50461

Изучение сферических линз

Лабораторная работа

Физика

Для тонких линз верна формула: 1 где d и расстояния предмета и его изображения от оптического центра линзы; n показатель преломления линзы относительно среды в которой она находится; R1 и R2 радиусы кривизны поверхностей ограничивающих линзу. Оптическим центром О линзы называется точка проходя которую лучи не изменяют своего направления. Плоскость перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через центр оптический называется главной плоскостью линзы. Величина постоянная для данной линзы называется оптической...

Русский

2014-01-24

79 KB

1 чел.

РАБОТА № 6

Изучение сферических линз.

Оптической линзой называется тело, изготовленное из однородного прозрачного вещества и ограниченное поверхностями, из которых, по крайней мере, одна имеет радиус кривизны, отличный от нуля. Обычно поверхности, ограничивающие линзу, являются сферическими.

Линза, толщина которой мала по сравнению с радиусом кривизны поверхностей, называется тонкой. Для тонких линз верна формула:

 (1)

где d и - расстояния предмета и его изображения от оптического центра линзы; n - показатель преломления линзы относительно среды, в которой она находится; R1 и R2 - радиусы кривизны поверхностей, ограничивающих линзу.

Оптическим центром - О - линзы называется точка, проходя которую лучи не изменяют своего направления. Всякая прямая, проходящая через оптический центр, называется оптической осью (AA/). Оптическая ось, проходящая через центры кривизны, называется главной оптической осью1ОВ2). Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через центр (оптический), называется главной плоскостью линзы.

Рис. 1.

Величина

постоянная для данной линзы, называется оптической силой линзы. Если Ф>0, то линза называется собирающей (положительной) - параллельный пучок света после преломления в линзе собирается в одной точке, называемой главным фокусом линзы (рис. 2a). Если Ф<0, то линза называется рассеивающей (отрицательной) - параллельный пучок света после преломления в линзе образует расходящийся пучок лучей, продолжения которых пересекаются в главном фокусе (рис. 2б).

a)                                                                         б)

Рис. 2.

Расстояние главного фокуса от оптического центра линзы называется главным фокусным расстоянием и является основной характеристикой линзы. Главное фокусное расстояние определяется формулой

 (3)

Экспериментальная часть.

Для построения изображения предмета с помощью линзы пользуются тремя лучами, ход которых через линзу известен: (рис. 3.)

  1.  лучом, параллельным главной оптической оси, который после преломления в линзе проходит через главный фокус.

лучом, проходящим через главный фокус и после преломления параллельным главной оптической оси.

лучом, идущим через центр линзы без изменения направления.

Изображение предмета в зависимости от того, на каком расстоянии от линзы будет находиться предмет , может получиться увеличенным или уменьшенным, действительным или мнимым. Мнимым изображение предмета называется такое его изображение, которое находится по одну сторону с предметом.

Рис. 3.

Задание 1. Определение главного фокусного расстояния собирающей линзы.

Способ 1. - по расстоянию до предмета изображения. Из (1) и (3) видно что

       или                 (4) и (5)

Измерения: Поместив линзу между экраном и осветителем, передвигают ее до тех пор, пока не получат на экране отчетливого изображения выреза в осветителе. Отсчитывают по линейке положение линзы (рис. 4.). Вычисляют d и .

Рис. 4.

Находят фокусное расстояние по формуле (5).

Способ 2. - по величине предмета и изображения и по расстоянию последнего от линзы.

Обозначим величину предмета - l, величину его изображения - L. Из рис. 4. видно, что

Определяя отсюда d (расстояние от предмета до линзы) и подставляя в формулу (5) получаем:

Измерения. Ставят линзу между экраном и предметом так, чтобы на экране получилось сильно увеличенное изображение выреза в осветителе и отсчитывают положение линзы. Измеряют величину предмета и его изображения на экране. Находят фокусное расстояние по формуле (6).

Способ 3. (Бесселя) - по величине перемещения линзы.

Если расстояние от предмета до изображения, которое обозначим А, более 4F, то всегда найдется два таких положения линзы, при которых на экране получается отчетливое изображение предмета: в одном случае уменьшенное, в другом - увеличенное (рис. 5.).

