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?