lab_1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Физики

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Физика»

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ ЛИНЗ»

Студент гр. 9587		Медведев Г.Н.
Преподаватель		Ходьков Д.А.

Санкт-Петербург

2020

Цели работы: определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз исходя из результатов измерений расстояний от исследуемых линз до предмета и его изображения. определение магнитного потока и индуктивности.

Основные теоретические положения:

Фокусным расстоянием тонкой линзы называют расстояние между оптическим 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 кривизны обеих сферических поверхностей линзы.

Элементарная теория оптических стекол приводит к простым соотношениям между фокусным расстоянием F линзы, расстоянием d от линзы до предмета, расстоянием f от линзы до изображения предмета, относительным показателем преломления n материала линзы и радиусами кривизны r1 и r2 сферических поверхностей линзы. Для тонкой линзы (толщиной которой по сравнению с r1 и r2 можно пренебречь) справедливы следующие соотношения:

В данной работе для определения фокусных расстояний линз применяют два способа:

1) способ определения фокусного расстояния линзы путем нахождения расстояний от линзы до предмета и от линзы до изображения;

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

Рассеивающая линза не дает действительного изображения предмета на экране, поэтому для определения фокусного расстояния такой линзы используют оптическую систему, составленную из двух линз: исследуемой – рассеивающей, и вспомогательной – собирающей.

Работу выполняют на оптической скамье, вдоль которой могут перемещаться держатели с укрепленными на них светящимся предметом (источником 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 изображение стрелки на стекле окна в металлическом кожухе лампы.

Вопросы для подготовки:

3. От каких величин зависит фокусное расстояние линзы?

Для тонкой линзы справедливы следующие соотношения:

F - фокусное расстояние линзы

d – расстояние от линзы до предмета

f – расстояние от линзы до изображения предмета

n – относительный показатель преломления материала линзы

r1, r2 – радиус кривизны передней части линзы, радиус кривизны задней части линзы (положительные для выгнутых линз и отрицательные для вогнутых); более выпуклые линзы преломляют лучи сильнее, имеют меньшее фокусное расстояние и дают большее увеличение, менее выпуклые наоборот - преломляют лучи слабее, имеют большее фокусное расстояние и дают меньшее увеличение

18. Половина у линзы закрывают непроницаемым экраном. Что произойдет при этом с изображением?

Протокол наблюдений к лабораторной работе №1 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ ЛИНЗ»

Студент гр. 9587		Медведев Г.Н.
Преподаватель		Ходьков Д.А.

Определение фокусного расстояния F собирающей линзы по расстояниям от линзы до предмета d и его изображения f
№	m₁, мм	k₁, мм	m₂, мм	d=k₁-m₁, мм	f=m₂-k₁, мм	F₁=df/(d+f), мм	θF=(d2+f2)θf/(d+f)2, мм
1	100	230	800	130	570	105,857	0,698
2	100	230	760	130	530	104,394	0,684
3	100	230	720	130	490	102,742	0,669
4	100	230	680	130	450	100,862	0,652
5	100	230	670	130	440	100,351	0,648

Определение фокусного расстояния F собирающей линзы по расстояниям от предмета до его изображения L и между его уменьшенным и увеличенным изображениями l
№	m1, мм	m2, мм	k1, мм	k2, мм	L=m2-m1, мм	l=k2-k1, мм	F2=(L2-l2)/4L, мм	θF=((L+l)/2L)2θL, мм
1	100	800	230	660	700	430	108,964	0,651
2	100	560	265	380	460	115	107,813	0,391
3	100	650	245	490	550	245	110,216	0,522
4	100	870	225	730	770	505	109,700	0,685
5	100	740	235	590	640	355	110,771	0,604

Определение фокусного расстояния F рассеивающей линзы по расстояниям от этой линзы до изображения предмета d, даваемого собирающей линзой, и его изображения f, даваемого рассеивающей линзой
№	m1, мм	k3, мм	m3, мм	m4, мм	k4, мм	d=m3-k4, мм	f=m4-k4, мм	F3=df/(d-f), мм	θF=(d2+f2)θf/(d-f)2, мм
1	100	597	740	795	693	47	102	87,164	0,798
2	100	557	705	775	654	51	121	88,157	0,580
3	100	517	670	740	614	56	126	100,800	0,691
4	100	477	635	750	574	61	176	93,357	0,308
5	100	437	600	800	534	66	266	87,780	0,122

Обработка данных косвенных измерений выборочным методом
Формула	Fср=ΣFi/N	SF=(Σ(Fi-Fср)2/(N(N-1)))0,5	ΔF=tP,NSF				RF=Fmax-Fmin
F₁=df/(d+f)	102,841	1,040	2,912				5,506
F2=(L2-l2)/4L	109,493	0,515	1,442				2,959
F3=df/(d-f)	91,451	2,586	7,241				13,636
ΔFβ=βP,NRF	θ=Σθi/N	ΔFср=(ΔF2+θ2)0,5	F=Fср±ΔFср				δF=ΔFср*100%/Fср
2,808	1	3,079	102,841	±	3,079	2,994%
1,509	1	1,755	109,493	±	1,755	1,603%
6,955	1	7,309	91,451	±	7,309	7,993%
N	P	tP,N	βP,N
5	95%	2,8	0,51
θd=θf, мм	θL=θl, мм	θd=θf, мм
1	1	1