Хід роботи

1. Лінзу розміщують на оптичній лаві в положенні І (рис. 23.1), намагаючись досягти чіткого збільшеного зображення предмета на екрані.

2. Вимірювальною рейкою визначають відстань A та позначають положення лінзи праворуч.

3. Лінзу пересувають до екрана, доки не отримають чіткого зменшеного зображення предмета.

4. Вимірюють відстань x, фіксують друге положення лінзи та, порівнюючи з першим, визначають відстань L.

5. Фокусну відстань лінзи розраховують за формулою (23.5), оптичну силу визначають як величину, зворотну фокусній відстані.

6. Радіус кривизни лінзи розраховують за формулою (23.7). Величину показника заломлення лінзи дає викладач.

Контрольні запитання

1. Сформулювати визначення: фокус, фокальна площина, фокусна відстань, оптична сила лінзи.

2. Побудувати зображення, які утворені лінзою при різних положеннях предмета відносно лінзи.

3. В чому полягає особливість методу, який застосовується в цій роботі, для визначення фокусної відстані та оптичної сили лінзи?

Лабораторна робота № 24. Визначення фокусної відстані і положення головних площин складної оптичної системи

Мета роботи – вивчення властивостей складної оптичної системи, як еквівалентної лінзи.

Вказівки до виконання лабораторної роботи

Для виконання лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: основні закони геометричної оптики; зображення предметів за допомогою тонких лінз.

[1, т.3, §§ 2.1, 2.4, 2.10; 2, §§ 165-167; 3, розд. 8, §§ 2; 4. т.2, §§ 115; 117; 5, § 92]

Якщо взяти, щонайменш, дві лінзи і розташувати на деякій відстані одна від одної, то їх можна розглядати як складну оптичну систему, еквівалентну одній лінзі більшої оптичної сили.

Лінза, якою можна замінити оптичну систему, яка складається з кількох лінз, називається еквівалентною лінзою.

Оптичну силу еквівалентної лінзи і яка складається з двох тонких лінз, можна визначити за такою формулою:

, (24.1)

де d – відстань між головними площинами двох тонких лінз, f₁ і f₂ – фокусні відстані відповідно першої та другої лінзи, f – фокусна відстань еквівалентної лінзи.

Для цього можна окремо визначити оптичну силу кожної лінзи, відстань d і виконати розрахунок величин і f.

Але для реально існуючих лінз (не тонких) неможливо достатньо точно визначити величину d, тому в даній роботі розглядається і застосовується інший метод визначення фокусної відстані – метод Аббе.

На рисунку 24.1 показана еквівалентна лінза системи лінз.

Предмету L₁, що знаходиться на відстані Х₁ від переднього фокусу лінзи, відповідає зображення L^₁. При іншій відстані від предмета до переднього фокусу лінзи (Х₂) розмір зображення змінюється – L^₂.

Відношення лінійних розмірів зображення до лінійних розмірів предмета називається лінійним збільшенням лінзи:

. (24.2)

При першому розташуванні предмета відносно лінзи

, при другому .

З цих співвідношень маємо:

та ,

звідки

.

Остаточно маємо:

. (24.3)

Таким чином, для визначення фокусної відстані системи лінз необхідно визначити лінійні збільшення системи при двох положеннях предмета відносно переднього фокусу системи та відстані між цими положеннями.

Положення головних точок визначається таким чином:

Знаходять розташування головних фокусів, для цього наводять лінзу на достатньо віддалене джерело світла (відстань до джерела світла L>>f). Зображення джерела світла буде у фокальній площині.

Відклавши від головних фокусів вздовж оптичної осі відрізки, що дорівнюють фокусній відстані, знаходять положення головних точок і, відповідно, головних площин системи.