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

57844. Тригонометричні функції 493.5 KB
  Мета уроку: узагальнити і систематизувати знання учнів про тригонометричні функції; Розвивати вміння використовувати властивості тригонометричних функцій для розвязання вправ творчу активність розширювати кругозір учнів...
57845. Трикутник 4.09 MB
  Мета уроку: Навчальні: узагальнити та систематизувати знання про трикутник, його властивості, організувати діяльність учнів по застосуванню знань, при розв’язанні задач на застосування елементів трикутника; ознак рівності трикутників.
57846. Рівнобедрений трикутник. Властивість рівнобедреного трикутника 567.5 KB
  По закінченні прошу вас відповісти на запитання. Осмислення нових знань умінь Виконаємо декілька задач на розуміння означення рівнобедреного трикутника...
57847. Таємниці трикутника 475 KB
  Задачі проекту: розширити знання учнів з геометрії про трикутник та його властивості; ознаки подібності трикутників, Формулювати висновки на підставі проведених досліджень і роботи з інформацією...
57848. Урок. Трикутники 146.5 KB
  Мета уроку: Систематизувати та узагальнити знання учнів про зміст основних понять теми; систематизувати та узагальнити знання, вміння й навички учнів для розв’язування задач.
57849. Трикутник. Види трикутників. Периметр трикутника 62.5 KB
  Мета дидактична: подальше закріплення знань учнями класифікації трикутників; складання алгоритму побудови трикутників за двома сторонами і кутом між ними та за стороною і прилеглими кутами...
57850. Трикутники. Урок - захист проектів 361 KB
  Узагальнити початкові знання про трикутники: означення трикутника означення прямокутного трикутника сума кутів трикутника сума гострих кутів прямокутного трикутника види трикутників за його кутами визначні точки трикутника. Існує навіть окрема частина геометрії: геометрія трикутника. Слово надається Стегнію Валентину автору проекту Жорсткість трикутника Валентин. До вашої уваги презентація дослідницькоінформаційного проекту Жорсткість трикутника.
57851. Iнтегрований урок з читання, математики, Я i Украiни з використанням комп’ютерних технологiй. Тварини Лiсу 64.5 KB
  Мета: Вдосконалення техніки читання, вмiння складати схеми, речення, працювати з геометричним матеріалом, повторити калiграфiчне написання цифри 4, повторити таблицю додавання i вiднiмання числа 4, складання і розв’язування задачі.
57852. Уравнения. Угол. Многоугольники 48.5 KB
  Ожидаемые результаты: учащиеся должны решать уравнения на основе зависимости между компонентами при сложении и вычитании; уметь распознавать углы биссектрису угла строить углы с помощью транспортира решать задачи с помощью полученных знаний об углах...