Лабораторна робота №1 5 (2 години)
Тема Визначення оптичної сили та фокусної відстані збиральної лінзи
1 Мета роботи: визначити фокусну відстань збиральної лінзи та її оптичну силу.
2 Прилади і обладнання :
22.1 Збиральна лінза
22.2 Напрямляюча рейка
22.3 Лампочка на підставці
22.4 Джерело струму
22.5 Вмикач
22.6 З’єднувальні провідники
22.7 Екран
23 Загальні теоретичні положення
Для отримання зображень різного виду в оптичних приладах дуже часто використовують лінзи, дзеркала, призми.
Такими оптичними приладами є: проекційний апарат для збільшення зображення малюнків, фотознімків, креслень; фотографічний апарат для отримання фотознімків тих об'єктів, що знаходяться перед ним; мікроскоп, що дозволяє велике збільшення зображення при розгляданні малих предметів; телескоп для наглядання за космічними тілами; бінокль – універсальний компактний прилад для спостереження за віддаленими наземними об’єктами.
Лінза – це прозоре тіло з показником заломлення, відмінним від показника заломлення навколишнього середовища, обмежено двома правильними геометричними поверхнями (сферичними або комбінацією сферичною та плоскої).
Малюнок 1.- Зображення лінз: а) опуклої; б) прямої з одного боку ї опуклої з іншого; в) вгнуто – опуклої; г) вгнутої; д) вгнутої з одного боку ї прямої з іншого; е) вгнуто – опуклої
Лінзи бувають опуклими (паралельні промені після заломлення в ній сходяться за її межами) та вгнутими (паралельні промені після заломлення в ній розходяться за її межами). Тобто, опуклі лінзи є збираючи, а вгнуті – розсіюючи.
|
|
|
Малюнок 2. Збираюча (а) і розсіююча (б) лінзи.
Головна оптична вісь – пряма (АВ), яка з’єднує центри сферичних поверхонь. (Малюнок 2а)
Оптичний центр лінзи – точка (О) на головній оптичній осі всередині лінзи, при проходженні через яку проміні не заломлюються, тобто, не змінють напрямок розповсюдження. (Малюнок 2а)
Побічна оптична вісь – будь-яка пряма (С D), яка проходить через оптичний центр лінзи. (Малюнок 2а)
Головний фокус лінзи – точка (F) на головній оптичній осі, в якій після проходження лінзи збираються промені, що падають на неї паралельно головній оптичній осі (АВ). (Малюнок 2а)
Фокальна площина – площина, проведена через головний фокус лінзи (F ) перпендикулярно головній оптичній осі (АВ).
Головна фокусна відстань F - відстань (OF ) між оптичним центром лінзи (точка О) та її головним фокусом (F). (Малюнок 2а)
Оптична сила лінзи - величина, що обернена до фокусної відстані лінзи:
, (1)
|
|
|
де F – фокусна відстань лінзи, м;
D – оптична сила лінзи, 1/м = 1 м-1 = 1 дптр (діоптрія),
(1 діоптрія - це оптична сила лінзи з F =1 м).
Також оптична сила визначається за формулою 2:
, (2)
де n – показник заломлення скла, з якого виготовлена лінза;
R1, R 2 – радіуси кривизни сферичних поверхонь лінзи. (Малюнок 1)
Лінза називається тонкою, якщо її товщина (h ) мало порівняно з радіусами кривизни поверхонь (R1, R 2), що обмежують її. Тобто, h << R1
і h << R 2 .
Для тонкої лінзи справедливе співвідношення:
, (3)
де d – відстань від предмета до лінзи, м;
f – відстань від лінзи до зображення;
F – фокусна відстань.
Лінійним збільшенням лінзи (Г) називається відношення розмірів зображення (Н) до розмірів предмета (h):
(4)
Зображення, що виходить при перетинанні променів, заломлених лінзою, за їх ходом, називають дійсним, а проти їх ходу – уявним.
