2. Порядок выполнения работы

2.1. Определение фокусного расстояния собирающей линзы.

2.1.1. Установить расстояние А, заданное преподавателем.

2.1.2. Передвижением линзы добиться четкого увеличенного изображения предмета на экране.

2.1.3. Измерить по шкале оптической скамьи расстояния от предмета до линзы а₁ и от линзы до экрана b₁, размеры предмета h₁ и изображения H₁.

2.1.4. Не изменяя расстояния А, получить четкое уменьшенное изображение предмета и измерить а₂, b₂, h₂, H₂.

2.1.5. Повторить п.п.2.1.1-2.1.4 для различных значений А.

2.1.6. Результаты измерений занести в самостоятельно разработанную таблицу 1.

2.2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы.

2.2.1. Рассеивающую и собирающую линзы приставить вплотную и провести измерения, аналогичные п.2.1.

2.2.2. Результаты измерений занести в самостоятельно разработанную таблицу 2.

3. Обработка результатов измерений

3.1. По данным таблицы 1 различными методами по формулам (2), (4) и (5) определить значение главного фокусного расстояния собирающей линзы.

3.2. Определить доверительный интервал и относительную погрешность фокусного расстояния собирающей линзы, принимая значения фокусных расстояний как результат прямых многократных измерений [5].

3.3. По данным таблицы 2 различными методами по формулам (2), (4) и (5) определить значение главного фокусного расстояния системы линз.

3.4. Определить доверительный интервал и относительную погрешность фокусного расстояния системы линз, принимая значения фокусных расстояний как результат прямых многократных измерений [5].

3.5. Определить фокусное расстояние рассеивающей линзы, используя формулу (7).

3.6. Составить технические характеристики линз, указав главное фокусное расстояние, оптическую силу, апертуру, относительное отверстие, светосилу.

Заключение

Сделать вывод о проделанной работе. Указать все полученные физические величины в виде: x_ист.=х±Δх, ε,  (ответ округлить по правилам).

Контрольные вопросы

1. Характеристики линз: фокусное расстояние, оптическая сила, относительное отверстие, апертура, светосила.

2. Вывод формулы (1) для тонких линз.

3. Построение изображений в рассеивающей и собирающей линзах, в системах линз.

4. Абберация линз и их исправление.

Определение показателя преломления и концентрации растворов с помощью рефрактометра аббе Общие сведения

Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором изучаются законы распространения оптического излучения (света) на основе представлений о световых лучах. Под световым лучом понимают линию, вдоль которой распространяется поток световой энергии.

Скорость распространения света в среде зависит от показателя преломления среды. Под абсолютным показателем преломления данного вещества понимается показатель преломления какого-либо вещества по отношению к вакууму или отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде:

.

Относительный показатель преломления равен отношению скоростей распространения световой волны в первой и второй среде:

.

(1)

По закону преломления света падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения i к синусу угла преломления r – величина постоянная для данных двух сред и равна относительному показателю преломления второй среды по отношению к первой:

.

(2)

При переходе света из среды с большим показателем преломления n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем (оптически менее плотной), согласно формуле (2),

,

(3)

т.е. угол преломления r>i (рис.1, а). С увеличением угла падения преломленный луч удаляется от перпендикуляра (рис.1, б). Когда угол падения достигает некоторого предельного значения i_пред такого, что угол преломления равен 90^о, то

(4)

и преломленный луч направлены вдоль границы раздела (рис.1, в). При еще большем угле падения i>i_пред

.

(5)

Для таких углов падения уравнение (5) дает мнимое значение угла преломления.

а)	б)	Следовательно, npи i>iпред преломление прекращается и остается лишь отраженный луч (рис.1,г). Вся энергия света, падающего на границу раздела, полностью отражается обратно в первую среду, такое явление носит название полного внутреннего отражения. Явление полного внутреннего отражения используется в различных оптических приборах (бинокли, перископы и другие), а также для измерения показателей преломления в рефрактометрах.
в)	г)
Рис.1. Ход лучей при падение на границу раздела двух сред (n1>n2)

В рефрактометре капля испытуемой жидкости вводится между двумя призмами – осветительной АВС и измерительной DЕF, – изготовленными из стекла с высоким показателем преломления n=1,72, растекается между ними (рис.2). Грань AB (матовая) верхней осветительной призмы служит для освещения рассеянным светом жидкости, помещенной в зазор между призмами.

Рис. 2. Ход лучей в рефрактометре Аббе

Свет, рассеянный матовой гранью верхней призмы ВС, проходит плоскопараллельный слой исследуемой жидкости и падает на диагональную грань нижней призмы АВ под различными углами в пределах от 0 до 90°. Пучок света, угол падения которого равен 90°, называется скользящим, а так как показатель преломления призмы больше, чем показатель преломления

жидкости, то скользящий световой луч RS , преломляясь на границе жидкость-стекло, пойдет в нижней призме под предельным углом преломления r .

Преломление светового пучка RS в точке S подчинено закону

,

(6)

где sini=sin 90^o=1.

В точке Т по выходе светового пучка из призмы имеем

,

(7)

где r^/ - угол падения луча ST на грань DF; i – предельный угол выхода пучка света из призмы. Так как остальные лучи имеют угол падения меньше 90° и их угол выхода из призмы больше i , то предельный угол выхода i является границей светотени. Преломляющий угол призмы

.

(8)

Из соотношений (6) и (8) следует формула, связывающая искомый показатель преломления n_жид с предельным углом выхода i:

.

(9)

Измерив угол границы светотени i и зная преломляющий угол призмы и n_ст, можно рассчитать показатель преломления жидкости. Шкала рефрактометра градуирована уже в значениях n_жид.

Показатель преломления n зависит от длины волны , поэтому граница раздела, видимая в поле зрения, имеет радужную окраску вследствие дисперсии. Для устранения окраски в оптическую часть прибора между измерительной призмой и объективом оптической трубы для компенсации дисперсии введен компенсатор, состоящий из двух призм прямого зрения, которые могут вращаться во взаимно противоположных направлениях.

Лабораторная работа № 3.2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

И КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