Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
/
положения линзы, при которых на экране получаются отчетливые изображения предмета, в одном случае уменьшенное 5;, в другом — увеличенное Б" (рис. 5).
Для первого и второго положений линзы имеем
1 + 1
(1+1
1 + 1 = 1, «? + /' = ?;
<1' /' р'
(I' -(1 = 1.
Из первых четырех уравнений следует, что (I и /, так же как ё! и /'
2 Ьх + = О, т. е.
являются корнями уравнения х ь
Ь2
4
Ь2
4
Собирающая и рассеивающая линзы
133
Второе положение линзы является обратным первому. Следовательно |2 = 4 (1,2/4-Ь^) и
/ 2 /2
^ =--(3)
Для определения фокусного расстояния собирающей линзы достаточно, таким образом, измерить расстояние Ь между предметом и экраном и расстояние I между двумя положениями линзы, при которых на экране получаются четкие изображения.
Отметим, что фокусное расстояние линзы можно рассчитать и непосредственно по формуле (2) по измеренным значениям (1 и /. В этом случае оказывается существенным, чтобы указатель на рейтере линзы был расположен против ее середины. В описанном выше методе измерений положение указателя не сказывается на результате измерений.
2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы затрудняется тем, что изображение предмета получается мнимым при действительном источнике (рис. 4 в) и поэтому не может наблюдаться на экране. Эту трудность легко обойти, используя вспомогательную собирающую линзу.
В начале опыта на оптической скамье помещают одну только собирающую линзу и получают на экране действительное изображение предмета. По линейке, расположенной на оптической скамье, отмечают положение Б\ этого изображения (рис. 6). Затем на пути лучей, выходящих из собирающей линзы, располагают исследуемую рассеивающую линзу. На нее падает
пучок сходящихся лучей. Точка Б\ пересечения лучей играет по отношению к рассеивающей линзе роль мнимого источника.
Действительное изображение источника 5 переместится теперь в точку 5'2. Передвигая экран и отмечая по линейке положение Я-2 и координату
134
Собирающая и рассеивающая линзы
рассеивающей линзы, определяют расстояния с! и /, и вычисляют фокусное расстояние Е в соответствии с формулой (2):
Е = (4)
Порядок выполнения и обработка результатов измерений
1. Ознакомьтесь с устройством экспериментальной установки и назначением приспособлений.
2. Включите осветитель. Поместите исследуемую собирающую линзу в держатель и получите на экране четкое изображение предмета. Убедитесь, что изображение на экране получается при двух положениях линзы. Проведите необходимые измерения при различных значениях Ь. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу, определите фокусное расстояние линзы для различных Ь и оцените погрешность.
С о б и р а ю щ а я линза
№ 1. 2. 3.
Ь\, мм
1г,мм
ДРг,М
Погрешности Е; из (3) можно рассчитать следующим образом: = е(р-1*)+е(Ц) = 2Ь^+^Ы+^, Д** = =
г г 1
Приборные погрешности АЬ = А1 = 1 мм.
Вычисляют среднее значение как Е = ^ Р;/3. Для окончательного
результата вычисляют АР = 1а —--.
Собирающая и рассеивающая линзы
135
Окончательный результат:
Р = Р± АР, е{Р) = ...%.
3. Расположите экран от предмета на минимальном расстоянии, при котором еще получается изображение при помощи собирающей линзы, используемой как вспомогательной для определения фокусного расстояния рассеивающей линзы. Поместите исследуемую рассеивающую линзу между собирающей и экраном. Удаляя экран от предмета снова получите четкое изображение. Проведите необходимые измерения, результаты измерений занесите в таблицу, определите фокусное расстояние линзы и оцените погрешность при трех различных положениях собирающей линзы.
Расе се и вающая линза
№ 1. 2. 3.
аг, мм
//. мм
К,м
АК,м
Погрешности Р из (4) можно рассчитать следующим образом:
Приборные погрешности Аё = А/ = 1 мм.
Вычисляют среднее значение как Р = ^1^/3. Для окончательного
результата вычисляют АР Окончательный результат:
3
Р = Р ± АР, е(Р) = ...%.
136
Собирающая и рассеивающая линзы
Контрольные вопросы
• Что такое линза? Какую линзу называют тонкой?
• Что называют главным фокусом линзы? Выведите формулу для фокусного расстояния тонкой линзы.
• Выведите формулу тонкой линзы.
• Что называют оптической силой линзы? Оцените оптические силы собирающей и рассеивающей линз, исследованных в работе.
• Может ли двояковыпуклая линза иметь отрицательную оптическую силу, а двояковогнутая — положительную?
• Точечный источник света находится на главной оптической оси собирающей линзы. Построить его изображение.
• Точечный источник света находится в главном фокусе рассеивающей линзы. Построить его изображение.
• Н каком расстоянии от собирающей линзы надо поместить предмет, чтобы расстояние между предметом и его действительным изображением было минимальным? Оптическая сила линзы В = +2 дптр. Тонкая собирающая линза создает прямое изображение предмета высотой /1 = 0,5 см. Найдите высоту II изображения, если известно, что оно находится в фокальной плоскости линзы.
• Докажите, что оптическая сила системы двух тонких линз, вплотную прижатых друг к другу, равна сумме оптических сил этих линз.
