Лабораторная работа № 6 Изучение тонкой собирающей линзы

Цель работы: определение фокусного расстояния и оптической силы собирающей и рассеивающей линз.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплект по оптике, линейка измерительная, источник тока, электрическая лампа, ключ, соединительные провода, экран.

Изучение тонкой собирающей линзы

Расчетная формула

Фокусное расстояние F собирающей линзы определяется по формуле:

и оптическая сила

,

где  — расстояние  от линзы до предмета,  — расстояние  от линзы до изображения.

Порядок выполнения работы

1. Установите на столе вдоль одной прямой источник света S (рис. 239) (лампочку с колпачком, в котором имеется прорезь в виде стрелки), собирающую линзу и экран. Перемещайте линзу до получения резкого и четкого изображения S′ стрелки на экране.
2. Не меняя расстояние между лампой и экраном, измерьте расстояние  от прорези в окне прибора до линзы и расстояние  от линзы до экрана 2- 3 раза. Результаты измерений запишите в таблицу.
3. Вычислите средние значения  и . Результаты вычислений запишите в таблицу.
4. Вычислите фокусное расстояние  и оптическую силу  линзы. Результаты вычислений запишите в таблицу.
5. Вычислите относительную и абсолютную погрешность измерений фокусного расстояния собирающей линзы:  ,  . Результаты вычислений занесите в таблицу.
6. Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерений фокусного расстояния собирающей линзы: . Результаты вычислений занесите в таблицу.
7. Запишите значение фокусного расстояния собирающей линзы и относительной погрешности его измерения в виде: .
8. Поверните линзу к окну и получите на экране изображение удаленного предмета за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните его  полученными ранее значениями фокусного расстояния линзы. Сделайте соответствующие выводы.

Таблица измерений и вычислений

Контрольные вопросы

1. В каком случае линзу можно считать тонкой. Ответ обоснуйте.
2. Как по внешним признакам отличить собирающую линзу от рассеивающей?

Выводы.

Суперзадание

Закройте темной бумагой половину линзы и опишите, как при этом изменится изображение предмета на экране.

Изучение тонкой рассеивающей линзы

Расчетная формула          

Рассеивающая линза дает только мнимое изображение, которое невозможно получить на экране, т. е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую линзу, которая должна быть собирающей (рис. 239-1).

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение ′ источника света на экране, поставим между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается (см. рис. 239-1). Новое положение изображения  можно найти перемещением экрана.

Используя свойство обратимости световых лучей, можно считать, что световые лучи выходят из точки , а в точке  получается изображение точки .

Обозначив расстояния от точек  и  до рассеивающей линзы соответственно через d и f, запишем формулу тонкой линзы с учетом правила знаков:

.

Откуда для модуля фокусного расстояния рассеивающей линзы получим:

.

Порядок выполнения работы

1. С помощью собирающей линзы получите на экране действительное изображение прорези в колпачке лампочки. Поставьте между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Измерьте не менее пяти раз расстояние f от экрана до рассеивающей линзы. Вычислите среднее значение Результаты занесите в таблицу.
2. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране четкое изображение прорези в колпачке лампочки. Измерьте расстояние d от экрана до рассеивающей линзы не менее пяти раз. Вычислите среднее значение . Результаты занесите в таблицу.
3. Вычислите средние значения фокусного расстояния  и оптической силы  рассеивающей линзы. Результаты занесите в таблицу.
4. Вычислите относительную и абсолютную погрешность измерений фокусного расстояния рассеивающей линзы:  , .
   Результаты вычислений занесите в таблицу.
5. Запишите значение фокусного расстояния рассеивающей линзы и относительной погрешности его измерения в виде: .

 Таблица измерений и вычислений

Контрольные вопросы

1. Каким образом определялось расстояние до мнимого изображения при выполнении задания?
2. Очки имеют оптическую силу D = -2,5 дптр . Какие это очки? Какой дефект они исправляют?
3. Может ли двояковыпуклая линза быть рассеивающей? Ответ обоснуйте.

Выводы

Суперзадание

Определите оптическую силу двух тонких линз, оптические силы которых D₁ и D₂, если сложить их вместе. Ответ обоснуйте.