МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Оптика и атомная физика

Лабораторный практикум

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2013

УДК 531+537 (079)

ББК 22.34 Оптика

Оптика и атомная физика: лабораторный практикум. Вяткин В. М. , Ко- машня А. В., Комашня В. Л., Малышев М. Н., Шейнман И. Л. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 96 с.

Содержат описание теории и методики экспериментального исследова- ния корпускулярно-волновой природы электромагнитного излучения, кван- товой природы магнитных свойств атома и ядра атома. В описания работ включены задание на подготовку и перечень контрольных вопросов.

Предназначено для студентов 2-го курса всех факультетов СПбГЭТУ.

Рецензенты:

Кафедра экспериментальной физики СПбГПУ, зав. кафедрой экспери- ментальной физики СПбГПУ д.ф.-м.н., профессор Иванов В. К.

Д.т.н., проф., зав. кафедрой электроники СПбГИТМО Г. Н.Лукьянов

Утверждено

редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

2

ISBN © СПбГЭТУ«ЛЭТИ»,2013

Лабораторная работа 1. Определение фокусных расстояний линз

Цель работы:определение фокусных расстояний собирающей и рас- сеивающей линз исходя из результатов измерений расстояний от исследуе- мых линз до предмета и его изображения.

Общие сведения

Фокусным расстоянием тонкой линзы называют расстояние между оп- тическим центром линзы и ее главным фокусом, т. е. точкой, лежащей на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления в линзе световые лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси. Главной оптической осью называют прямую, проходящую через центры кри- визны обеих сферических поверхностей линзы.

Элементарная теория оптических стекол приводит к простым соотноше- ниям между фокусным расстояниемFлинзы, расстояниемdот линзы до предмета, расстояниемfот линзы до изображения предмета, относительным

показателем преломленияnматериала линзы и радиусами кривизны

r₁иr₂

сферических поверхностей линзы. Для тонкой линзы (толщиной которой по

сравнениюсr₁иr₂

можно пренебречь) справедливы следующие соотношения:

1_11_, 1_{n1}^1_1^_

(1.1)

F d f ^F

_{r r}

1 2

Для решения сложных оптических задач применяют оптические систе- мы, состоящие из нескольких линз, например телеобъективы, телескопы, микроскопы и т. п. Расчет хода лучей и параметров таких систем более сло- жен, чем для отдельных линз, но и в этом случае элементарный расчет про- изводят по формуле (1.1) с учетом характеристик отдельных оптических компонентов (линз) системы.

Экспериментальное определение фокусного расстояния линзы может быть проведено различными способами. Наиболее простой из нихдля соби-рающей линзызаключается в получении с помощью исследуемой линзы дей- ствительного изображения удаленного предмета на экране. Предполагая, что лучи от удаленного светящегося предмета падают на линзу параллельным пучком, можно принять расстояние между собирающей линзой и изображе- нием светящегося предмета равным фокусному расстоянию линзы. Ошибка будет тем меньше, чем дальше от линзы будет находиться предмет.

Для определения фокусных расстояний аналогичных линз существует еще ряд способов. В данной работе применяют два из них:

1. способ определения фокусного расстояния линзы путем нахождения расстояний от линзы до предмета и от линзы доизображения;

2. способ перемещения линзы из положения, при котором на экранепо-лучается увеличенное изображение предмета, в положение, при котором на экране получается уменьшенное изображение предмета, при неизменном расстоянии между предметом и изображением (рис.1.1).

Рис. 1.1.Ход лучей в собирающей линзе

Рассеивающая линзане дает действительного изображения предмета на экране, поэтому для определения фокусного расстояния такой линзы исполь- зуют оптическую систему, составленную из двух линз: исследуемой – рас- сеивающей, и вспомогательной – собирающей.

Работу выполняют на оптической скамье, вдоль которой могут пере- мещаться держатели с укрепленными на них светящимся предметом (источ- ником света), линзами и экраном. На скамье имеется миллиметровая шкала, позволяющая отсчитывать расстояния между источником света и линзами, между линзами и экраном. Светящийся предмет, линзы и экран должны быть установлены так, чтобы их центры находились на одной высоте и оптическая ось линзы была параллельна оптической скамье. Предметом служит изобра- жение стрелки на стекле окна в металлическом кожухе лампы.