Лабораторный практикум по физике оптика

перпендикуляре, опущенном из любой точки окружности на диаметр (2C ), имеем

Рис. 4. Общий вид установки

20

откуда после очевидных преобразований получаем формулу (15).

Рис. 5.

Измерение высоты сферического сегмента ( AB = h) производится следующим образом. На измерительное колльцо K осторожно накладывают плоскую стеклянную пластинку, предварительно с помощью рычага арретира (в ) отведя измерительный стержень вниз. Рычаг опускают, и стержень, плавно поднимаясь, приходит в соприкосновение с пластиной. Затем с помощью микроскопа производят отсчет по шкале. Для повышения точности измерений их повторяют 5 раз и вычисляют

среднее из полученных отсчетов a .

Далее на кольцо помещают линзу сферической поверхностью. Аналогичным образом производят 5 измерений и

по ним находят среднее значение b. Разность двух средних

значений (a -b) дает величину стрелки AB = h.

Далее по формуле (15) рассчитывается радиус кривизны линзы R. Значение R в миллиметрах следует округлить до целых.

21

тысячных долей миллиметра и одиннадцать двойных витков спирали (рис. 6). Чтобы произвести отсчет, необходимо предварительно маховичком C (рис. 4) подвести двойной виток спирали так, чтобы миллиметровый штрих, находящийся в зоне двойных витков, оказался точно посередине шкалы десятых долей миллиметра. В данном случае число десятых долей миллиметра будет обозначено цифрой 2. Это номер штриха вертикальной шкалы, стоящего перед миллиметровым штрихом 12. Сотые и тысячные доли миллиметра отсчитываются по круговой шкале, указателем отсчета по которой служит стрелка; цена деления круговой шкалы 0,001 мм. Окончательный отсчет будет 12,272 мм.

При измерениях рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1.Отвести арретиром измерительный стержень вниз и положить на кольцо плоскую стеклянную пластинку.

2.Произвести по микроскопу 5 отсчетов a и найти среднее

a .

3.Заменить пластинку линзой.

4.Произвести отсчеты b для сферической поверхности и

найти среднее b.

5. По формуле (15) рассчитать радиус кривизны линзы R, округлить его до миллиметров и занести в таблицу 2.

22

6.По данным таблиц 1 и 2 рассчитать с помощью формулы

(13)показатель преломления стекла линзы.

7.По формуле

Контрольные вопросы

1.В чем состоит основная задача геометрической оптики?

2.Какие закономерности оптических явлений лежат в основе геометрической оптики?

3.Какие лучи называются параксиальными?

4.Как определяется положение оптического центра линзы?

5.Сколько всего оптических осей у линзы? Сколько фокусов?

6.Чем отличается действительное изображение, даваемое

линзой, от мнимого? Дать построение. Где получится

23

изображение, если предмет расположить на расстоянии от линзы, равном фокусному?

7.Что называется оптической силой линзы и в каких единицах она измеряется?

8.Где оптическая сила линзы больше – в воздухе или в воде? Во сколько раз?

9.При каких условиях собирающая линза сделается рассеивающей?

10.Как вывести формулу (15) ?

11.Почему при работе со сферометром не принимаются поправки на измерения?

12.Вывести формулу (16).

13.Какие правила техники безопасности следует соблюдать при выполнении данной работы?

24

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА.

Цель работы

Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа.

Основы теории

Если смотреть на предмет, находящийся под стеклянной пластинкой, то вследствие преломления света в стекле он кажется находящимся несколько выше, чем в действительности.

Пусть под пластинкой находится какая-то метка (например, светящаяся точка S ), из которой выходят лучи и падают в глаз, находящийся над пластинкой (рис. 1).

Рис. 1

25

На границе стекло-воздух лучи преломляются. Причем:

1.Преломленный луч лежит в той же плоскости, что и падающий луч, а также перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения луча.

2.Отношение синуса угла падения ϕ к синусу угла

преломления ψ для двух данных сред есть величина постоянная, равная отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды (отсчет сред берется по ходу луча)

sinϕ = nв ; sinψ nст

nв = 1;

продолжения лучей, выходящих из пластинки и падающих в глаз. Установим связь между показателем преломления стекла (

nст ), толщиной пластинки (d ) и кажущейся толщиной пластинки (h ). При этом будем предполагать, что глаз находится на той нормали к плоскости, которая проходит через точку S′ .

Рассмотрим ход луча SB, направленного под малым углом ϕ к нормали. Преломившись в точке B, луч выходит в воздух под углом ψ , определяемым из уравнения (1). Наблюдателю кажется, что рассматриваемый луч, а также и другие близкие к нормалям лучи исходят из точки S′ .

26

где d - толщина пластины; h - кажущаяся толщина.

Экспериментальная часть

Описание установки

Оптическая система микроскопа (рис. 2) состоит из объектива O1 и окуляра O2, оптические оси которых совпадают.

Предмет AB помещают перед объективом на расстоянии немного больше фокусного. Объектив дает действительное,

увеличенное и обратное изображение A1B1. Положение его

можно определить обычным способом - проводя из точки предмета один луч параллельно оптической оси (этот луч пройдя

линзу O1, получит направление на главный фокус F1), а второй

луч через оптический центр линзы (этот луч пройдя через линзу, не преломится).

Изображение, которое рассматривают через окуляр O2 -

A2B2 , называют мнимым, увеличенным и обратным по отношению к предмету AB.

Если расстояние между фокусами объектива и окуляра ( F1F2 ) обозначить δ , то увеличение объектива будет равно δ / F1, где F1 – фокусное расстояние объектива. Увеличение окуляра, как и у простой лупы, равно D/ F2 , где D - расстояние наилучшего зрения, F2 - фокусное расстояние окуляра.

27

k = δ D/(F1F2). Как объектив, так и окуляр представляют собой

сложные системы линз, назначение которых – обеспечить высокое качество изображения. В современных оптических микроскопах увеличение достигает 2500.

Рис. 2.

28