Практическая работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ И ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ

Практическая работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ И ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ

СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ.

Цель работы: экспериментально определить оптическую силу и фокусное расстояние собирающей линз.

Приборы и материалы: линза, два прямоугольных треугольника, экран, масштабная линейка, направляющая рейка, свеча, спички.

Краткие теоретические сведения

По внешнему виду тонкие сферические линзы делятся на вы­пуклые и вогнутые. По физическому действию делятся на собираю­щие ( ↕ ) и рассеивающие ( ).

n_с - показатель преломления среды;

n_л - показатель преломления линзы.

Если n_л > n_с и линза выпуклая, то это будет собирающая линза. Если n_л < n_с и линза вогнутая, то это будет тоже собирающая лин­за. Если n_л < n_с и линза выпуклая, то линза будет по действию такой, как линза вогнутая, и выполняется условие n_л > n_с , т.е. рассеивающая линза.

d - расстояние от предмета до линзы;

f -расстояние от изображения до линзы;

F - главное фокусное расстояние;

О - оптический центр линзы.

Через одну точку можно провести сколько угодно прямых. Все прямые, которые проходят через точку О, называются побочными оптическими осями, и луч, проходящий через оптический центр, не меняет направления распространения после прохождения через линзу. Все действительные изображения, полученные при прохож­дении света через линзу, будут наблюдаться на экране, и формула линзы может быть записана так:

1/d+1/f=D(1) или 1/d+1/f=1/F (2),

D - оптическая сила линзы - это физическая величина, кото­рая определяется по формуле: D= 1/F (3).

Для собирающих линз оптическая сила- величина всегда поло­жительная, а для рассеивающих всегда отрицательная в согласии с определением. Оптическая сила системы линз равна сумме опти­ческих сил всех линз, входящих в систему.

D₀=D_l±D₂±D₃±...±D_n. (4)

Ход работы

Опыт № 1

1. Поместите горящую свечу (предмет), собирающую линзу и экран на направляющую рейку. Перемещайте линзу по направляющей рейке, пока не получите четкое, увеличенное изображение пред­мета на экране.

2. Измерьте расстояния d1 и f1, обратив внимание на необходимость тща­тельного отсчета расстояний.

3. Вычислить F_1., пользуясь формулой тонкой линзы (2)._...

4. Вычислите D₁ по формуле (3).

5. Постройте изображение предмета в линзе для этого случая.

Опыт №2

1. Переместите линзу вдоль рейки, пока не получите уменьшен­ное, действительное изображение на экране.

2. Измерьте расстояния d₂ и f₂, обратив внимание на необходимость тща­тельного отсчета расстояний.

3. Вычислить F_2., пользуясь формулой тонкой линзы (2)._...

4. Вычислите D₂ по формуле (3).

5. Постройте изображение предмета в линзе для этого случая.

6. Вычислите F_cp, D_cp как среднее арифметическое по данным двух опытов.

7. Все данные занести в таблицу.

№ опыта

d(м)

f (м)

F (м)

Fср(м)

D(дптр)

Dср(дптр)

1.

2.

4

F₄ =

D₄=

Опыт № 3

Горящую свечу поместите на расстоянии d_cp = 2F_cp. Если изобра­жение будет на расстоянии f₃ = 2F_cp, то два предыдущих опыта были сделаны правильно. Постройте изображение.

Опыт № 4

С помощью собирающей линзы получите на экране (стене) изображение удаленных предметов (окно). Измерьте расстояние от экрана до середины линзы - это будет фокусное расстояние лин­зы (приблизительно!). Зная F, определите D. Данные занесите в таблицу. Сравните со значением оптической силы, найденной в опытах1и2.

8. Сделайте вывод об оптимальном способе нахождения фокусного расстояния и оптической силы линзы.

9.Вычислите абсолютную погрешность ∆D измерения оптической силы линзы по формуле∆D=∆1/d²+∆2/f², где ∆1, и ∆₂ - абсолютные погрешности

в измерении d и f.

При определении ∆1и ∆2 следует иметь в виду, что измерение расстояний d

и f не может быть проведено с погрешностью, меньшей половины толщины

линзы h.

Так как опыты проводятся при неизменном d, то ∆1=h/2. Погрешность

измерения f будет больше из-за неточности настройки на резкость примерно еще на h/2.- Поэтому ∆2=h/2+h/2=h

Измерить толщину линзы h (см.рис ) и вычислить ∆D по формуле

∆D=h/2d²+h/f²

Записать результат в форме Dср-∆D <D< Dср+∆D.

Контрольные вопросы.

1. Что называется главным фокусом линзы?

2. Как по внешнему виду отличить собирающую линзу от рассеивающей?

3. Может ли одна и та же линза быть и собирающей, и рассеивающей?