Рис. 5.

Нетрудно видеть, что при этом оба положения линзы будут симметричны относительно середины расстояния между предметом и изображением. Действительно, воспользовавшись уравнением (5), можно написать для 1 и 2 положений линзы:

   и       (7)

Приравняв правые части, получим  x=(A - l) / 2 . Отсюда:

Т. е. оба положения линзы находятся на равных расстояниях от предмета и изображения и, следовательно, симметричны относительно середины расстояния между предметом и изображением. Чтобы получить изображение для фокусного расстояния, рассмотрим одно из положений линзы, например, 1. Для него:

             

Подставляя их в формулу (5), найдем:

  (8)

Этот способ является наиболее общим; в предыдущих случаях пользовались для расчетов величинами d и , подразумевая под ними отрезки, измеренные до центра линзы. На самом деле следовало эти величины измерять до соответствующих главных плоскостей линзы, определение которых довольно затруднительно. В данном способе эта ошибка исключается благодаря тому, что в нем измеряется не расстояние от линзы, а лишь величина ее перемещения.

Измерения. Передвигая линзу, добиваются получения отчетливых изображений для двух положений линзы, (получая, соответственно, увеличенное и уменьшенное изображения предмета). Отсчитывают положение линзы по шкале. Повторяют опыт-измерения несколько раз. Измерив расстояние от осветителя до экрана А, и вычислив среднее значение перемещения, находят фокусное расстояние линзы по формуле (8).

Задание 2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы.

Для системы, состоящей из двух тонких линз, выполняется соотношение:

Ф = Ф1 + Ф2 - LФ1Ф2  (9)

где Ф - оптическая сила системы, Ф1, Ф2 - оптические силы входящих в систему линз, L - расстояние между линзами.

Или

где F, F1, F2 - соответствующие фокусные расстояния. Отсюда:

  (10)

Измерения. Установив на рельс рассеивающую или собирающую линзы, добиваются получения на экране резкого изображения выреза осветителя. Отмечают по шкале положения обеих линз. После этого определяют фокусное расстояние системы двух линз по формуле (8), где А- расстояние от предмета до экрана; - расстояние от второй линзы до изображения (рис. 6.).

Рис. 6.

Затем по формуле (10) вычисляют фокусное расстояние рассеивающей линзы, взяв для фокусного расстояния собирающей линзы его значение, полученное в предыдущих упражнениях.

Порядок выполнения работы.

  1.  Попросить преподавателя включить осветительную лампу.

Поместить линзу между экраном и осветителем. Передвигать ее до тех пор, пока на экране не получится резкого изображения выреза осветителя. Отметив по шкале положение линзы, вычисляют F по формуле (5).

Получив резкое изображение, измеряют его величину выреза осветителя. По (6) находят F.

Передвигая линзу, добиваются получения резкого изображения предмета для двух различных положений линзы и, отметив эти положения на шкале, вычисляют F по формуле (8).

Между экраном и осветителем помещают две линзы: рассеивающую и собирающую. Определяют расстояние между ними. Передвигая их, добиваются получения на экране резкого изображения выреза осветителя. Отметив положения линз по шкале, вычисляют по (8) фокусное расстояние системы и затем по (10) - фокусное расстояние рассеивающей линзы, взяв за фокусное расстояние собирающей его значение из предыдущих опытов.

Требования к отчету.

  1.  Результаты измерений подписанные преподавателем.

Значение F1, вычисленное тремя методами. Указать погрешности.

Значение F2, указать погрешности.

Требование по технике безопасности.

  1.  Не трогать линзы пальцами ! Брать за держатель или оправу.

В работе используется 220 В напряжения переменного тока, которое является опасным для жизни.

Студентам запрещается включать и производить какие-либо действия с приборами, не относящимися к работе.

Контрольные вопросы.

  1.  Формула тонкой линзы.

Три метода определения фокусного расстояния собирающей линзы. Какой из методов самый точный.

Метод определения фокусного расстояния системы линз.

