β1 ή Β2 (>=5).

    Βιβλιογραφία

    Βασικό Σύγγραμμα

    To βιβλίο των κκ. Π. Ρακιτζή & Θ. Τζούρου (Σημειώσεις Εργαστηρίου ΙΙΙ - Οπτική) με την αναλυτική περιγραφή των πειραμάτων διανέμεται στους φοιτητές στην έναρξη του εξαμήνου. Το βιβλίο είναι διαθέσιμο και ως αρχείο PDF εδώ.

    Χρήσιμα Βιβλία

    Προσοχή: Τα e-books είναι μορφής djvu αλλά μπορείτε να κατεβάσετε τον djvu reader και να τον εγκαταστήσετε στον υπολογιστή σας δωρεάν.

    Συμπληρωματικό Υλικό

    Διαλέξεις

    Οι ακόλουθες είναι σημειώσεις των διαλέξεων του κ. Τζούρου που δόθηκαν το φθινόπωρο του 2012

    • Διάλεξη 1 - Μιά γρήγορη εισαγωγή στην Κυματική
    • Διάλεξη 2 - Εξισώσεις Maxwell - Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα στο κενό
    • Διάλεξη 3 - Συμβολή δύο κυμάτων
    • Διάλεξη 4 - Εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα - Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων
    • Διάλεξη 5 - Σχέσεις Stokes - συντελεστές ανάκλασης και διάδοσης - Συμβολή δύο κυμάτων από παράλληλες επιφάνειες
    • Διάλεξη 6 - Συμβολή πολλαπλών κυμάτων από παράλληλες επιφάνειες - Συμβολόμετρο Fabry - Perot

    Μπορείτε επίσης να συμβουλευτείτε τις σημειώσεις του αντίστοιχου μαθήματος στο Παν. Ιωαννίνων (εδώ).

     

    Υπολογιστική βοήθεια

    Επιπλέον του βιβλίου των κκ. Π. Ρακιτζή & Θ. Τζούρου τα ακόλουθα προγράμματα προσαρμογής ευθείας ελαχίστων τετραγώνων είναι χρήσιμα για την ανάλυση των πειραματικών δεδομέων με σφάλματα όχι μόνο στο y αλλά και στο x:

    • LINFITEXY.for - Ελάχιστα τετράγωνα με σφάλματα Δy και Δx (πρόγραμμα Fortran77)
    • LINFITEXY.xls - Ελάχιστα τετράγωνα με σφάλματα Δy και Δx (πρόγραμμα MS Excel - δεν λειτουργεί σε Open Office ή LibreOffice)
      Για να χρησιμοποιήσετε το LINFITEXY.xls θα πρέπει να ενεργοποιήσετε πρώτα τα macros που το υποστηρίζουν (δέστε οδηγία)
      Προσοχή - ένα παρόμοιο πρόγραμμα στα Εργ. Φυσ. Ι δεν υποστιρίζει σφάλματα Δx παρόλο που δίνει την εντύπωση οτι το κάνει! Μην το χρησιμοποιήσετε!

     

    Εικονικά Πειράματα

    Τα παρακάτω εικονικά πειράματα είναι ως επί το πλείστον τύπου applets που χρειάζονται προεγκαταστημένο λογισμικό (Java, Flash, html, etc.) το οποίο όμως γενικά είναι ελεύθερης χρήσης. Συνήθως τα ίδια τα applets δίνουν πληροφορία από που μπορείτε να κατεβάσετε το λογισμικό το οποίο χρειάζεται να εγκατασταθεί μόνον μία φορά. Τα περισσότερα applets είναι στα αγγλικά αλλά υπάρχουν και μερικά στα ελληνικά.

    Η λίστα των εικονικών πειραμάτων δεν είναι πλήρης. Εάν γνωρίζετε και εσείς κάποιο ενδιαφέρον εικονικό πείραμα ιδιαιτέρως αν είναι καλύτερο από αυτά που δίνονται πιό κάτω ή έχετε κάποια σημαντική παρατήρηση για τα υπάρχοντα παρακαλώ επικοινωνήστε με τον διδάσκοντα. Επίσης, όσοι ενδιαφέρεστε μπορείτε και οι ίδιοι να συνεισφέρετε applets της δικής σας δημιουργίας. Δεν είναι και τόσο δύσκολο!

    Πειραματικές Ασκήσεις

    Αλλα ενδιαφέροντα applets:

    Αλλα πειράματα οπτικής στο διαδίκτυο:

     

    Ενδιαφέρουσα βιβλιογραφία και σύνδεσμοι ανά πείραμα

     

    Περιγραφή οργάνων

    1. OceanViewIO
    2. OceanViewQuickStart
    3. OEM-Data-Sheet-USB2000-
    4. USB2000-OEM-Data-Sheet

     

    Στην ιστοσελίδα αυτή παρουσιάζεται μία σύντομη περιγραφή σε video βασικών οργάνων τα οποία χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο, καθώς και το αναλυτικό εγχειρήδιο λειτουργίας τους (manual) όταν είναι διαθέσιμο.

    1. Αμπερόμετρο - Video - Manual
    2. Βολτόμετρο - Video - Manual
    3. Τροφοδοτικό - Video - Manual
    4. Αναλογικά όργανα - Video - Manual
    5. Ψηφιακά όργανα - Video - Manual