Упражнение 1. Определение фокусных расстояний тонких собирающих линз

При выполнении этого упражнения все имеющиеся собирающие линзы считаем тонкими. В качестве предмета используется мира №5.   

Способ 1 определения фокусного расстояния

Фокусное расстояние можно определить, исходя из формулы

(1)

Между экраном и предметом помещают исследуемую линзу. Перемещая линзу и экран, получают четкое изображение предмета на экране. По шкале, расположенной вдоль оптической скамьи, и шкалам, расположенным на подставках экрана и линзы, измеряют расстояния – () и  (см. рис.1). По формуле (1) рассчитывают .

Рис.1. Построение изображения предмета для тонкой собирающей линзы

Выполните по пять измерений для каждой из собирающих линз. Рекомендуется часть измерений для каждой линзы выполнить при увеличенном, а часть при уменьшенном изображении. Найдите средние значения  фокусных расстояний. Результаты запишите в таблицу 1. Рассчитайте погрешности , с которыми определены фокусные расстояния.    

Способ 2 определения фокусного расстояния

Если расстояние между предметом и экраном больше учетверенного фокусного расстояния (на линзах указано их фокусное расстояние в мм), то найдутся два положения линзы, при которых получаются четкие изображения предмета на экране: в одном случае изображение уменьшенное, в другом случае – увеличенное. Пусть для первого положения линзы () – расстояние от предмета до линзы,  – расстояние от линзы до экрана. Для второго положения соответствующие величины обозначим () и . используя формулу (1), можно показать, что и

Обозначая расстояние между предметом и экраном через , а расстояние между двумя положениями линзы через , получим (будем считать, что ):

(2)

(3)

Отсюда

,    (4)

Подставляя (4) в (1), найдем

(5)

Таким образом, для определения фокусного расстояния достаточно измерить  и .

Выполните по пять измерений для каждой из собирающих линз. Найдите средние значения  фокусных расстояний. Рассчитайте погрешности , с которыми определены фокусные расстояния. Результаты запишите в таблицу 1.

Способ 3 определения фокусного расстояния

Если предмет находится в передней фокальной плоскости, то пучки лучей, идущие от его точек преобразуются линзой в параллельные. Поэтому фокусное расстояние тонкой собирающей линзы можно определить с помощью лабораторной зрительной трубы Кеплера, установленной на бесконечность.

Установите зрительную трубу на бесконечность следующим образом. Наведите трубу на удаленный предмет (стена дома, ветви дерева) и, перемещая окуляр трубы, получите четкое изображение удаленного предмета.

Установите на оптическую скамью вплотную к осветителю исследуемую линзу. Передвигая линзу по направлению от осветителя к зрительной трубе, установите ее таким образом, чтобы в трубу было видно четкое изображение предмета. При этом расстояние между предметом и линзой равно фокусному расстоянию. Результаты запишите в таблицу 1.

Таблица 1. Определение фокусных расстояний тонких собирающих линз

Способ 1
Линза	№ измерения	, см	, см	, см	, см	, см
L1	1
	2
	3
	4
	5
L2	1
	2
	3
	4
	5
Коллиматорная	1
	2
	3
	4
	5
Способ 2
Линза	№ измерения	, см	, см	, см	, см	, см
L1	1
	2
	3
	4
	5
L2	1
	2
	3
	4
	5
Коллиматорная	1
	2
	3
	4
	5
Способ 3
Линза	, см
L1
L2
Коллиматорная