Файл: физика лабораторные работы. 1курс.doc

Порядок выполнения работы

1. Собрать рабочую схему (Рис.15.5).

2. Установить плоскость катушки в плоскости магнитного меридиана (по направлению магнитной стрелки компаса).

3. Переключателем S подключить цепь к источнику тока и измерить величину силы тока I.

4. После успокоения стрелки компаса отсчитать на его шкале угол ₁.

5. Изменить направление тока в катушке с помощью переключателя S, подождать успокоения стрелки компаса и отсчитать по его шкале угол ₂.

6. Найти среднее значение угла отклонения  при данном значении силы тока:

. (15.5)

7. По формуле (15.4) найти значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли, где R=0,075 м — радиус витков катушки; n=200 – количество витков.

8. Измерения повторить еще два раза при других значениях тока, изменяя положением движка реостата R.

9. Найти среднее значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли . Произвести расчет абсолютной и относительной погрешности измерений.

10.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

11.На основании анализа относительной погрешности сделать вывод, при каких значения угла отклонения магнитной стрелки точность определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли наибольшая и почему?

Вычисления:

Вывод:

Контрольные вопросы защиты лабораторной работы:

1. Что такое магнитное поле? Что является источником магнитного поля? Нарисуйте магнитное поле постоянного магнита, Земли. Как направлены силовые линии магнитного поля?

2. Запишите и сформулируйте закон Ампера для проводника с током в магнитном поле. Как определяется направление силы Ампера?

3. Запишите и сформулируйте определение вектора индукции магнитного поля. Как он направлен по отношению к силовым линиям? Как определить направление индукции магнитного поля, созданного катушкой с током?

4. Что такое однородное и неоднородное магнитное поле? Приведите их примеры.

5. Как можно определить плоскость магнитного меридиана Земли?

6. Нарисуйте рис.15.4, объясните методику проведения опыта и на основании принципа суперпозиции получите формулу для вычисления горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.

Раздел 4. Оптика. Квантово - оптические явления Лабораторная работа № 13. Определение фокусных расстояний и оптической силы линз

Цель работы: изучить основные типы и характеристики линз, недостатки линз и способы их устранения; научиться определять фокусное расстояние и оптическую силу линз.

Приборы и принадлежности: набор собирающих линз, оправа для линз, оптическая скамья, экран с белой поверхностью, источник света, предмет в оправе.

Теория работы

Линза - это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. Линзы входят в состав разнообразных оптических приборов, широко используемых в биологической и медицинской практике, таких как микроскопы, лупы, эндоскопы, бронхоскопы, гастроскопы, цитоскопы и др. Линзы являются основным элементом многих оптических приборов для лабораторного анализа, кино- и фотоаппаратов и т.д.

Фокусное расстояние собирающей линзы - расстояние от оптического центра линзы до точки фокуса, и обозначаемое также F, считается у собирающей линзы положительным, т.е. F >0.

Рассеивающая линза - это линза в которой световые лучи (Рис.16.1.б), падающие на линзу параллельно главной оптической оси линзы ОО₁, преломляясь в линзе, расходятся. Для нахождения её точки фокуса, выходящие из линзы лучи продляют в обратную сторону до пересечения с главной оптической осью ОО₁. Фокусное расстояние рассеивающей линзы считается отрицательным, т.е. F <0, а сам фокус - мнимым.

Величина D , обратная фокусному расстоянию линзы, называется оптической силой линзы и измеряется в диоптриях (дптр):

, . (16.1)

Оптическая сила собирающей линзы, также как и фокус, положительна D_соб.>0, а оптическая сила рассеивающей линзы отрицательна, т.е. D_расс.<0.

Оптическая сила системы линз D_сист. численно равна алгебраической сумме оптических сил линз, входящих в её состав, т.е. D_сист.= D₁+D₂+... (16.2)

Изображения, получаемые с помощью собирающих линз, не всегда получаются идеальными. Это связано с не идеальностью сферической поверхности линзы. Такие недостатки линз называются аберрациями. Возможно возникновение четырех видов аберраций.

