Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
физика лабы / лаб. раб. №1.doc
Скачиваний:
26
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
183.81 Кб
Скачать

Министерство сельского хозяйства российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра физики

Лаборатория оптики и физики атома-1 (015)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Определение ГЛАВНОГО ФОКУСНОГО

РАССТОЯНИЯ ЛИНЗ

Отредактировал: ст. преподаватель

кафедры физики

Валиуллина Г.С.

Ижевск 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Определение ГЛАВНОГО ФОКУСНОГО

РАССТОЯНИЯ ЛИНЗ

Приборы и принадлежности: l) оптическая скамья, 2) стойка с осветителем, 3) стойка с предметом, 4) стойки с линзами, 5) стойка с экраном.

Линзой называют прозрачное тело, ограниченное с 2-х сторон сферическими поверхностями. Показатель преломления материала линзы должен отличаться от показателя преломления среды. Линзы изготовляют обычно из оптического стекла, а в тех случаях, когда требуется прозрачность для ультрафиолетовых или инфракрасных лучей - из кварца, флюорита, сильвина, каменной соли и других специальных материалов.

Линзы, у которых середина толще, чем края (рис. 1), называют выпуклыми. Те же линзы, у которых края толще середины (рис. 2), называют вогнутыми.

Выпуклая линза, преломляя падающие лучи, собирает их. Поэтому такая линза называется собирательной.

Вогнутая линза, преломляя падающие лучи, рассеивает их. Такая линза называется рассеивающей.

Обозначим через С1 и С2 – центры сферических поверхностей линз. Расстояние О1О2 называется толщиной линзы. Если толщина линзы мала по сравнению с радиусами сферических поверхностей линз, то такая линза называется тонкой. Для тонкой линзы можно считать, что точки О1О2 сливаются в одну точку О (рис. 1 и 2), называемую оптическим центром.

Пучок лучей, параллельных главной оптической оси, пройдя через собирающую линзу, пересечётся в одной точке – действительном фокусе линзы (рис.1); тот же пучок лучей при выходе из рассеивающей линзы оказывается расходящимся, причём геометрические продолжения всех лучей пересекаются в одной точке – мнимом главном фокусе линзы (рис.2). Линзы обладают двумя главными фокусами. Расстояние от тонкой линзы до главного фокуса называется фокусным расстоянием.

Всякая прямая, проходящая через оптический центр линзы, называется оптической осью. Прямая, проходящая через оптический центр и центры обеих преломляющих поверхностей, называется главной оптической осью. Все остальные оси носят название побочных. Лучи света, идущие по направлению оптических осей, проходят через линзы, не изменяя своего направления; лучи, падающие на линзу по любому другому направлению, выходят из неё, отклоняясь от своего первоначального направления.

Поместим перед такой линзой на главной оптической оси предмет АВ

(рис.3). Луч, идущий от точки В и проходящий через центр линз, не преломляется.

Рис.3 Построение изображения, даваемого тонкой линзой

Другой луч, идущий от этой же точки параллельно оптической оси, преломится и пройдёт через фокус линзы. В точке В′ пересечения обоих лучей получили изображение точки В. Таким образом, можно построить каждую точку отрезка А′В′, являющегося изображением отрезка АВ. Если обозначить расстояние от предмета до оптического центра через а, расстояние от изображения до оптического центра через b и главное фокусное расстояние через f, то между этими тремя величинами существует зависимость:

(1)

Формула (1) называется основной формулой тонкой линзы. Пользуясь этой формулой, можно вычислить главное фокусное расстояние линзы, если измерить расстояния от предмета до линзы и изображения до линзы:

(2)

Построение изображения, даваемого толстой линзой, в принципе такое же как и для тонкой линзы. Поэтому формула (2) может быть использована для определения фокусного расстояния толстой линзы, но расстояния а и b должны в этом случае отсчитываться не от центра линзы, а от так называемых главных плоскостей линзы.

Определение положения главных плоскостей толстой линзы представляет весьма трудную задачу. Однако есть способ определить фокусное расстояние линзы, не выясняя, является ли она толстой или тонкой и где лежат ее главные плоскости. Это способ перемещения линзы (способ Бесселя). Рассмотрим его, поскольку он используется в настоящей работе.

Поместим предмет АВ (рис.4) перед линзой и, перемещая линзу, получим на экране два отчётливых изображения этого предмета: сначала увеличенное (А′В′), а потом уменьшенное (A"B"). Пусть при получении первого (увеличенного) изображения линза находилась в положении ℓ1, а

затем переместилась в положение ℓ2. Обозначим расстояние между положениями ℓ1 и ℓ2 через ℓ (перемещение линзы), расстояние от предмета до изображения через h.

Рис. 4

Расстояние, на котором находится второе положение линзы от изображения, обозначим через x. Тогда расстояние первого положения линзы от предмета будет . Нетрудно показать, чтоx и равны. Действительно, воспользовавшись формулой (2), можно написать для первого положения линзы:, а для второго положения:.

Приравняв правые части этих уравнений, найдём . Подставив это значениеx в выражение , найдём, что,

т.е. действительно оба положения линзы находятся на равных расстояниях от предмета и изображения, и, следовательно, симметричны относительно середины расстояния между предметом и изображением.

Чтобы получить выражение для фокусного расстояния, рассмотрим одно из положений линзы, например, ℓ1: для него расстояние от предмета до линзы , а расстояние от линзы до изображения. Подставляя эти величины в формулу (2), найдем

(3)

Формула (3) справедлива только для собирательной линзы и не применима для рассеивающей.

Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить следующим путём. Рассеивающая линза не даёт действительного изображения на экране, поэтому её исследуют при помощи собирательной линзы, оптическая сила которой больше, чем у исследуемой рассеивающей линзы. На пути лучей, выходящих из точки S, ставят собирательную линзу L1

ирассеивающую линзуL2 (рис.5). Изображение точки S получится в точке S1. Если рассеивающую линзу L2 убрать, то изображение точки S получится в точке S2.

Вследствие обратимости лучей можно рассматривать лучи собирающиеся в точке S2, как распространяющиеся из точки S1. Тогда точка S2 будет являться мнимым изображением точки S в линзе L2. Обозначив расстояние , замечая, чтоf и b имеют отрицательные знаки (рассеивающая линза), получим из равенства (2) следующую формулу для расчёта фокусного расстояния рассеивающей линзы по абсолютным значениям расстояний a и b:

(4)

Соседние файлы в папке физика лабы