Порядок выполнения работы. Измерения производятся на оптической скамье, на которую помещены укрепленные на рейтеры осветитель (спираль его лампочки играет роль предмета)

Описание установки

Измерения производятся на оптической скамье, на которую помещены укрепленные на рейтеры осветитель (спираль его лампочки играет роль предмета), линза и экран. Центры этих предметов должны быть на одной высоте, а оптическая ось линзы параллельна ребру скамьи. Расстояния между элементами оптической скамьи (по меткам, нанесенным на рейтерах) измеряются по линейке, расположенной вдоль скамьи. Наводка изображения на резкость производится визуально.

Фокусное расстояние f тонких линз можно определить различными способами. В работе используется два из них.

Первый способ – определение f по расстояниям предмета и его изображения от линзы.

Этот способ основан на использовании формулы линзы. Действительно, если измерить расстояние а от предмета до линзы и расстояние b от линзы до экрана, на котором получено четкое изображение предмета, то фокусное расстояние легко вычислить по формуле тонкой линзы из выражения

. (1.2)

На оптическую скамью на достаточно большом расстоянии установить рейтеры с осветителем (предметом) и экраном. Между ними поместить рейтер с линзой. На осветитель подать напряжение.

Перемещая линзу вдоль скамьи, получить четкое изображение предмета на экране.

По линейке отсчитать расстояния a и b (на рейтере линзы есть метка, указывающая положение ее центра, для этих же целей есть метки на рейтерах экрана и предмета).

Сместить линзу и работу по п.п. 1.2 и 1.3, повторить не менее 5 раз. Результат поместить в табл. 1.1.

Таблица 1.1  

N	a, мм	b, мм
Σ fi = <fi> = D =

По каждой из измеренных пар a и b вычислим f_i , Σ f_i , <f_i>.

Вычислить оптическую силу линзы .

Второй способ – определение f по величине перемещения линзы.

При первом способе определения фокусного расстояния линзы необходимо, чтобы указатель на рейтере линзы был нанесен строго против центра линзы. Но сделать это практически трудно, в результате возникают дополнительные ошибки.

Чтобы избежать этих ошибок был предложен другой способ, при котором нет необходимости измерять расстояния a и b. При этом втором способе измеряется перемещение l линзы из одного положения в другое, а потому ясно, что упомянутая выше ошибка исключается.

Действительно, пусть расстоя­ние L между предметом и экраном больше 4 f (L > 4 f). В этом случае всегда найдутся два таких положения (I и II на рис. 1.3) линзы, при которых на экране по­лу­чаются отчетливые изображения пред­мета: в одном случае уве­личен­ное, в другом – уменьшенное.

Нетрудно видеть также, что оба положения линзы будут симметричны относительно середины расстояния между предметом и изображением (экраном).

Действительно, по уравнению (1.2) для первого положения линзы сле­дует , для второго положения . При­рав­няв правые части этих выражений найдем, что . Тогда вместо а₁ = L – l – b₂ имеем . Таким образом, a₁ = b₂. Это означает, что оба положения линзы находятся на равных расстояниях: одно от предмета, другое – от изображения, а следовательно симметрично относительно середины расстояния между предметом и экраном.

Чтобы получить выражение для f, рассмотрим одно (например, второе) из положений линзы. Для него , , тогда . Итак,

. (1.3)

Эта формула является рабочей формулой для второго способа определения f.

Осветитель (предмет) и экран установить на оптической скамье на расстоянии L > 4 f друг от друга (значение f взять из предыдущих измерений), измерить L, результат записать в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

х1							Σ х1 =	<х1> =
х2							Σ х2 =	<х2> =
L = < l > = f =

Осветитель включить в сеть. Передвигая линзу, на экране получить отчетливое увеличенное изображение предмета. Положение линзы х₁ зафиксировать. Сдвигая линзу, эти измерения повторить 5 – 7 раз.

Линзу передвинуть так, чтобы на экране получилось отчетливое уменьшенное изображение. Положение линзы х₂ опять зафиксировать. Измерения повторить 5 – 7 раз.

Вычислить Σ х_1,i = и < х₁ > =, Σ х _{2, i} = и < х ₂ > =, < l > = < х₁ > - < х₂ >, по формуле (1.3) вычислить . Результат занести в таблицу 1.2.

Найти расхождение δ _f в результатах, полученных по первому и второму способам:

.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Законы отражения и преломления света.

Относительный и абсолютный показатели преломления и их физический смысл.

Оптическая сила линзы, единица ее измерения.

Правила построения изображений предметов в линзе.

Способы определения фокусного расстояния линзы.

Порядок выполнения работы. Вывод расчетной формулы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Дата добавления: 2015-06-04