Курс загальної фізики для слухачів-іноземців підготовчого відділення


Лабораторна робота № 7

 

Визначення головної фокусної

віддалі оптичних систем

Мета роботи: оволодіти методикою визначення головної фокусної віддалі лінзи та оптичних систем.

Прилади і матеріали: оптична лава, набір лінз, екран, освітлювач.

Теоретичні відомості

Для точного визначення головної фокусної відстані збірної лінзи чи системи лінз користуються методом Гауса - Бесселя. Розглянемо формулу тонкої збірної лінзи:

,                              (1)

де d - відстань від предмета до оптичного центра лінзи;

f - відстань від оптичного центра лінзи до чіткого зображення його на екрані;

F - головна фокусна відстань лінзи.

Для цієї мети можна використати формулу (1). Однак величини d і f на практиці визначити точно неможливо, тому що у загальному випадку положення оптичного центра лінзи невідоме. Тому поступаємо таким чином. Спочатку відмітимо, що формула (1) не змінює свого вигляду, якщо d і f поміняти місцями. Це означає, що коли на місці чіткого зображення предмета помістити сам предмет, то його зображення одержимо в тому місці, де раніше знаходився предмет. Говорять, що відстань d і f самоспряжені.

В дійсності переміщувати предмет не обов'язково. Одержавши, наприклад, чітке обернене і збільшене зображення предмета на екрані А'В', вимірюють відстань D від предмета до екрана, а потім, не змінюючи їх положення, переміщують лінзу L в положення L1 так, щоб одержати чітке обернене й зменшене зображення предмета А'В', що зображено на рис. 1.

Тобто, за допомогою лінзи можна одержати два чітких зображення. Одне з них, збільшене, що знаходиться на відстанні f від лінзи, а друге, зменшене - на відстані d від неї.

Позначимо зміщення оптичного центра лінзи О через а. Величину ? можна виміряти переміщенням будь-якої точки лінзи L, оскільки при її рухові положення оптичного центра відносно лінзи не змінюється. Ця обставина дозволяє подолати відмічене вище утруднення, оскільки переміщення самого оптичного центру лінзи можна замінити переміщенням будь-якої мітки на штативі цієї лінзи.

З рис.1 випливає:

;

Рис. 1

Звідси знаходимо:

Підставивши значення d і f в формулу (1), одержуємо:

.                         (2)

Установка для виконання роботи змонтована на оптичній лаві, де розташовані освітлений предмет, екран та рухомий штатив для закріплення лінз.

Хід роботи

Визначення головної фокусної віддалі збиральної лінзи.

1. Закріпити досліджувану лінзу в штативі.

2.     Ввімкнути освітлювач. Переміщуючи лінзу, добитись чіткого зображення предмета на екрані і зафіксувати положення мітки на штативі лінзи.

3.     Переміщуючи лінзу в іншу сторону, добитись нового чіткого зображення предмета на екрані і зафіксувати це положення мітки.

4.     Знайти віддалі D і а. Результати занести в таблицю.

5.     Виконати пункти 1...4 для другої збірної лінзи.

Обробка результатів експерименту

1. За формулою (2) знайти головні фокусні відстані обох досліджуваних збиральних лінз.

2. За формулою (2) знайти головну фокусну відстань оптичної системи двох збиральних лінз.

3. Переконатись, що при дотику двох тонких лінз загальна оптична сила системи дорівнює сумі оптичних сил обох лінз:

.                              (3)

4. За формулою (2) розрахувати головну фокусну відстань оптичної системи з розсіювальною лінзою.

5. Використовуючи співвідношення (3), вирахувати головну фокусну відстань розсіювальної лінзи.

6. Результати всіх розрахунків занести в таблицю, знайти похибки вимірювань, зробити висновки.

Контрольні запитання для захисту лабораторної роботи

1. Яке означення можна дати: тонкій лінзі, оптичному центру, оптичній осі; фокальній площині; головним фокусам та оптичній силі лінзи?

2. Побудувати зображення предмета в тонкій збиральній лінзі, розмітивши предмет перед фокусом лінзи і між фокусом та лінзою. 

<  ЗМІСТ  >