Определение фокусных расстояний тонких положительных линз

1-й способ. Перемещением линзы и экрана добиваются получения чёткого изображения сетки на экране. Измеряется по делениям линейки оптической скамьи расстояние а₁ между линзой и сеткой и расстояние а₂ между линзой и экраном.

Перед измерениями необходимо проверить совпадение указателей на рейтерах с плоскостями, в которых находятся сетка, экран и плоскость тонкой линзы, проходящая через оптический центр. При отсутствии совпадения необходимо вводить поправку при измерениях. Фокусное расстояние рассчитывается по формуле (16) с учётом правила знаков.

Измерения проводятся для 5-10 различных значений а₁ и а₂; одна половина измерений проводится при увеличенном изображении сетки, другая — при уменьшенном изображении сетки. Данные заносятся в таблицу 1.

Таблица 1.

Для проверки формулы (16) строится график, на котором по оси Ох откладываются значения ç1/а₁ç, а по оси Оу - значения 1/а₂; все точки должны располагаться на одной прямой, которая отсекает на осях Oх и Oу отрезки, равные 1/f. Определить среднее значение f.

Оценить погрешность измерений. Следует обратить внимание на то, что фокусное расстояние тонкой линзы имеет смысл определять с точностью до толщины линзы.

2-й способ. Линза, экран и сетка размещаются так же, как и при измерениях первым способом. Измеряется только одно расстояние çа₁ç (или a₂); измеряются линейные размеры сетки y₁ и линейные размеры её изображения y₂; находится линейное увеличение y₂/y₁; это отношение равно a₂/a₁. Из равенства y₂/y₁= a₂/çа₁ç находят второе расстояние а₂ (или çа₁ç). Для расчёта f применяется формула (16).

Измерения проводятся для 3 различных значений увеличения (при увеличении больше единицы). Результаты заносят в таблицу 2.

Таблица 2.

№ п/п	çа1ç	у1	у2	у2/у1	а2 = а1×	f
Средн.	ххххх	ххххх	ххххх	ххххх	ххххххххх

3-й способ. Если расстояние A между сеткой и экраном будет больше 4f, то посредством перемещения линзы можно получить два изображения предмета - увеличенное и уменьшенное - при неизменном расстоянии A (см. рис.5).

В этом случае уравнение (16) можно представить в следующем виде:

Два корня этого уравнения и соответствуют двум возможным положениям линзы относительно сетки. На рис. 5 указаны два положения линзы и соответствующие построения изображений; большему значению a₁ (по модулю) соответствуют штриховые линии.

Если обозначить разность - = l, то получится расчётная формула:

.

В этом способе измеряется расстояние между сеткой и экраном А и расстояние l между 2-мя положениями линзы, соответствующими увеличенному и уменьшенному изображениям.

Таблица 3.

№ п/п	А	ç ç	ç ç	l	f
Средн.	ххххх	ххххх	ххххх	ххххх

Окончательные результаты представить в виде сравнительной таблицы.

Таблица 4.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Что такое идеальная оптическая система?

2. Как рассчитать оптическую силу линзы и расположение главных плоскостей?

3. Вывести формулу линзы.

4. Как изменится изображение, если закрыть половину линзы?

5. Какой метод определения фокусных расстояний тонких линз наиболее точен?

6. Какие способы измерений фокусных расстояний линз можно применять, кроме указанных в настоящей работе?

7. При наблюдении глазом сферических поверхностей объектива видны изображения сетки. Объяснить, каким образом получаются эти изображения.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Ландсберг Г. С. Оптика. М., 1976., §§76 - 78.

2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш.шк., 1985., §§ 165-168.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука., 1988., Гл. XVI, §§ 115-117.

4. Д. В. Сивухин. Курс общей физики. Оптика. М., 1985. Гл.2.

5. Практикум по общей физике. Под ред. проф. В.Ф.Ноздрева. М., «Просвещение», 1971, Гл.IV, С.256.

ОГЛАВЛЕНИЕ