Оптика (3 семестр) / ЛР1_оптика

Цель работы: определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз исходя из результатов измерений расстояний от исследуе-мых линз до предмета и его изображения

Общие сведения

Фокусным расстоянием тонкой линзы называют расстояние между оптическим центром линзы и её главным фокусом, т. е. точкой, лежащей на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления в линзе световые лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

Главной оптической осью называют прямую, проходящую через центр кривизны обеих сферических поверхностей, ограничивающих линзу

Элементарная теория оптических стекол приводит к простым соотношениям между фокусным расстоянием F линзы, расстоянием d от линзы до предмета, расстоянием f от линзы до изображения предмета, относительным показателем преломления n материала линзы и радиусами кривизны r1 и r2 сферических поверхностей линзы. Для тонкой линзы (толщиной которой по сравнени с r1 и r2 можно пренебречь) справедливы следующие соотношения:

Для решения сложных оптических задач применяют системы, состоящие из нескольких линз, например телеобъективы, телескопы, микроскопы и т.п.

Расчет хода лучей и параметров таких систем более сложен, чем для отдельных линз, но и в этом случае элементарный расчет происходит по формуле (1.1) с учетом характеристик отдельных оптических компонентов системы.

Экспериментальное определение фокусного расстояния линзы может быть проведено различными способами. Наиболее простой из них для собирающей линзы заключается в получении с помощью исследуемой линзы действительного изображения удаленного предмета на экране. Предполагая, что лучи от удаленного светящегося объекта падают на линзу параллельным пучком, можно принять расстояние между собирающей линзой и изображением светящегося предмета равным фокусному расстоянию линзы. Ошибка будет тем меньше, чем дальше от линзы будет находиться предмет.

Для определения фокусных расстояний аналогичных линз существует ещё ряд способов. В данной работе применяются два из них:

Вопросы:

1) Что называется главной оптической осью линзы, оптическим центром линзы, главным фокусом линзы, фокусным расстоянием тонкой линзы?

Главной оптической осью линзы называют прямую, проходящую через центры кривизны сферических поверхностей, ограничивающих линзу.

Оптический центр (О) – место пересечения главной оптической оси с линзой. Луч прошедший сквозь оптический центр, не преломляется.

Главный фокус линзы (F) – точка, размещенная на главной оптической оси, в ней пересекаются либо лучи, либо же их продления.

Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса, называется фокусным расстоянием.

16) Всегда ли линзы, у которых поверхности выпуклые, являются собирающими. А линзы, поверхности которых вогнутые, - рассеивающие?

Нет, поскольку свойства линзы зависят от отношения коэффициентов преломления среды и линзы.

Протокол наблюдения:

Определение фокусного расстояния собирающей линзы

Определение фокусного расстояния по расстояниям от предмета до его изображения

Определение фокусного расстояния F рассеивающей линзы по расстояним от этой линзы до изображения предмета

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы мы приобрели навыки определения фокусных расстояний собирающей и рассеиваюей линз при помощи измерения расстояния от исследуемых линз до предмета и его изображения. Получили результаты:

F1=(107±1) мм, F2=(87±1) мм, F3=(48±7) мм

Вопросы на защиту:

1. Какая линза называется тонкой? Основные характеристики линзы: фокус(главный и побочный), оптический центр линзы, оптическая ось( главная и побочные)

Тонкая линза — линза, толщина d (расстояние между наружными точками сфер) которой мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей d <<R1 и R2

Между фокусом и двойным фокусом

В двойном фокусе

3. Какой из двух способов определения фокусного расстояния собирающей линзы, используемых в данной работе, более точный и почему?

Наиболее точен способ определения путем измерения расстояния L между предметом и изображением до расстояния l между уменьшенным и увеличенным изображениями предмета. Этот способ, в отличие от других способов определения фокусного расстояния, применим как для тонких, так и для толстых линз, поскольку не требует знания положения оптического центра линзы. Поэтому данный способ определения фокусного расстояния линзы более предпочтителен.

4. Показать, что определение фокусного расстояния собирающей линзы по величине ее перемещения возможно, если расстояние L между предметом и экраном удовлетворяет условию L>4F

5. Сделайте подробный чертеж, изобразите ход лучей и объясните как строится изображение для системы двух линз: собирающей и рассеивающей, которая была использована в данной лабораторной работе

Параллельные лучи 1 и 2 падают на собирающую линнзу. После преломления собираются в точке S (фокусе собирающей линзы). Падая на рассеивающую линзу, лучи преломляются в рассеивающей линзе так, что продолжения этих лучей проходят через точки пересечения К 1 и К 2 соответствующих побочных осей О 1 О 1 и О 2 О 2 с фокальной плоскостью РР рассеивающей линзы. Изображение S ´ находится в точке пересечения продолжений вышедших лучей 1 и 2 с главной оптической осью NN на расстоянии f 2 от рассеивающей линзы