Упражнение 1 Определение фокусного расстояния собирающей линзы

Главное фокусное расстояние f собирающей линзы можно определить по формуле (3).Однако величины a и b непосредственно нельзя определить точно в силу того, что в общем случае оптический центр линзы L не совпадает с центром симметрии и найти его положение трудно. Воспользуемся методом перемещения линзы. Из формулы (3) видно, что величины a и b можно менять местами, причем эта формула не изменит свой вид. Практически это означает, что если на месте резкого изображения А₁Е₁ установить сам предмет АЕ, то его изображение получится в том месте, где раньше стоял предмет АЕ (т.е. если, получив резкое обратное и увеличенное изображение предмета А₁Е₁ на экране, измерить a и b, а затем, не трогая предмет и экран, передвинуть линзу L в положение L₁ так, чтобы расстояние между L₁ и АЕ равнялось b, тогда на экране мы увидим резкое, обратное и уменьшенное изображения предмета А₁Е₁, которое будет находится от L₁ на расстоянии a (рис.4)). Перемещая линзу можно получить два изображения – увеличенное, находящееся на расстоянии b от центра линзы, и уменьшенное – на расстоянии a, причем величины a и b связаны между собой формулой (3). Обозначим величину, на которую сместился при этом оптический центр линзы О, установленной в рейтере с указателем для отсчета по шкале скамьи, через k. Измеряя величину k можно определить главное фокусное расстояние f собирающей линзы. Из рис.4 следует, что

, .

Складывая или вычитая эти выражения, получим

, .

Учитывая формулу (3), имеем

(4)

рис.4

Порядок выполнения работы

1. Установить рейтер с исследуемой линзой на оптическую скамью.

2. Включить источник света, и перемещая линзу вдоль оптической скамьи добиться резкого изображения нити накала электрической лампочки (например, положение L) (рис.4, рис.6).

3. Отметить по шкале оптической скамьи положение рейтера.

4. Перемещая линзу вдоль оптической скамьи добиться нового резкого изображения нити накала электрической лампочки (например, положение L₁) (рис.4, рис.6).

5. Определить по шкале оптической скамьи величину k и В (рис.4, рис.6).

6. По формуле (4) определить главное фокусное расстояние f собирающей линзы.

7. Установить новую линзу и повторить эксперимент.

Упражнение 2 Определение фокусного расстояния системы линз и рассеивающей линзы

1. Сложить вместе две тонкие собирающие линзы с известными фокусными расстояниями f₁ и f₂. Установить рейтер с линзами на оптической скамье, и используя метод перемещения определить фокусное расстояние системы линз.

2. Убедится в справедливости соотношения

. (5)

3. Установить рейтер с собирающей линзой между источником света и экраном.

4. Перемещая экран вдоль оптической скамьи добиться резкого изображения нити накала электрической лампочки и измерить расстояние b (положение I рис.5).

5. Поместить рассеивающую линзу между собирающей линзой и изображением нити накала электрической лампочки (фокусное расстояние собирающей линзы не должно быть больше фокусного расстояния рассеивающей линзы).

6. Перемещая экран вдоль оптической скамьи добиться нового резкого изображения нити накала электрической лампочки и измерить расстояние b′ (положение II рис.5).

7. По формуле (6) определить фокусное расстояние рассеивающей линзы

. (6)

рис.5

8. При всех измерениях необходимо соблюдать центровку линз – центр изображения должен совпадать с центральной меткой на экране.

9. Вычислить относительную погрешность найденных фокусных расстояний (Действительное фокусное расстояние узнать у преподавателя).

10. Данные занести в таблицу (таблица рисуется произвольно).

11. Сделать соответствующий вывод.