1) Сферическая аберрация, при которой все световые лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, собираются не в фокусе линзы. Лучи, идущие ближе к оптическому центру – собираются в фокусе, а лучи, идущие от краев линзы – собираются немного дальше. В результате изображение точечного источника света будет выглядеть как световое пятно.

Для устранения сферической аберрации используют диафрагму, которая отсекает из светового пучка лучи, идущие от краев линзы. Диафрагма – это регулируемое отверстие. Диафрагму, например, можно увидеть в объективе фотоаппарата; зрачок глаза также является своеобразной диафрагмой, регулирующей поток света, поступающего в глаз.

2) Хроматическая аберрация, при которой белый свет, проходя через стеклянную линзу, разлагается на составляющие его цвета (греч. «хромос» - цвет). Это происходит за счет явления дисперсии света – зависимости показателя преломления вещества от длины световой волны. В результате изображение точечного источника белого света на экране принимает вид радужно окрашенного светового пятна. Для устранения хроматической аберрации используют вторую рассеивающую линзу, называемую ахроматор.

3) Дисторсия, при которой световые лучи, падающие на линзу под разными углами к главной оптической оси, собираются в разных точках на фокальной плоскости. В результате, изображение предмета становится искаженным (выпуклым или вогнутым). Для устранения дисторсии также используют диафрагму, которая отсекает световые лучи, падающие на линзу не параллельно главной оптической оси.

4) Астигматизм, при котором сама линза в результате неидеальной сферической поверхности, имеет различное увеличение во взаимно перпендикулярных направлениях. В результате изображение предмета становится непропорционально увеличенным – вытянутым в одном из направлений. Такой недостаток встречается у такой линзы как хрусталик глаза. Тогда, например, изображение квадрата воспринимается человеком с астигматизмом, как прямоугольник. Для устранения астигматизма используют цилиндрическую линзу (очки с цилиндрической линзой), которая увеличивает предмет только в одном направлении, восстанавливая пропорции в изображении предмета.

Задание №1. Нахождение фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы

При построении изображения в собирающей линзе (Рис.16.2) необходимо придерживаться следующего плана построения:

1. провести главную оптическую ось ОО₁;

2. нарисовать собирающую линзу так, чтобы главная оптическая ось проходила через ее оптический центр (обратите внимание, что собирающая линза обозначается двумя стрелками, направленными наружу);

3. отметить точки – фокусы F на равных расстояниях с разных сторон линзы;

4. поставить предмет АВ на расстоянии от линзы не дальше, чем удвоенное фокусное расстояние (иначе изображение получится не увеличенное, а уменьшенное; если предмет будет находиться в двойном фокусе, то размер изображения будет вообще равен размеру предмета);

5. от каждой точки предмета АВ проводят два луча: 1-й луч - через оптический центр линзы идет не преломляясь; 2-й луч - сначала, параллельно главной оптической оси линзы ОО₁ до линзы, а затем через фокус до пересечения с первым лучом. Таким образом, изображение предмета А₁В₁ в данном случае получается увеличенным, перевернутым и действительным.

Характерные расстояния: а - расстояние от предмета до линзы; в - расстояние от линзы до полученного изображения и фокусное расстояние F связаны между собой формулой тонкой линзы: . (16.2)

Выразив из формулы (16.2) F, мы получим выражение для нахождения фокусного расстояния собирающей линзы: . (16.3)

Оптическая сила собирающей линзы определяется по формуле (16.1).

Порядок выполнения задания №1

1. На оптическую скамью поставить собирающую линзу и предмет.

2. Перемещая линзу, найти положение, при котором видно отчетливое изображение А₁В₁ предмета АВ на экране (Рис.16.2).

3. Измерить линейкой расстояния а и в .

4. Изменить положение предмета приблизительно на 5 см. Перемещая линзу, снова найти четкое изображение предмета. Опыт повторить три раза.

5. По формуле (16.3) рассчитать фокусное расстояние собирающей линзы. Найти среднее значение фокусного расстояния.

6. Оценить абсолютную и относительную погрешность измерений.

7. По среднему значению фокусного расстояния, по формуле (16.1) рассчитать оптическую силу собирающей линзы.

8. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.