Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»

Лабораторная работа

по физике №1

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ СОБИРАЮЩЕЙ И РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗ»

Выполнил студент

Группы КТ-44-21

Разикова Амина Мухаммаджоновна

Иванов Антон Владиславович

Проверил преподаватель:

Доцент кафедры общей физики

Краснов В. К.

Чебоксары 2022

Цель работы: ознакомление с простейшими оптическими приборами:
собирающей и рассеивающей линзами, приобретение навыков их использования для построения изображений; определение главных фокусных расстояний.
Приборы принадлежности: матовое стекло c графическим изображением предмета, оптическая скамья, собирающая линза, рассеивающая линза, экран.
Краткая теория. Линзой называется часть прозрачной, хорошо преломляющей среды, ограниченной от окружающего воздуха двумя кривыми, чаще всего сферическими поверхностями. Прямая, соединяющая центры кривизны сферических поверхностей и , называется главной оптической осью линзы (рис. 1.1, а и б). Тонкими называются такие линзы, у которых толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ограничивающих сферических поверхностей. Для таких линз можно считать, что точки и сливаются в одну точку, которая называется главным
оптическим центром линзы.
Всякий луч, составляющий малый угол с оптической осью тонкой линзы, проходит через ее оптический центр практически не преломляясь. Точка пересечения лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом линзы. Расстояние от оптического центра до главного фокуса называется главным фокусным расстоянием линзы.
Точка

---

пересечения лучей, падающих на линзу параллельным пучком, составляющим некоторый угол φ (рис. 1.1, 6) с главной оптической осью называется побочным фокусом.
Побочный фокус тонкой линзы лежит в точке пересечения побочной оптической оси C , с фокальной плоскостью.
Главное фокусное расстояние линзы зависит от радиуса кривизны сферических поверхностей и , . ограничивающих линзу, и от показателя преломления , вещества линзы и показателя преломления среды , в которой находится линза.

Для тонких двояковыпуклых линз эта зависимость выражается формулой



У всякой линзы имеются два главных фокуса, которые, как следует из формулы, расположены на одинаковых расстояниях от оптического центра линзы при любых значениях ее радиусов кривизны. Если радиусы кривизны сферических поверхностей одинаковы ( = =R), то формула примет вид


где n - относительный показатель преломления.
Если поместить светящийся предмет на расстоянии d от оптического центра собирающей линзы, то его изображение получится на расстоянии f от него. Эти два расстояния связаны между собой известным соотношением, называемым формулой
тонкой линзы:



Откуда




Если предмет поместить на расстояние d от оптического центра линзы, то, как видно из формулы, изображение получится на расстоянии f от него, поэтому расстояние f называют сопряженным расстоянию d. Определение фокусного расстояния линзы в основном сводится к использованию формулы.
Однако в линзах конечной толщины, употребляемых на практике, нет
Одной такой точки, которая обладала бы свойствами оптического центра. Принимая середину линзы за ее оптический центр, мы делаем существенную ошибку. Рассматриваемый ниже способ определения фокусного расстояния по «величине перемещения линзы» свободен от погрешности, обусловленной конечной толщиной линзы. Разберем сущность этого способа.

---

Если предмет АВ поместить от экрана Э на расстоянии, большем четырем фокусным расстояниям собирающей линзы, то, передвигая линзу, можно найти два таких положения, при которых на экране один раз будет получено увеличенное
изображение другой - - уменьшенное.

Обозначим расстояние от оптического центра линзы до предмета и изображения для первого случая через и , а для второго случая через и . Расстояние от предмета до экрана обозначим через L , а расстояние, на которое нужно передвинуть линзу при переходе из положения 1 в положение 2, через 1.
Формулу для каждого случая можно написать следующим образом:





Приравнивая правые части последних равенств, получим



или



Отсюда получаем равенство



Следовательно,



Точно также доказывается, что



Легко доказать, что





Отсюда



Порядок выполнения работы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ
СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ


Способ 1


Этот способ основан на непосредственном применении формулы (3): измеряются d и f.
1. Помещают экран на достаточно большом расстоянии от предмета. Ставят исследуемую линзу между предметом и экраном; перемещением линзы добиваются отчетливого увеличенного изображения предмета на экране. Записывают положение предмета,

---

линзы и экрана в делениях шкалы скамьи; вычисляют расстояние от предмета до линзы (d) и от линзы до экрана (f).
Сдвинув линзу, снова делают ее установку на отчетливое изображение предмета, вычисляют d и f. Таких установок делают не менее пяти. Находят и .
2. Перемещая линзу по скамье, находят такое ее положение, при котором на экране получается отчетливое уменьшенное изображение предмета. Не менее пяти раз производят отсчеты d и f (также как в п.1). Находят и .

3. Используя формулу (3) по средним значениям и , находят главное фокусное расстояние линзы F'. Аналогично рассчитывают главное фокусное расстояние по средним
значениям
и Вычисляют среднее значение
и погрешность измерения .0
Способ 2. МЕТОД БЕССЕЛЯ

Фокусное расстояние определяется по «величине перемещения линзы».
1. Помещают экран на расстоянии больше чем 4 F от предмета, где F - главное фокусное расстояние, определенное предыдущим опытом. Измеряют это расстояние.

2. Помещают между предметом и экраном линзу и, перемещая ее, получают резкое увеличенное изображение предмета на экране. Записывают то деление шкалы против которого стоит указатель, прикрепленный к ползунку линзы.
3. Передвигая линзу, получают отчетливое уменьшенное изображение предмета на экране (экран во время опыта не перемещают!). Отмечают по шкале это новое положение линзы - , вычисляют расстояние 1, на которое пришлось передвинуть линзу при переходе из положения 1 в положение 2:
.

---

4. Повторяют опыт несколько раз, смещая и вновь устанавливая линзу для получения одного увеличенного и другого уменьшенного изображения предмета, каждый раз вычисляя l.
5. Определив среднее значение , по формуле (6) вычисляют величину главного фокусного расстояния.
6. Оценивают относительную погрешность определения F по формуле


и абсолютную погрешность



7. По формуле (2) вычисляют радиус кривизны линзы, считая показатель преломления вещества линзы = 1,5.

---

Смотрите также файлы

• Инвентаризационная опись товарноматериальных ценностей образец инв3.docx

• Государственный университет учебнонаучнопроизводственный комплекс.doc

• Ручной труд как вид труда дошкольников.docx

• Вестник дво ран. 2021. Химия окружающей среды и химическая технология.pdf

• Реферат по истории Цветные революции и их геополитическая подопленка.docx