- •Описание прибора
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Контрольные вопросы и задания
- •Описание прибора
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 8 изучение интерференции с помощью лазера
- •Теоретические сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Лабораторная работа № 9 изучение тонких линз
- •Теоретические сведения
- •Описание прибора
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •1. Определение фокусного расстояния собирающей линзы
- •2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы
- •3. Определение фокусного расстояния системы линз
- •4. Изучение продольной сферической аберрации линз
- •Контрольные вопросы и задания
Лабораторная работа № 9 изучение тонких линз
Цель работы: 1. Определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз.
2. Определение фокусного расстояния системы линз.
3. Изучение продольных сферической и хроматической аберраций линз и их объяснение.
Приборы и материалы: оптическая скамья; набор собирающих и рассеивающих линз, установленных во вращающихся барабанах; набор сменных диафрагм; сетка; экран; светофильтры.
Теоретические сведения
Линзы относятся к числу простейших оптических приборов. Они могут быть собирающими (положительными) и рассеивающими (отрицательными). Различные формы собирающих (1,2,3) и рассеивающих (4,5,6) линз приведены на рис. 27.
Рис. 27
Всякая прямая, проведённая через центр линзы, называется оптической осью линзы. Оптическая ось, проведённая через центр кривизны О1 и О2 поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы (рис. 28).
Расстояние от
центра линзы О до фокуса, т.е. точки
в которой сходятся лучи, параллельные
главной оптической оси – называется
главным фокусным расстоянием
.
Величину
можно измерить при непосредственном
наблюдении хода лучей в линзах или
косвенным способом. Его можно вычислить,
например, если известны радиусы кривизны
и
поверхностей линзы и относительный
показатель преломления материала линзы
n относительно
окружающей среды:
.
Рис. 28
Здесь радиусы кривизны
поверхностей линзы нумеруются в порядке
прохождения светом границ раздела и
считаются положительными, если центры
их кривизны расположены дальше по ходу
лучей слева направо. Так у двояковыпуклой
линзы, изображённой на рис. 28,а,
,
а
.
Для двояковогнутой линзы (рис. 24,б)
–
,
.
Известно также
простое соотношение между фокусным
расстоянием
,
расстоянием от предмета до линзы
и расстоянием до изображения f:
, (1)
причём f>0 для действительных изображений и f<0 для мнимых.
В работе определяются фокусные расстояния линз при непосредственном наблюдении хода лучей. Для собирающих линз фокусное расстояние положительно, а для рассеивающих – отрицательно.
Линзы
характеризуются также оптической силой.
Оптической силой
линзы называют величину, обратную её
фокусному расстоянию
.
За единицу измерения оптической силы
линзы принята диоптрия. Одна диоптрия
(дптр) – это оптическая сила линзы
с фокусным расстоянием в один метр.
Например, если линза имеет F
= 20 см, то D = 5 дптр.
Линзы обладают
недостатком: они, например, не дают
изображения точечного источника света.
Этот эффект называется аберрацией.
Одним из видов аберрации является
сферическая. При этой аберрации лучи,
направленные на центральную часть линзы
и её края, собираются в разных фокусах
ввиду различной преломляющей способности
разных участков линзы. Величина
сферической аберрации характеризуется
разностью фокусных расстояний краевых
и центральных лучей (
).
Рис. 29
Зная фокусное расстояние и положение кардинальных точек линзы, можно графически построить изображение предмета. На рис. 29 показано построение изображений и перемещение их в зависимости от перемещения предмета для положительной (рис.29,а) и отрицательной (рис. 29,б) бесконечно тонких линз. Для построения выбирают лучи, ход которых заранее известен. Цифры 1-6 соответствуют предметам, а 1/-6/ – их изображениям.
