Контрольные вопросы к лабораторной работе 3

1. Какой свет называется плоскополяризованным?

2. В чем состоит явление двойного лучепреломления?

3. что такое оптическая ось?

4. Почему интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды вектора Е?

5. Как формулируется закон Брюстера?

Рекомендуемая литература: [5], [7], [8], [9], [10], [12], [14].

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ И МИКРОСКОПА

Заданиe 4.1. Определение увеличения и поля зрения оптической трубы

Приборы и принадлежности: оптическая труба; стенной масштаб; рулетка.

Цель задания: определение увеличения и поля зрения оптической трубы.

Краткая теория

Для наблюдения удаленных космических объектов часто используют астрономическую зрительную трубу (трубу Кеплера), при наблюдении наземных объектов удобнее использовать зрительную трубу Галилея.

Каждый из этих оптических приборов состоит из двух частей: объектива-линзы, обращенной к объекту, и окуляра-линзы, обращенной к наблюдателю. Объектив, в качестве которого всегда используется положительная линза, создает действительное изображение предмета. Это изображение рассматривается глазом через окуляр. Ход лучей в астрономической и земной зрительных трубах представлен на рис. 4.1 и 4.2.

Рис. 4.1. Ход лучей в астрономической зрительной трубе (трубе Кеплера)

Поскольку зрительные трубы используются для наблюдения удаленных предметов, находящихся от объектива на расстояниях, превышающих его фокусное расстояние, изображение А предмета, даваемое объективом, находится практически в его фокальной плоскости.

Рис. 4.2. Ход лучей в галилеевой зрительной трубе

Мнимое изображение В, даваемое окуляром, располагается на некотором расстоянии d от окуляра. Наводя оптический инструмент на резкость, наблюдатель автоматически устанавливает такое расстояние d, которое удобно для аккомодации (приспособления) глаза. Поскольку глаз обладает значительной областью аккомодации, расстояние d для одного и того же наблюдателя может существенно изменяться от опыта к опыту. При изменении аккомодации оптический прибор, вооружающий глаз, должен быть несколько перефокусирован. В зрительных трубах этого достигают перемещением окуляра. Для того чтобы исключить в теории произвол, связанный с неопределенностью расстояния d, полагают обычно, что глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность. При этом мнимое изображение В должно располагаться в бесконечности и, следовательно, промежуточное изображение А должно совпадать с фокальной плоскостью окуляра.

При наблюдении предметов с помощью зрительной трубы угловой размер изображения, рассматриваемого глазом, оказывается существенно больше, чем угловой размер объекта при наблюдении невооруженным глазом. Отношение тангенсов углов зрения, под которым видны изображение и предмет, называют угловым увеличением оптического прибора. В случае зрительной трубы всегда предполагается, что расстояние между объектом и наблюдателем значительно превышает фокусное расстояние объектива.

Увеличение астрономической зрительной трубы

При наблюдении далеких предметов с помощью астрономической зрительной трубы (трубы Кеплера) глазом, аккомодированным на бесконечность, задний фокус объектива совпадает с передним фокусом окуляра. В этом случае труба является афокальной системой: параллельный пучок лучей, входящий в объектив, остается параллельным на выходе из окуляра. Такой ход лучей называют телескопическим.

Рассмотрим параллельный пучок лучей, исходящий из бесконечно удаленной точки, лежащей в стороне от оптической оси (рис. 4.3). Лучи, выходящие из окуляра, снова оказываются параллельными, но угол их наклона к оптической оси при этом изменяется.

Рис. 4.3. Оптическая схема к расчету увеличения астрономической зрительной трубы

Пусть пучок света, падающий в объектив, составляет с оптической осью угол ₁, а пучок, выходящий из окуляра, – угол ₂. Увеличение  зрительной трубы по определению равно

. (4.1)

Ширина параллельного пучка лучей, входящих в объектив, определяется диаметром D₁ его оправы, ширина пучка, выходящего из окуляра, определяется диаметром D₂ изображения оправы объектива, даваемого окуляром. На основании простых геометрических соотношений, очевидных из рис. 4.3, имеем

, (4.2)

. (4.3)

С помощью (4.2) и (4.3) для увеличения  найдем

. (4.4)

Соотношение (4.4) показывает, что увеличение трубы можно определить тремя способами: путем измерения углов, под которыми предмет виден без трубы и через трубу, путем измерения диаметров объектива и его изображения в окуляре и, наконец, путем измерения фокусных расстояний объектива и окуляра. В настоящей работе используется первый способ.