лабораторные работы по физике

Л/р № 16. Определение фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линз.

Цель работы: Определить фокусное расстояние собирающей и рассеивающей линз.

Оборудование: лента измерительная, источник тока, лампочка на подставке, выключатель, провода соединительные, экран белый со щелью, линза собирающая, линза рассеивающая.

(см. рис. слева).

Вводная часть: Расстояние, на котором от центра линзы (собирающей /а/ или рассеивающей /б/) сходятся в одну точку лучи (или их обратные продолжения), идущие параллельно главной оптической оси линзы, называется фокусом линзы F (см. рис. справа). Величина обратная фокусу линзы называется оптической силой линзы D = 1/F, она показывает, насколько сильно линза преломляет лучи света. Эти две взаимосвязанные величины являются главными характеристиками линзы. Их надо уметь измерять, а зная, уметь использовать линзы с разным фокусным расстоянием для решения практических задач, построения изображений в линзах

Три важных для линзы расстояния (см. рис. "а" слева): от предмета до линзы d, от линзы до изображения f, фокусное расстояние F связаны между собой воедино формулой тонкой линзы 1/F = 1 /d + 1/f (1).

Это позволяет, измерив на опыте два расстояния d и f, для любой собирающей линзы быстро определить ее фокусное расстояние F. Это и будет нашей целью первой нашей части работы.

Ход работы:

ЧАСТЬ I. Определение фокусного расстояния собирающей линзы.

1.  Составьте электрическую цепь из лампочки, аккумуляторной батареи и выключателя (см. рис. справа). Лампочку и экран расставляют на противоположных концах стола, а между ними помещают двояковыпуклую линзу. Зажигают лампочку и передвигают линзу вдоль линейки, пока на экране не будет получено резкое изображение накаленной нити лампочки.

Для линзы можно найти два таких положения.

Найдя одно из них, расположенное, например, ближе к лампочке, передвигают линзу к экрану и находят для нее второе положение, при котором на экране вновь появляется резкое изображение нити лампочки. Измеряют расстояния от лампочки до линзы и от линзы до экрана в каждом из двух опытов. Воспользовавшись полученными данными, вычисляем главное фокусное расстояние по формуле (1).

2.  Начертите в отчетном листе таблицу для записи результатов и занесите туда найденные вами величины:

3.  Из двух значений F найдите среднее, а затем среднее отклонение ∆F. Запишите результат для собирающей линзы в виде: F = F_ср ± ∆F.

4.  Есть и другой способ определить фокусное расстояние линзы, причем гораздо более быстрый. Правда менее точный и годится он только для собирающих линз.

Нам известно, что параллельные лучи всегда сходятся в фокальной плоскости собирающей линзы. Поставьте экран и линзу так, чтобы свет от окна падал сквозь линзу на экран. Подвигайте линзу вдоль линии экран-окно и получите четкое изображение окна или лучше более удаленных предметов за окном. Если предмет очень далек (в сравнении с фокусом линзы), то лучи, идущие от него можно считать параллельными. Тогда четкое изображение окна (или предметов за окном) будут находиться в фокальной плоскости линзы (см. самый верхний рисунок "а"). Остается только измерить расстояние от линзы до экрана, и мы получим фокусное расстояние линзы, тем точнее, чем более удаленный предмет мы возьмем. Сравните полученное вами значение F с тем, которое вы получили ранее в п.3. Сделайте вывод. Такой способ быстрого определения F нам пригодится еще не раз! Запомните его.

ЧАСТЬ II. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы.

Вследствие того что рассеивающая линза образует только

мнимые изображения, положения которых нельзя определить непосредственно при помощи экрана, целесообразно прибегнуть к косвенному методу при определении ее фокусного расстояния, применив собирающую линзу.

1.  Вдоль линейки между горящей лампочкой и экраном установите рассеивающую линзу (1), а между нею и экраном — короткофокусную собирающую линзу (2) (см. рис. справа). Передвигая собирающую линзу и экран, добейтесь получения на экране резкого изображения нити лампочки. Ход лучей показан на рисунке слева.

2.   После этого лентой измерьте расстояние d от рассеивающей линзы до лампочки. Затем отметьте на линейке место расположения рассеивающей линзы и уберите ее. Не трогая ни в коем случае собирающую линзу и экран, придвиньте лампочку по направлению к собирающей линзе, пока на экране вновь не появится резкое изображение нити. Это, очевидно, будет в том случае, когда лампочка попадет в

точку S₁, т. е. на место мнимого изображения, полученного в рассеивающей линзе.

Измерьте расстояние f от места, где была рассеивающая линза, до лампочки и определите главное фокусное расстояние по формуле линзы (1). Расстояние f надо считать здесь отрицательным, как это есть расстояние от мнимого изображения до линзы.

3.  Повторите опыт два раза для достижения точности результата. Данные запишите в таблицу:

4.  Из двух значений F найдите среднее, а затем среднее отклонение ∆F. Запишите результат для рассеивающей линзы в виде: F = F_ср ± ∆F.

Контрольные вопросы:

1.  Как быстро определить, какая из двух собирающих линз сильнее?

2.  Почему нельзя использовать способ быстрого измерения фокусного расстояния (п. 4, ЧАСТЬ I) для рассеивающей линзы?

3.  С каким фокусным расстоянием - большим или малым - вы возьмете собирающую линзу, чтобы сквозь нее хорошо рассмотреть очень мелкий предмет? Ответ поясните с помощью одного из верхних рисунков слева.

4.  С каким фокусным расстоянием - большим или малым - вы возьмете рассеивающую линзу, чтобы сквозь нее хорошо рассмотреть очень мелкий предмет? Ответ поясните с помощью одного из верхних рисунков слева.