Лабораторная работа №1 геометрическая оптика. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы

Цель работы: ознакомится со способом определения фокусного расстояния рассеивающей линзы.

Оборудование: галогеновая лампа, источник питания, оптическая скамья, собирающая линза, рассеивающие линзы №1 и №2, подвижные рейтеры.

Введение

Рассеивающая линза образует только мнимое изображение, которое нельзя получить на экране, то есть нельзя напрямую измерить расстояние от линзы до изображения на экране. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую собирающую линзу.

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение S₁ источника света на экране (рис. 1), можно поставить между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается. Новое положение S₂ можно найти перемещением экрана.

Рис. 1. Геометрическая схема хода лучей при определении фокусного расстояния рассеивающей линзы

Обозначив расстояние от точек S₁ и S₂ до рассеивающей линзы соответственно через d и f, запишем формулу вычисления фокусного расстояния рассеивающей линзы с учетом правила знаков:

.

(1)

Из (1) получаем выражение для определения фокусного расстояния:

.

(2)

Методика лабораторного эксперимента

1. Разместите на оптической скамье галогеновую лампу, собирающую линзу и экран. Включите блок питания лампы.

2. Перемещайте собирающую линзу на оптической скамье между лампой и экраном до тех пор, пока на экране не высветилось сфокусированное изображение нити накала лампы (положение S₁). Измерьте расстояние OS₁ и запишите его в таблицу.

3. Установите между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу №1 или №2. Измерьте расстояние f от экрана до рассеивающей линзы.

4. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране сфокусированное изображение нити накала лампы. Измерьте расстояние d от экрана S₂ до рассеивающей линзы.

5. Повторите эксперимент, каждый раз отодвигая рассеивающую линзу от собирающей на расстояние около 10 мм.

Таблица 1

Результаты измерений фокусного расстояния рассеивающей линзы

OS1= , мм
№	Положение рассеивающей линзы, L, мм	f, мм	d, мм	Fi. мм
1
2
3
4
5
Среднее, =					Сумма:

Обработка результатов измерений

1. Вычислите по формуле (2) фокусное расстояние F_i для каждого опыта и занесите результат в таблицу.

2. Вычислите среднее значение фокусного расстояния и занесите в таблицу:

.

(3)

где N – число экспериментальных точек.

3. Вычислите отклонение от среднего значения фокусного расстояния для каждого опыта, занесите результат в таблицу.

4. Вычислите квадратичное отклонение от среднего значения фокусного расстояния для каждого опыта, занесите результат в таблицу.

5. Вычислите сумму квадратичных отклонений и занесите значение в таблицу.

6. Оцените доверительный интервал измерений фокусного расстояния по формуле:

,

(4)

где – квантиль распределения Стьюдента дляN измерений с доверительной вероятностью p; N – число экспериментальных точек.

7. Результат определения фокусного расстояния запишите в виде .

8. Сделайте вывод по результатам проведенной работы.