Экспериментальная установка. Методика эксперимента

Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с набором рейтеров и приспособлений, собирающей и рассеивающей линз, экрана, осветителя с матовым стеклом, рисунок на котором при измерениях играет роль предмета.

1. Для определения фокусного расстояния собирающей линзына одном конце оптической скамьи устанавливают осветитель с матовым стеклом, а на другом - экран. Между экраном и предметом помещают исследуемую линзу с неизвестным фокусным расстояниемF. Если расстояние между предметом и экраном превышает4F, то всегда найдутся два таких положения линзы, при которых на экране получаются отчётливые изображения предмета (в одном случае уменьшенное, в другом - увеличенное). Из соображений симметрии ясно, чтоd=f’ иf=d’ (рис. 5).

Обозначая расстояние между предметом и экраном через L, а расстояние между двумя положениями линзы черезl, получим:L=d+f, l=d’-d=f-d. Отсюда:

,. (3)

Подставляя (3) в формулу тонкой линзы (2), после несложных преобразований найдём:

. (4)

Рис. 5

Для определения фокусного расстояния собирающей линзы достаточно, таким образом, измерить расстояние Lмежду предметом и экраном и расстояниеlмежду двумя положениями линзы, при которых на экране получаются чёткие изображения.

Отметим, что фокусное расстояние линзы можно рассчитать и непосредственно по формуле (2) по измеренным значениям d иf. В этом случае оказывается существенно, чтобы указатель на рейтере линзы был расположен против её середины. В описанном выше методе измерений положение указателя не сказывается на результате измерений.

2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзызатрудняется тем, что изображение предмета получается мнимым (при действительном источнике (рис. 4в)) и поэтому не может наблюдаться на экране. Эту трудность легко обойти с помощью вспомогательной собирающей линзы.

В начале опыта на оптической скамье помещают одну только вспомогательную линзу и получают на экране действительное изображение предмета. По линейке, расположенной на оптической скамье, отмечают положение S₁этого изображения. Затем на пути лучей, выходящих из собирающей линзы, располагают исследуемую рассеивающую линзу (рис. 6). На неё падает пучок сходящихся лучей. ТочкаS₁ пересечения лучей играет по отношению к рассеивающей линзе роль мнимого источника.

Рис. 6

Действительное изображение источника S переместится теперь в точкуS₂. Отмечая по линейке положениеS₂и координату рассеивающей линзы, определяют расстоянияd иf,и вычисляют фокусное расстояниеFв соответствии с формулой (2):

. (5)

Измерения. Обработка результатов измерений

1. Ознакомьтесь с устройством экспериментальной установки и назначением приспособлений.

2. Включите осветитель. Поместите исследуемую собирающую линзу в держатель и получите на экране чёткое изображение предмета. Убедитесь, что изображение на экране получается при двух положениях линзы. Проведите необходимые измерения, определите фокусное расстояние линзы и оцените погрешность. Опыт проводится при нескольких расстояниях L. Полученные при различных значенияхLфокусные расстоянияFсравниваются между собой. Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу:

№	1	2	3
L
l
F
F

3. Расположите экран от предмета на минимальном расстоянии, при котором ещё получается изображение при помощи собирающей линзы, используемой в качестве вспомогательной для определения фокусного расстояния рассеивающей линзы. Поместите исследуемую рассеивающую линзу между собирающей и экраном. Удаляя экран от предмета, снова получите чёткое изображение. Проведите необходимые измерения, определите фокусное расстояние линзы и оцените погрешность. Опыт проводится при различных положениях исследуемой линзы. Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу:

№	1	2	3
d
f
F
F