Упражнение 5 Изучение аберраций

Для изучения сферической аберрации используются две диаграммы, открывающие внутреннюю или наружную область линзы, хроматической – ступенчатые светофильтры.

Для определения фокусных расстояний для каждой диафрагмы и светофильтра следует построить зависимость .

4. Обработка результатов

Результаты измерений 1 и 4 упражнений в соответствии с (1.11)должны ложиться на прямую линию, отсекающую на осях и отрезки равные фокусным расстояниям. Следовательно, критерий точности измерений можно считать равенство -1 тангенса угла наклона зависимости для положительной линзы и +1 – для отрицательной. Если эти условия не выполняются, то необходимо сделать дополнительные измерения. Иногда бывает достаточно ограничиться изменением области аппроксимации.

Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте основные законы и положения геометрической оптики.

2. Принцип Ферма. Вывод законов отражения и преломления из этого принципа.

3. Преломление и отражение на сферической поверхности. Вывод оптической силы для преломляющей и отражающей сферической поверхности.

4. Вывод формулы тонкой сферической линзы.

5. Охарактеризуйте основные аберрации идеальной оптической системы и методы их устранения.

6. Показать, что если при фокусированном расстоянии между предметом и экраном модно с помощью перемещения положительной линзы получить два чётких изображения предмета, тогда больше четырех фокусных расстояний этой линзы ( ).

7. Получить формулу (1.12) для . Можно ли использовать формулу (1.12) при ?

8. Сравните точность способов определения фокусного расстояния положительной линзы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ УВЕЛИЧЕНИЯ

1. Устройство и назначение оптических приборов.

В настоящей работе моделируются и исследуются зрительные трубы (астрономическая и земная) и микроскоп. Простейшие модели этих приборов состоят из двух линз, одна из которых является объективом (обращена к предмету и всегда является положительной), другая – окуляром (обращена к наблюдателю). В зависимости от соотношения фокусных расстояний этих линз и их взаимного расположения, можно моделировать различные оптические приборы.

Зрительные трубы используются для наблюдения удаленных предметов (расстояния до этих предметов существенно больше фокусного расстояния объектива), поэтому промежуточное изображение предмета, создаваемое объективом, располагается вблизи его фокальной плоскости.

В микроскопе промежуточное изображение находится далеко за фокальной плоскостью объектива, т.к. рассматриваемый предмет располагается вблизи переднего фокуса. Далее это промежуточное изображение рассматривается с помощью окуляра. Мнимое изображение предмета, создаваемое окуляром, нахо­дится на определенном расстоянии от него. Наводя на резкость оптический прибор, наблюдатель автоматически устанавливает расстояние , которое удобно для аккомодации его глаза. Однако даже для одного наблюдателя значение расстояния аккомодации глаза может изменяться, поэтому полагают, что глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность. При этом предположении мнимое расположение предмета в окуляре находится на бесконечности, а промежуточное изображение предмета должно совпадать с фокальной плоскостью окуляра. В действительности глаз наблюдателя аккомодируется не на бесконечность, а на расстояние наилучшего зрения .

При наблюдении предметов с помощью оптических приборов угловой размер изображения оказывается существенно больше, чем угловой размер объекта при наблюдении невооруженным глазом. Отношение тангенсов углов зрения изображения и предмета называют угловым увеличением оптического прибора. При этом полагают, что предмет рассматривается на рассто­янии наилучшего зрения (в случае микроскопа); для зрительной трубы расстояние от объектива до предмета существенно превышает фокусное расстояние объектива.