Экспериментальная установка и методика измерений

Для определения характеристик оптических систем используется оп­тическая скамья стержневого типа, на концах которой установлены источ­ник света (1) и экран (6) (рис. 1.6). Линзы (2,3) в оправах размещаются ме­жду стержнями и могут перемещаться вдоль них. При измерениях можно использовать как подвижный экран (4) размещающийся в стержневом тракте подобно линзам, так и стационарный, расположенный в конце ска­мьи. Для отсчёта расстояний служит натянутая вдоль оптической оси мил­лиметровая лента рулетки (5).

В качестве светящегося предмета можно использовать площадку с закреплёнными на ней светодиодами (1), которую необходимо установить в начале стержневого тракта.

Для имитации светящегося предмета можно также использовать двумерную дифракционную решётку (центральная зона дифракционного объекта МОЛ-01), освещенную лазерным пучком. При этом круглое пятно, возникающее на решётке, играет роль, светящегося предмета, который соз­даёт крестообразно расположенные яркие пятна на экране (дифракцион­ную картину). В этом случае перед выполнением работы в отсутствие линз проверить правильность установки лазера, дифракционной решетки и эк­рана. При правильной установке центральное дифракционное пятно должно находиться в центре экрана и иметь круглую форму. Кроме того, при перемещении решетки вдоль тракта на 20 см центральное пятно должно смещаться не более чем на 1 мм.

Рис.1.6 Вид установки.

Порядок выполнения работы

Определение фокусных расстояний линз методом отрезков

1. Установите в тракте скамьи светодиодный осветитель или лазер и дифракционный объект МОЛ-01, собирающую линзу и подвижный экран. По сантиметровой ленте рулетки определите координату р предмета (осве­тителя или дифракционного объекта), координату х₁ собирающей линзы. Передвигая экран вдоль оптической оси, при наблюдении четкого изобра­жения светящегося предмета на экране определите его координату i. Изме­рение координаты i проведите пять раз, передвигая экран в положительном и отрицательном направлениях оси.

2. Не меняя положения предмета и собирающей линзы, установите в тракт рассеивающую линзу так, как это показано на рис. 1.4. Зафиксируйте координату рассеивающей линзы х₂. Аналогично п.1 проведите не менее пяти раз измерения координаты экрана i' при наблюдении чёткого изобра­жения на экране.

3. По измерениям п.1 рассчитайте расстояние s между предметом и положительной линзой, расстояние s' между линзой и изображением по формулам:

(1.11)

где и- средние значения соответствующих величин. Рассчитайте фо­кусное расстояние f₁ собирающей линзы, подставив значения s и в формулу (1.2).

4. По измерениям п.2 рассчитать расстояния s и s' для рассеивающей линзы по формулам

(1.12)

Рассчитайте фокусное расстояние f₂ рассеивающей линзы, подставив значения ив формулу (1.1).

Определение фокусных расстояний линз методом Бесселя

1. Установите светящийся предмет и экран на достаточно большом расстоянии друг от друга (L>4f) и зафиксируйте расстояние L между ними по шкале оптической скамьи.

2. Установите в тракт положительную линзу и, перемещая её, найди­ те координаты положений, при которых линза сводит лучи на экране в увеличенное или уменьшенное изображение предмета. Зафиксируйте расстояние S между этими положениями. Повторите измерение расстояния S пять раз.

3. Установите в тракт отрицательную линзу, присоединив плотно к положительной линзе. Проведите измерения п.2 с системой, составленной из двух линз.

4. По измерениям п.1, 2, 3 рассчитайте среднее арифметическое зна­чение расстояния S для собирающей линзы и для системы линз. Рассчитай­те фокусные расстояния f₊ положительной линзы и f_с системы линз по формуле (1.8 и 1.9).

5. Рассчитайте фокусное расстояние f_- второй линзы по формуле (1.10).