5. Контрольные вопросы

1. Как формулируются основные законы оптики?

2. Как связаны показатель преломления среды и скорость распространения света в ней? Почему скорость света в веществе меньше скорости света в вакууме?

3. При каких условиях справедлива формула для определения показателя преломления стекла плоскопараллельной пластинки? Как влияет толщина пластинки на точность определения показателя преломления описанным способом?

4. Почему нельзя использовать наиболее, казалось бы, выгодную большую толщину?

5. Опишите устройство микроскопа. Какова точность измерения величины кажущегося поднятия точки?

6. Покажите схематично ход лучей в микроскопе, содержащем в простейшем случае две линзы. Где располагается изображение, каков его характер?

7. Что такое абсолютный и относительный показатель преломления среды? Что они характеризуют и от чего зависят?

8. Зависит ли абсолютный показатель вещества от того, каким светом его облучают? Если зависит, то как?

9. Что такое дисперсия света, на какие свойства световых лучей она влияет и как выражается эта зависимость?

10. Объясните, как изменится коэффициент преломления стекла при прохождении через него волн от разных светофильтров.

Лабораторная работа № 2

Определение главного фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линз

1. Цели и задачи работы

Цели работы:

• Ознакомление студентов с методами измерения фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линз.

Задачи работы:

• Определение главного фокусного расстояния собирающей линзы методом Аббе и Бесселя.

• Определение главного фокусного расстояния рассеивающей линзы с помощью собирающей линзы.

• Определение погрешности измерений.

2. Теоретическая часть

2.2.1. Линза. Изображение линзы

Линзой называется тело, изготовленное из однородного, прозрачного и хорошо преломляющего в данном диапазоне длин волн материала, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

Если показатель преломления материала линзы n больше показателя преломления окружающей среды , то двояковыпуклые, плосковыпуклые и вогнуто-выпуклые линзы (утолщающиеся к середине) являются собирающими (рис. 1, а), а двояковогнутые, плоско-вогнутые и выпукло-вогнутые (утончающиеся к середине) являются рассеивающими (рис. 2, б).

Собирающая линза превращает пучок параллельных лучей в пучок сходящихся лучей; рассеивающая линза превращает пучок параллельных лучей в расходящийся пучок.

Линза называется тонкой, если толщина линзы мала по сравнению с радиусами сферических поверхностей, ограничивающих линзу.

Подобно плоским и сферическим зеркалам линза создает изображение источников света. Это означает, что свет, исходящий из какой либо точки предмета (источника) после преломления в линзе снова собирается в одну точку (изображение) независимо от того, через какую часть линзы прошли лучи. Если лучи на выходе из линзы сходятся, они образуют действительное изображение. В случае же, когда прошедшие через линзу лучи являются расходящимися (пересекаются в одной точке не сами эти лучи, а лишь их продолжения) изображение тогда является мнимым. Его можно наблюдать с помощью оптических приборов. Точка, в которой пересекаются после преломления в собирающей линзе лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом линзы. Лучи параллельные главной оптической оси, можно направить на линзу и с противоположной стороны. Точка, в которой они сойдутся, пройдя линзу, будет другим главным фокусом (рис. 3, а).

а	б
Рис. 2. Классификация линз

В однородной среде оба главных фокуса располагаются по обе стороны линзы на одном и том же расстоянии от оптического центра линзы. Это расстояние называется главным фокусным расстоянием F линзы.

Если направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси рассеивающей линзы, то преломленные лучи будут расходящимися, а их продолжения пересекаются в главном фокусе рассеивающей линзы (рис. 3, б). В этом случае фокус, расположенный на расстоянии F от линзы, является мнимым.

Второй главный фокус находится по другую сторону линзы на том же расстоянии, если окружающая среда по обе стороны линзы одна и та же.

Свойства тонкой линзы определяются главным образом, расположением ее фокусов. Это означает, что, зная расстояние от источника до линзы и фокусное расстояние (положение фокусов) можно определить расстояние до изображения, не прибегая к рассмотрению лучей внутри линзы.

а	б
Рис. 3.

Т.к. все лучи, вышедшие из какой либо точки предмета, пройдя через линзу, пересекаются в одной точке, то тонкая линза дает изображение любой точки предмета, а, следовательно, и всего предмета в целом.

Для построения изображений, получаемых с помощью собирающей линзы, фокусы и оптический центр которой заданы, преимущественно пользуется тремя видами «удобных лучей»:

а) лучи, параллельные главной оптической оси, преломившись в линзе, проходят через ее фокус;

б) лучи, идущие к линзе через ее фокус, после преломления пойдут параллельно главной оптической оси;

в) лучи, проходящие через оптический центр линзы, не меняют своего направления.

С использованием построения изображения предмета АВ (рис. 4) выводится формула, связывающая три величины: расстояние a от предмета до линзы, расстояние b от изображения до линзы и фокусное расстояние F. Это уравнение называется формулой тонкой линзы

,

(1)

где знак плюс перед слагаемым соответствует собирающей линзе, знак минус – рассеивающей, а знак плюс перед слагаемым соответствует действительному изображению предмета, знак минус – мнимому.

Рис. 4. Изображение предмета собирающей линзы

Существуют несколько методов нахождения фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линз, описания которых рассмотрены ниже.