Порядок виконання роботи Вправа 1. Визначення показника заломлення скла за допомогою плоско-паралельної пластинки.

1. Покласти плоско-паралельну пластинку на чистий лист паперу й обвести її контур олівцем. Папір прикріпити кнопками до дошки.

2. Визначити за допомогою булавок напрями падаючого і двічі заломленого променів. Для цього встромити дві булавки з одного боку скляної пластинки – вони будуть зображати падаючий промінь. Третю булавку розташувати з протилежного боку пластинки так, щоб вона закривала собою дві перші. Аналогічно знайти місце для четвертої булавки.

3. Накреслити хід променя світла через плоско-паралельну пластинку. Побудувати кути падіння і заломлення та виміряти їх величину транспортиром.

4. Знайти показник заломлення скла за формулою (1).

5. Дослід повторити не менше трьох разів.

6. Результати вимірювань записати у звітну таблицю.

7. Знайти похибку результату.

Вправа 2. Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа.

1. На скляній пластинці поставити точку та покласти її на предметний столик мікроскопа (точка буде служити предметом).

2. Виміряти мікрометром товщину пластинки з досліджуваного скла не менше трьох разів із точністю до 0,05 мм.

3. Визначити ціну однієї поділки мікрометричного гвинта мікроскопа. (Один оберт барабана відповідає зміщенню тубуса на 0,1 мм).

4. Отримати різке зображення точки і зробити відлік h₁ по диску мікрометричного гвинта.

5. Накрити точку пластинкою з досліджуваного скла і за допомогою мікрометричного гвинта знову отримати її чітке зображення. Зробити новий відлік по диску мікрометричного гвинта h₂.

6. Знайти висоту підняття зображення ah₂h₁. Розрахувати значення показника заломлення за формулою (2).

7. Дослід повторити не менше трьох разів, результати вимірювань записати у звітну таблицю.

8. Знайти відносну похибку результату.

Контрольні запитання

1. Який фізичний зміст має показник заломлення світла?

2. Що таке абсолютний і відносний показник заломлення?

3. Сформулювати закони геометричної оптики та принцип Ферма.

4. Що характеризує оптичну густину середовища?

5. Як експериментально визначають показник заломлення світла?

6. Як впливає товщина пластинки на точність вимірювання показника заломлення?

7. Пояснити рис. 1 та рис. 2.

Література: [1, 2, 3, 4].

Лабораторна робота №2 визначення фокусних відстаней тонких лінз

Мета роботи: познайомитись з методами вимірювання фокусних відстаней збиральних та розсіювальних лінз.

Прилади й матеріали: 1) освітлювач; 2) матове скло зі стрілкою; 3) матове скло з міліметровою шкалою (у вигляді сітки); 4) екран із шкалою; 5) оптична лава довжиною 1,5 м; 6) набір лінз в оправах; 7) зорова труба.

Теоретичні відомості

Методи визначення фокусних відстаней, що вивчаються в даній роботі, відносяться до тонких лінз, для яких товщина набагато менша радіусів кривизни поверхні лінзи. Для визначення фокусної відстані збиральних (додатних) лінз можна рекомендувати чотири методи.

В основу першого метода покладено визначення фокусної відстані додатної лінзи за формулою:

,

(1)

де a – відстань від предмета до лінзи; b – відстань від лінзи до екрана, на якому отримано різке зображення предмета; f – фокусна відстань лінзи. Предметом є стрілка, накреслена на матовому склі освітлювача.

Н а рис. 1 представлена оптична схема для визначення фокусної відстані додатної лінзи першим способом.

Для запису формули (1) використане наступне правило знаків: відстані до предмета, зображення та фокуса відраховуються від центра лінзи. Якщо зображення уявне, то відстань до нього менше нуля (b0), якщо фокус уявний, то фокусна відстань менше нуля (f0).

З принципу Ферма слідує оборотність світлових променів. Якщо предметом буде А₁В₁, то промені пройдуть тим же шляхом, тільки у зворотному напрямку, а зображенням тепер буде служити АВ. У першому випадку зображення було збільшеним, а у другому – зменшеним.

При визначенні фокусної відстані другим методом предмет треба розмістити від екрана на відстані L. Ця відстань повинна бути більше 4f (f можна взяти з результатів першого досліду). В цьому випадку дійсне зображення предмета (збільшене й зменшене) буде при двох положеннях лінзи, відстань між якими дорівнює l. Величини f, L, l пов’язані співвідношенням:

(2)

О птична схема для визначення фокусної відстані додатної лінзи другим методом показана на рис. 2.

Цей метод можна застосовувати для вимірювання фокусних відстаней не тільки тонких, а і товстих лінз.

У третьому методі використовується така ж оптична схема, як і в першому методі (рис. 1). Фокусну відстань лінзи можна визначити за розмірами предмета А₁В₁, його зображення А₂В₂ та відстані a (або b).

Як видно з рис. 1, поперечне збільшення Г = A₂B₂/A₁B₁ = b/a. Підставляючи b = aГ у формулу (1), одержимо:

(3)

Для вимірювання збільшення Г використовують міліметрову сітку, яка нанесена на матове скло.

У четвертому методі для визначення фокусної відстані додатної тонкої лінзи використовується зорова труба, наведена на нескінченність. Якщо предмет, що розглядається через трубу, знаходиться на фокусній відстані від лінзи, його зображення буде різким. У цьому випадку фокусна відстань лінзи вимірюється безпосередньо.

Д ля визначення фокусної відстані розсіювальної (від’ємної) лінзи використовується метод, в якому як предмет для розсіювальної лінзи береться дійсне зображення, отримане за допомогою допоміжної збиральної лінзи. Оптична схема для визначення фокусної відстані тонкої від’ємної лінзи наведена на рис. 3.

Фокусна відстань розсіювальної лінзи розраховується за формулою, яка записана з урахуванням правила знаків

.

(4)

Для розсіювальної лінзи величина а представляє собою відстань від лінзи L₂ до уявного предмета S₁, тому у формулу вона входе зі знаком мінус. Величина b – це відстань від лінзи L₂ до дійсного зображення S₂ і тому b>0. Фокусна відстань f у цьому випадку повинна бути менше нуля (розсіювальна лінза має уявний фокус). Якщо S₁ співпадає з фокусом лінзи L₂, то зображення предмета можна спостерігати в зоровій трубі, яка наведена на нескінченність.