150

Сред

1.

2. раствор 3.

Сред

IV. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Сформулируйте законы отражения и преломления света.

2.Что называется абсолютным и относительным показателями преломления?

3.Какая среда называется оптически однородной?

151

4.Какой угол называется предельным углом падения?

5.Объясните полное внутреннее отражение.

6.Нарисуйте ход лучей в рефрактометре.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНОГО ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ И ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить законы геометрической оптики и определить главное фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: оптическая скамья, собирающая линза, экран, осветитель ОИ-19 с матовым стеклом, предмет (стрелка), штангенциркуль.

I.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Линза является основной деталью оптических приборов (зрительной трубы, микроскопа, фотоаппарата, бинокля и др.). Линзы для видимого света изготавливают из стекла, для ультрафиолетового излучения – из кварца, для инфракрасного – из каменной соли.

Линзой называется тело с определенным показателем преломления, ограниченное двумя сферическими (иногда цилиндрическими) поверхностями, одна из которых может быть плоской.

На рис.1. изображены поперечные сечения двояковыпуклой (а) и двояковогнутой (б) сферических линз (R1, R2, R3 – радиусы кривизны поверхностей линз).

152

Рис.1 Сферическими (выпуклыми) называются линзы, превращающие

падающий на них пучок параллельных лучей в пучок сходящихся лучей. У таких линз середина толще краев.

Рассеивающими (вогнутыми) называются линзы, превращающие пучок параллельных лучей в пучок расходящихся лучей. У таких линз края толще середины. Схематическое изображение собирающих (а) и рассеивающих (б) линз приведено на рис. 2

Линзы бывают тонкие и толстые. Тонкой называется линза, толщина которой мала по сравнению с радиусами кривизны линзы. Мы будем рассматривать только тонкие линзы. У такой линзы (рис.3) имеется точка 0, обладающая тем свойством, что проходящие через нее лучи не изменяют своего направления.

Точка 0 называется оптическим центром линзы.

154

Общая формула тонкой линзы имеет вид:

Учитывая (2), формулу линзы можно представить в виде:

Формула (3) остается справедливой и для рассеивающей линзы, только расстояния f и в следует считать отрицательными:

Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической слой линзы:

Единица измерения оптической силы – диоптрия (дп).

1 дп – есть оптическая сила линзы с фокусным расстоянием в 1м.

Радиусы кривизны считаются положительными для собирающей линзы и отрицательными для рассеивающей. Следовательно, оптическая сила рассеивающей линзы меньше нуля (Д<0), а для собирающей – больше нуля (Д>0).

155

Для построения изображений, получаемых с помощью собирающей линзы мы будем пользоваться тремя видами удобных лучей. Как было показано ранее, параллельные главной оптической оси, преломившись в линзе, проходят через ее фокус. Из обратимости хода лучей следует, что лучи, идущие к линзе через ее фокус, после преломления, пойдут параллельно главной оптической оси. Наконец, лучи, проходящие через оптический центр линзы, не меняют своего направления. Они лишь испытывают параллельное смещение, которое в случае тонкой линзы невелико, и им можно пренебречь.

Пример построения изображения в собирающей линзе изображен на рис.

5.

Линейный размер n изображения определяется по линейному размеру m предмета из следующего соотношения ( рис. ).

Линейное увеличение, даваемое тонкой линзой можно подсчитать по формуле:

II.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

На расположенной горизонтально оптической скамье А перемещаются на ползушках линза L, экран Э и осветитель S (рис.6).