Метод определения фокусного расстояния рассеивающей линзы.

3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38342. Бизнес-планирование инвестиционных проектов 34.5 KB
  Бизнесплан это стандартный документ в котором детально обосновывается концепция инвестиционного проекта приводятся основные технические экономические финансовые и социальные характеристики. Бизнесплан позволяет обобщить результаты которые будут достигнуты в результате внедрения инвестиционного проект определить его эффективность и жизнеспособность установить направления возможного детального развития. Бизнесплан является основанием для получения финансовых ресурсов правовой и организационной поддержки.
38344. ПРАВО ВНЕШНИХ СНОШЕНИЙ 118.5 KB
  Институтом этой отрасли является право на внешние сношения вытекающее из суверенитета государства право на участие в жизни международного сообщества на основе суверенного равенства. Право государства на внешние сношения основано на международноправовых нормах и существует независимо от внутреннего права которое может обходить область внешних сношений молчанием. Согласно принципу невмешательства государства не имеют права вмешиваться не только во внутренние но и во внешние дела другого государства входящие в его суверенную...
38345. ШПАРГАЛКИ З ПРАВОЗНАВСТВА 673 KB
  Загальна характеристика основних галузей права України Державне конституційне право провідна галузь права та законодавства що криє в собі систему правових норм інститутів і нормативноправових актів які закріплюють і регулюють відносини народовладдя основи конституційного ладу України правового статусу людини і громадянина територіального устрою системи державних органів та організації місцевого самоврядування в Україні. Розглядають такі види підзаконних нормативноправових актів залежно від суб'єктів що їх видали: ...
38346. Педагогическая практика преподавателя экономики 57.5 KB
  8 Литература 10 Введение Прохождение практики по специальности студентовбакалавров является неотъемлемой частью процесса подготовки высококвалифицированных специалистов в высших учебных заведениях. Продолжительность практики 2 недели с 16 по 29 мая 2011 года. Целью данной практики является подготовка студентабакалавра к ведению самостоятельной практической деятельности на должности преподавателя экономических дисциплин закрепление уже приобретенных знаний и навыков и соединить их с широким спектром...
38347. Предпринимательство в переходной экономике 66.5 KB
  Типы предприятий в переходной экономике. Особенности эволюции крупных предприятий . Взаимоотношения предприятий в переходной экономике Предпринимательство инициативная самостоятельная деятельность граждан направленная на...
38348. Система источников права Европейского Союза 180 KB
  ПОНЯТИЕ ПРЕЦЕДЕНТНОГО ПРАВА ЕС. СООТНОШЕНИЕ ПРЕЦЕДЕНТНОГО ПРАВА ЕС С АНГЛИЙСКОЙ И КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ПРАВА. ИСТОЧНИКИ ПРЕЦЕДЕНТНОГО ПРАВА В СИСТЕМЕ ИСТОЧНИКОВ ПРАВА ЕС. Своеобразие источников прецедентного европейского права.
38349. Регіональна економіка 291.5 KB
  Економіка регіонів – наука яка вивчає особливості розвитку економіки країни в межах окремих регіонів районів Регіональна економіка як наукова сфера знань займається вивченням закономірностей принципів всіх елементів продуктивних сил і соціальної інфраструктури в територіальному аспекті аналізом і прогнозуванням а також обґрунтуванням напрямків розміщення продуктивних сил з урахуванням стратегії соціальноекономічного розвитку та екологічних вимог. Предметом регіональної економіки є вивчення соціальноекономічного регіонального...
38350. Види адвокатської діяльності 75 KB
  Адвокатська діяльність відповідно до законодавства України. Роль і особливості адвокатури в Україні Згідно до чинного законодавства Адвокатура України це добровільне професійне громадське об'єднання покликане сприяти захисту прав свобод та представляти законні інтереси громадян України іноземних громадян осіб без громадянства юридичних осіб надавати їм іншу юридичну допомогу. РОЗДІЛ 2 Адвокатська діяльність відповідно до законодавства України Видами адвокатської діяльності відповідно до ст. 5 Закону України Про...