Лабораторная работа №21. Определение главного фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы.

Цель работы: научиться определять главное фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.

Оборудование: лампочка на подставке, батарея аккумуляторов, переключатель, (фонарик или свеча), измерительная лента с мм делениями, длиннофокусная собирающая линза, экран, щель, желоб, провода.

Теория.

Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса называется главным фокусным расстоянием линзы F.

Главное фокусное расстояние линзы связано с расстоянием от оптического центра линзы до предмета d и до его изображения f формулой.

.

Величина, обратная фокусному расстоянию линзы, называется оптической силой линзы D и измеряется в диоптриях, т. е. сумма обратных величин расстояний предмета и его изображения до оптического центра линзы равна оптической силе линзы. D= .

Фокусное расстояние и оптическую силу линзы можно определить опытным путем.

Ход работы:

1. Установить источник света край стола, экран – у другого края, между ними поместить линзу так, чтобы получить отчетливое изображение на экране.

2. Измерить в обоих случаях расстояние от источника света до линзы d и измерить от экрана до линзы f с точностью до мм.

3. Вычислить главное фокусное расстояние линзы F, пользуясь формулой собирающей линзы.

4. Если изображение получилось увеличенным, то другое, тоже резкое изображение можно получить, передвигая линзу к экрану. Если же изображение было уменьшенным, то для получения второго изображения нужно передвигать линзу к лампочке. Вновь измерить расстояние f и d.

5. По найденному главному фокусному расстоянию линзы, выраженному в метрах, определить оптическую силу линзы D.

6. Результаты всех вычислений и измерений занести в таблицу.

7. Установить лампочку на произвольном расстоянии d₁ от линзы.

8. Зная фокусное расстояние F, вычислить по формуле расстояние f₁, на котором должно находиться изображение f₁= .

9. Проверить полученный результат на опыте.

10. Повторить последний эксперимент, расположив лампочку на расстоянии d₂= 2F от линзы.

№ линзы

Результаты для изображения

Фокусное расстояние

Оптическая сила линзы

Относительная погрешность

Абсолютная погрешность

Увеличенное расстояние

Главное фокусное расстояние F (см)

Уменьшение главного фокусного расстояния F (см)

Уменьшенное расстояние

От осветителя d (см)

От экрана f (см)

От осветителя d (см)

От экрана f (см)

Контрольные вопросы.

1. Что называется линзой?

2. Что называется фокусом линзы?

3. Чем собирающая линза отличается от рассеивающей?

4. Что принимается за единицу оптической силы?

5. Что называется увеличением линзы?

Лабораторная работа №22.

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Цель работы: Научиться определять длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование: Прибор для определения световой волны, дифракционная решетка.

Теория:

Пусть на дифракционную решетку падает пучок белого света. Вследствие дифракции прошедший через решетку свет будет распространяться по всевозможным направлениям. Для каждой пары щелей будет иметь место следующее.

В точке 0 поставленного за решеткой экрана разность хода лучей любого цвета будет равна нулю, здесь будет центральный, нулевой максимум- белая полоса 0.

В точке экрана, для которой разность хода фиолетовых лучей равна длине волны этих лучей, лучи будут иметь одинаковые фазы; здесь будет максимум – фиолетовая полоса Ф.

В точке экрана, для которой разность хода красных лучей равна длине волны этих лучей, лучи будут иметь одинаковые фазы, здесь будет максимум – красная полоса К.

Между точками Ф и К распложаться максимумы всех остальных составляющих белого цвета в порядке возрастания длины волны.

Образуется непрерывная цветная полоса – действительное изображение дифракционного спектра 1-го порядка. Таким образом, дифракционную решетку мы можем использовать для исследования белого света и установления сложности его состава.

Из чертежа видно, что , где d – постоянная решетки.

Ход работы:

1. Вставить дифракционную решетку в рамку продольной линейки прибора.

2. Экран со шкалой установить на конце продольной линейки.

3. Перемещением экрана со шкалой по продольной линейки добиться наиболее четкого изображения на экране спектров 1-го порядка.

4. Отсчитать на шкале смещение от щели до середины красной части спектра .

5. Отсчитать на шкале смещение от щели до середины фиолетовой части спектра .

6. Измерить расстояние b от решетки экрана.

7. Из формулы принимаем ; k=1 получается значение длин волн: ; .

8. Повторить наблюдения и измерения для других расстояний между экраном и решеткой.

9. Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

№ опыта	Постоянная решетки d, мм	Расстояние от экрана до решетки b, мм	Красная часть спектра			Фиолетовая часть спектра
			Смешение мм	Длина волны в мм	Погрешность		Смешение ,мм	Длина волны в мм	Погрешность

Контрольные вопросы:

1.Что называется дифракцией света?

2. Какие методы применяются при решении дифракционных задач?

3. Что называется дифракцией Френеля и дифракцией Фраунгофера?

4.При каком условии две близкие спектральные линии считаются «полностью разрешенными»?