Движение / КП 1 / Физика для 1 и 2 курса / Лаб.раб_физика / Лаб.раб_35

2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАТЕЛЬНОЙ И РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗ

Цель: Определить фокусное расстояние собирательной и рассеивающей линз.

Оборудование: 1. источник света.

2.собирательная линза.

3.рассеивающая линза.

4.экран.

5.линейка.

Элементарная теория тонких линз приводит к простым соотношениям между фокусным расстоянием тонкой линзы, с одной стороны, и расстояниями от линзы до его изображения - с другой. Простой оказывается также связь между размерами объекта, его изображения, даваемого линзой, их расстояния до линзы.

Определяя на опыте названные величины, нетрудно по упомянутым соотношениям вычислить фокусное расстояние тонкой линзы с точностью, вполне достаточной для большинства случаев.

Упражнение 1. Определение фокусного расстояния собирательной линзы.

Описание установки: на расположенной горизонтально оптической скамье могут перемещаться следующие приборы: линза, экран со шкалой и электрическая лампочка в специальном осветителе. В передней стенке осветителя имеется вырез, освещаемый находящейся внутри него лампочкой. Освещенный Г-образный вырез играет роль объекта (предмета), изображение которого получается с помощью изучаемых линз.

Все эти приборы устанавливаются так, чтобы центры их лежали на одной высоте, плоскости экранов были перпендикулярны к длине оптической скамьи, а ось линзы ей параллельна. Расстояния между приборами отсчитываются по шкале линейки (масштабу), расположенной вдоль скамьи.

Определение фокусного расстояния собирательной линзы производится следующими способами:

Способ 1. Определение фокусного расстояния линзы по расстоянию предмета и его изображения от линзы.

Если обозначить а – расстояние от предмета до линзы, b – расстояние от изображения до линзы, то фокусное расстояние последней выразится формулой:

3

Эта формула справедлива только в том случае, когда толщина линзы мала по сравнению с a и b.

Измерения: поместив экран со шкалой на достаточно большом расстоянии oт осветителя, ставят линзу между ними и передвигают ее до тех пор, пока не получится на экране отчетливого изображения. Отсчитав по линейке, расположенной вдоль скамьи, положение линзы, экрана и сетки, передвигают ползунки с осветителем и экраном в другое положение и вновь отсчитывают соответствующие положение линзы и всех приборов на линейке.

Ввиду неточности визуальной оценки резкости изображения, измерения рекомендуется повторять не менее двух-трех раз. Кроме того, в данном способе полезно проделать часть измерений при увеличенном, а часть при уменьшенном изображении предмета.

Из каждого отдельного измерения вычисляют фокусное расстояние линзы по формуле (2) и из полученных результатов находят его среднее арифметическое значение. Данные измерений и результаты вычислений заносятся в таблицу.

Таблица 1

Способ 2. Определение фокусного расстояния линзы по величине предмета и его изображения и по расстоянию от изображения до линзы.

Обозначим величину предмета l, а величину его изображения L, расстояние от предмета до линзы а и расстояние от изображения до линзы b. Эти величины связаны между собой известным соотношением:

Lb

Определяя отсюда а и подставляя его в формулу (2), легко получить выражение:

l + L

4

Измерения: ставят линзу между экраном и предметом так, чтобы на экране получилось сильно увеличенное отчетливое изображение выреза в осветителе и отсчитывают положение линзы и экрана. Измеряют при помощи линейки величину предмета и величину его изображения на экране. Измерив, расстояние от изображения до линзы, находят фокусное расстояние линзы по формуле (4).

Повторяют опыт несколько раз, добиваясь уменьшенного и увеличенного изображения. Данные измерений и результаты вычислений заносятся в таблицу.

Упражнение 2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы.

Описание установки: рассеивающая и собирательная линзы, экран и осветитель размещают согласно тем же правилам, как и в упражнении 1.

Если на пути лучей, выходящих из точки А и сходящихся в точке D после преломления в собирательной линзе В (рис.2) поставить рассеивающую линзу С так, чтобы расстояние CD было меньше ее фокусного расстояния, то изображение точки А удалится от линзы В. Пусть, например, оно переместится в точку Е. В силу оптического принципа взаимности мы можем теперь мысленно рассмотреть лучи света, распространяющиеся из точки E в обратную сторону. Тогда точка D будет мнимым изображением точки Е после прохождения лучей через рассеивающую линзу С. Обозначим расстояние ЕС буквой a, DC – через b и замечая, что f и b имеют отрицательные знаки, получим согласно формуле (1):

fa b

a − b

5

Измерения: на оптической скамье размещают осветитель, собирающую, рассеивающую линзы и экран. Передвигая экран и линзы, добиваются четкого изображения на экране. Измеряют расстояние ЕС (расстояние от изображения до рассеивающей линзы) и ВС (расстояние между линзами). Затем убирают рассеивающую линзу и передвигают экран до тех пор, пока не будет четкого изображения на экране, замеряют DB (расстояние от собирательной линзы до изображения) и считают DC = DB − BC . Рассчитывают фокусное расстояние по формуле (6).

Повторяют измерения три раза и заносят результаты в таблицу.

Контрольные вопросы к лабораторной работе

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАТЕЛЬНОЙ И РАСЕВАЮЩЕЙ ЛИНЗ»

1.Линзы собирающие (3 типа), рассеивающие (3 типа). Уметь рисовать все эти линзы (в разрезе).

2.Оптическая ось (главная, побочная), оптический центр линзы, фокус линзы (его свойство). Фокусное расстояние, Фокальная плоскость.

3.Уметь делать построения изображений с помощью собирающих и рассеивающих линз при различных положениях предмета на главной оптической оси.

4.Классификация изображений на увеличенное или уменьшенное, прямое или обратное, действительное или мнимое.

5.Формула тонкой линзы.