Теоретическое введение

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ.

 ОПТИКА. ФИЗИКА АТОМА.

 

 

Новосибирск, 2011

 

УДК 53 (075.4)

53

С 345

 

Лазебная Г.В., Протопопова Н.П. Лабораторный практикум по физике. Оптика. Физика атома. Новосибирск. Новосибирская государственная академия водного транспорта, 2002.

 

Пособие представляет собой руководство к лабораторным занятиям по курсу физики по разделу «Оптика. Физика атома.» и предназначено оказать помощь студентам НГАВТ в проведении и осмысливании физического эксперимента, измерениях, их обработки и оценки.

 

© Лазебная Г.В., Протопопова Н.П., 2002

 

© Новосибирская государственная академия водного транспорта, 2002

 

 

 

Одним из важных этапов физических закономерностей является экспериментальное исследование. Целью физического практикума является приобретение навыков в постановке и проведении физического эксперимента, использовании измерительных приборов, в обработке и осмысливании полученного результата. Этот навык необходим для последующего изучения технических дисциплин и самостоятельной работы.

В настоящее пособие включены теоретические основы изучаемых явлений. Более глубокое представление можно получить после проработки учебников и конспектов лекций.

 

 

Геометрическая оптика.

Лабораторная работа № 1

«Определение главного фокусного расстояния линзы»

Цель работы: определить фокусное расстояние собирающей, рассеивающей линзы и системы линз, пользуясь методом Бесселя.

 

Приборы и материалы: оптическая скамья, набор линз, экран, источник света.

 

Теоретическое введение

В геометрической оптике рассматриваются законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о свете как о совокупности световых лучей – линий, вдоль которых распространяется энергия световых электромагнитных волн. В геометрической оптике не учитываются волновые свойства света и связанные с ними явления.

Простейшим элементом любой оптической системы являются линзы, рассеивающие и собирающие.

Основные формулы линзы (тонкой):

 

(1)

 

                        (2)

 

где F – фокусное расстояние линзы; R₁, R₂ – радиусы кривизны поверхностей; n₂₁ – относительный показатель преломления; d и f – расстояния от предмета и изображения до оптического центра.

Оптическая сила линзы: .

Оптическая сила системы линз:      (3)

Единица измерения – диоптрия (дп).

 

Оптическая сила равна 1дп, если фокусное расстояние линзы равно 1м.

Для определения фокусного расстояния можно было бы воспользоваться формулами (1) или (2), но это требует знания места расположения оптического центра линзы или системы линз, но он не всегда совпадает с геометрическом центром, поэтому при определении F пользуются методом Бесселя.

Сущность его заключается в следующем: d и f заменяют измерением их разности и, таким образом, исключается необходимость знания положения оптического центра линз.

 

Формула Бесселя:

(4)

где В = f + d, а = f – d.

 

Ход работы

1. Определение фокусного расстояния собирающей линзы: поместите линзу между предметом и экраном так, чтобы на экране получилось резкое увеличение изображения предмета. Запишите положение 1 линзы по шкале по одному из краев штатива, стоящего на оптической скамье. Затем поместите линзу ближе к экрану так, чтобы получилось уменьшение изображение предмета (рис.1). Снова запишите положение 2 линзы по тому же краю штатива.

Расстояние между 1 и 2 положениями линзы равно «а».

 

Измерьте расстояние от предмета до экрана – величину «В». Опыт повторите три раза, каждый раз чуть сдвигая экран. Все данные занесите в таблицу.

 

2. Таким же образом определите фокусное расстояние системы линз (собирающей и рассеивающей) и данные поместите в таблицу.

 

3. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы. Так как рассеивающая линза не дает действительного изображения предмета, фокусное расстояние этой линзы вычислите, исходя из формулы (3) по средним значениям F_сист и F_рас:

4. Определите оптическую силу собирающей и рассеивающей линз (по средним значениям фокусных расстояний).

 

5. Оцените погрешности определения фокусного расстояния собирающей линзы и системы линз: относительную и абсолютную погрешности (косвенного измерения).

 

 

Таблица

 

№	Линзы	№	В (м)	∆В (м)	а (м)	∆а (м)	F (м)	Д (дп)
1	Собирающая	1
		2
		3
		Средн.
2	Система линз	1
		2
		3
		Средн.
3	Рассеивающая		-	-	-	-

 

Контрольные вопросы

1. Запишите формулы линзы.

2. Что такое фокус линзы, фокусное расстояния?

3. Постройте изображения предмета, получаемое с помощью собирающей и рассеивающей линз.

4. Оптическая сила линзы. Единица измерения.

5. Преимущество метода Бесселя при определении фокусного расстояния линз.