Лабораторная работа: Определение фокусного расстояния собирательной и рассеивающей линз

Измерив расстояние А между экраном и предметом, а также среднее значение перемещений е , вычисляют фокусное расстояние линзы по формуле (3).

Упражнение 2

Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы

Укрепленная на ползушках рассеивающая и собирательная линзы, матовый экран и освещенный предмет размещают вдоль оптической скамьи и устанавливают согласно тем же правилам, как и в упражнении 1.

Рис. 3 .

Измерение фокусного расстояния рассеивающей линзы производится следующим способом. Если на пути лучей, выходящих из точки А и сходящихся в точке D после преломления в собирательной линзе В (рис.3), поставить рассеивающую линзу так, чтобы расстояние С D было меньше ее фокусного расстояния, то изображение точки А удалится от линзы В. Пусть, например, оно переместится в точку Е . В силу оптического принципа взаимности мы можем теперь мысленно рассмотреть лучи света, распространяющиеся из точки Е в обратную сторону. Тогда точка будет мнимым изображением точки Е после прохождения лучей через рассеивающую линзу С.

Обозначая расстояние ЕС буквой а , D С – через b и замечая, что f и b имеют отрицательные знаки, получим согласно формуле (1)

, т.е. . (4)

Измерения. На оптической скамье размещают освещенный предмет (F), собирающую линзу, рассеивающую линзу, рассеивающую линзу, матовый экран (в соответствии с рис.3). Положения матового экрана и рассеивающей линзы могут быть выбраны произвольно, но удобнее расположить их в точках, координаты которых кратны 10.

Таким образом, расстояние а определяется как разность координат точек Е и С (координату точки С записать). Затем, не трогая экран и рассеивающую линзу, перемещают собирающую линзу до тех пор, пока на экране не получится четкое изображение предмета (точность результата эксперимента очень зависит от степени четкости изображения).

После этого рассеивающую линзу убирают, а экран перемещают к собирающей линзе и вновь получают четкое изображение предмета. Новое положение экрана определит координату точки D .

Очевидно, разность координат точек С и D определит расстояние b , что позволит по формуле (4) вычислить фокусное расстояние рассеивающей линзы.

Таких измерений проделывают не менее пяти раз, выбирая каждый раз новое положение экрана и рассеивающей линзы.

Примечание. Анализируя расчетную формулу легко приходим к выводу, что точность определения фокусного расстояния очень зависит от того, насколько сильно отличаются отрезки b и а . Очевидно, что при а близком к b малейшие погрешности в их измерении могут сильно исказить результат.

Для избежания таких случаев необходимо рассеивающую линзу устанавливать на большом расстоянии от экрана (отрезок а – большой). В этом случае ее действие на ход лучей после собирающей линзы будет значительным, что приведет к достаточному отличию отрезка b от отрезка а .

Данные измерений и вычислений свести в таблицы.

Таблица 1

Упражнение 1 (собирающая линза)

№ изм.	1 способ				2 способ				3 способ
	a	b			b	L	l		A	e
1 2 3 4 5
Ср.

Таблица 2

Упражнение 2 (рассеивающая линза)

№ изм.	A	b
1 2 3 4 5
Ср.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ.

1. Дайте определение фокусного расстояния.

2. Напишите формулу тонкой собирающей линзы (рассеивающей линзы).

3. Напишите формулу для фокусного расстояния тонкой линзы.

4. При каких условиях собирающая линза может работать как рассеивающая?

5. Напишите формулу для коэффициента увеличения линзы.

6. Начертите зависимость коэффициента увеличения собирающей линзы в зависимости от расстояния предмета до линзы.

7. Начертите зависимость коэффициента увеличения рассеивающей линзы в зависимости от расстояния предмета до линзы.

8. Какой из трех предложенных способов определения фокусного расстояния наиболее точный и почему?

9. Как доказать, что при определении фокусного расстояния первым способом наибольшая точность будет при « а = b »?

ЛИТЕРАТУРА.

1. Г.С.Ландсберг, «Оптика», 1976, §§ 70-72, стр.277-284, 287-301.

2. Д.В.Сивухин, «Общий курс физики. Оптика», 1980, §§ 9-12, стр.64-90.

3. Ф.А.Королев, «Курс общей физики. Оптика, атомная и ядерная физика», 1974, §§ 26-33, стр.156-196.

4. А.Н.Матвеев, «Оптика», 1985, §§ 22-23, стр.123-133.

5. И.В.Савельев, «Курс общей физики», т.3, 1967, §§ 8-13, стр.28-49.