Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Тема: определение фокусного расстояния линзыСтр 1 из 2Следующая ⇒
Лабораторная работа ЦЕЛЬ. Изучить основные характеристики линз. Научиться получать различные изображения при помощи собирающей линзы. Определить фокусное расстояние и оптическую силу линзы. Для реализации поставленной цели необходимо: а) Изучить литературу[1] по теме работы, раздел «Геометрическая оптика». б) Ответить на следующие вопросы: 1) Линзы и их основные характеристики. 2) Абберации оптических систем (сферическая, кома, астигматизм, дисторсия, хроматическая абберация. 3) Тонкая линза, формула тонкой линзы, построение изображения. 4) Оптическая система биологического микроскопа, ход лучей и построение изображения. Линейное увеличение и предел разрешения микроскопа. 5) Оптическая система глаза. Оптические свойства преломляющих сред глаза. 6) Недостатки оптической системы глаза. Построение изображения в глазе человека при близорукости и дальнозоркости.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Простейшей оптической системой является линза, которая представляет собой тело, изготовленное из однородного прозрачного для света вещества и ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если расстояние между ограничивающими линзу поверхностями в центре линзы d намного меньше радиусов их кривизны , то линза называется тонкой (рис. 1). Линия, соединяющая центры О 1и О 2 ограничивающих линзу сферических поверхностей, называется главной оптической осью. Лучи, параллельные оптической оси, после прохождения через двояковыпуклую (собирающую) линзу сходятся в точке М на этой оси (рис. 2, а) (линза имеет два главных фокуса). Эта точка называется главным фокусом собирающей линзы. При прохождении через двояковогнутую (рассеивающую) линзу параллельные лучи расходятся. Точка М 1 на главной оптической оси, где пересекаются продолжения этих расходящихся лучей, называется главным фокусом рассеивающей линзы (рис. 2, б) (этот фокус называют также мнимым).
Основным свойством линзы является ее способность давать изображения предметов. Собирающая линза дает как действительное, так и мнимое изображение, как увеличенное, так и уменьшенное изображение, как прямое, так и обратное изображение. Это зависит от того, где расположен предмет: между линзой и фокусом, либо между фокусом и двойным фокусом, либо за двойным фокусом. Рассеивающая линза всегда дает мнимое и уменьшенное изображение. Расстояние предмета от линзы d и расстояние от линзы до изображения f (рис. 3) связаны с ее фокусным расстоянием F соотношением
В этой формуле знак (+) соответствует собирающей (рис. 3, а), а знак (-) - рассеивающей (рис. 3, б) линзам. Если собирающая линза дает мнимое изображение, то в формуле (2) надо перед слагаемым, содержащим величину f, ставить знак (-). Используя формулу (2), можно экспериментально определить фокусное расстояние F. Однако точность такого непосредственного определения фокусного расстояния невелика. Это связано с тем, что при измерении расстояний d и f мы делаем относительно большие ошибки. Существует более точный способ определения фокусного расстояния, при котором расстояния d и f не измеряются. Этот способ состоит в следующем. Определяется расстояние L между предметом*) и экраном, на котором получается увеличенное изображение предмета при некоторых расстояниях d и f (рис. 4, а). Затем, не трогая предмет и экран, перемещают линзу в другое положение и получают уменьшенное изображение предмета при новых расстояниях d' и f' (рис. 4, б). Теперь, зная L и измерив расстояние между двумя последовательными положениями линзы, можно найти фокусное расстояние F линзы по формуле
Таким образом, для определения фокусного расстояния достаточно измерить L и . Рассеивающая линза не дает действительного изображения на экране. Поэтому для определения фокусного расстояния рассеивающей линзы используют вспомогательную собирающую линзу с бó льшей оптической силой, чем у рассеивающей линзы по модулю. С помощью этой вспомогательной линзы получают на экране действительное увеличенное изображение предмета. Затем, между экраном и линзой ставят рассеивающую линзу (рис. 5), при этом отчетливое изображение предмета пропадает. Отодвигая экран и смещая рассеивающую линзу, вновь добиваются отчетливого изображения предмета. Фокусное расстояние рассеивающей линзы вычисляют по формуле (4), где и - расстояния от рассеивающей линзы до первого и второго положения экрана соответственно:
ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ В ЛАБОРАТОРИИ
Определение главного фокусного расстояния, оптической силы рассеивающей и собирающей линзы; получение и определение характера изображения, полученного при помощи собирающей линзы.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Лабораторная работа выполняется на установке фирмы PHYWE (рис.6) Рис.6. Общий вид установки.
Рис.7. Схема лабораторной установки. 1. Источник питания: 0-12 V постоянный ток; 2.Источник света: лампа 12 V; 3. Двойной конденсор: F=60 мм 4. Собирающие линзы с фокусным расстоянием:, +50мм, +100мм, +160мм; 5. Экран со стреловидной щелью или слайд; 6. Экран полупрозрачный; 7. Оптическая скамья На оптической скамье (ОС) расположены осветитель (О) с конденсором (К), экран со щелью (АВ) (или слайдом), линза (Л) и экран (Э). Все они могут свободно перемещаться вдоль оптической скамьи.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Последовательность проведения исследования: 1) Подсоедините лампу к источнику питания. (рис.5, 6) 2) Перед лампой помещаем держатель с конденсором, за ним держатель с щелью (или слайдом) и держатели с линзой и экраном. 3) Включив источник питания, установите напряжение 12 V и силу тока ~8 А. Если красная лампочка над амперметром потухнет (имеет место перегрузка), то надо уменьшить силу тока пока она (лампочка) не загорится. 4)Выполните следующие упражнения:
|