При побудові зображень використовують промені, хід яких відомий для будь-якої лінзи:
промінь, який проходить через центр лінзи під будь-яким кутом, зберігає свій напрямок;
|
|
|
промінь, паралельний головній оптичній осі в збираючій лінзі, проходить через фокус, а в розсіюючій лінзі його напрямок буде таким, що виходить з фокусу;
промінь, що проходить через фокус у збираючій лінзі і має напрямок на фокус у розсіюючій лінзі, після заломлення йдуть паралельно головній оптичній осі.
Якщо на головній оптичній осі встановити початок відліку у оптичному центрі відліку (точці О) , то для збираючій лінзи можна дослідити залежність параметрів зображення від величини відстані d між лінзою і предметом.
Для 
при збільшенні значення d розміри дійсного перевернутого зображення від предмета зменшуються, а його положення наближується до точки x = F .
Для 
зображення має нескінчене великий розмір і, тому, вважають його відсутнім.
Для 
при збільшенні значення d розміри уявного неперевернутого зображення від предмета зменшуються, а його положення наближується до точки x = - h /2 , де h – товщина лінзи.
Аналогічним методом можна визначити залежність параметрів зображення від положення предмета для розсіюючій лінзи.
24 Порядок виконання роботи
4.23 Поставити джерело світла на край стола, а екран у другого краю. Між ними поставити лінзу. Посовувати лінзу вздовж лінійки до тих пір, поки на екрані не буде різке зображення предмета.
|
|
|
4.24 Виміряти відстань від предмета до лінзи d та відстань від лінзи до екрана f , звернув увагу на необхідність їх точно вимірювати.
4.25 При сталому положенні джерела світла і лінзи (d= const) повторити дослід декілька разів, кожного разу знову отримуя різке зображення на екрані, рухаючи екран.
4.26 Обчислити 
за формулою 3, а 
- за формулою 1; результати вимірювань записати у таблицю 1.
Таблиця 1
Результати вимірювань
| № | d, м |  , м
| f, м |  , м
|  , м-1
|  , м
|
| 1 |
|
|
|
| ||
| 2 | ||||||
| 3 |
4.27 Абсолютну похибку ∆D вимірювань оптичної сили лінзи можна обчислити за формулою 5:
, (5)
де ∆d і ∆f – абсолютні похибки в вимірюваннях.
При визначенні ∆d і ∆f слід мати на увазі, що вимірювання відстаней d і f не може бути виконано з похибкою, менше половини товщини лінзи.
Так як досліди проводяться при сталому d, то:
, (6)
Похибка вимірювань f буде більше на 
. Тому
(7)
4.28 Виміряти товщину лінзи h, та обчислити ∆D за формулою 8:
(8)
4.29 Записати результати у вигляді:
Контрольні запитання
25.1 Що називають лінзою?
25.2 Які види лінз ви знаєте?
25.3 Як називають ту точку, у якій збираються паралельні промені після їх заломлення? Яка геометрична фігура визначає її місце положення?
25.4 Назвіть оптичні прилади, які ви знаєте.
25.5 Яке призначення у лінзи? Яким чином можна здобути вогонь, користуючись нею?
25.6 Для лінзи з R1 = R 2 = F , користуючись експериментальними даними обчисліть відносний показник заломлення скла за формулою 2.
25.7 Побудувати у реальному масштабі зображення вертикального предмету висотою 2 см, що знаходиться на відстані d = 6 см від лінзи з фокусною відстанню F = 3 см. Виміряти відстань від лінзи до накресленого зображення та порівняти його зі значенням, що обчислено за допомогою формули 4 (f=...). Для будови зображення предмету користуйтеся малюнком 3.
25.8 Відстань між предметом і його зображенням 72 см. Збільшення лінзи дорівнює 3. Знайти фокусну відстань лінзи.
25.9 З висоти 1 км сфотографовано річку. Визначити ширину річки, якщо на знімку вона дорівнює 4 см. Оптична сила об’єктива фотоапарата дорівнює 8 дптр.
Малюнок 3. Предмет і його дійсне перевернуте зображення (а), предмет і його уявне не перевернуте зображення (б).
Висновки
Оформлення звіту
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 441; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!