Описание прибора

Прибор (рис. 30) состоит из осветителя, экрана и набора линз. В корпус осветителя 1 вставляется электролампа 3 на 12 В, отцентрировать которую, т.е. добиться чёткого изображения луча на экране, можно с помощью винта 4.

Рис. 30

В нижней части корпуса закреплены однолинзовый конденсатор 5 и светофильтр 6. Обойма 8 в верхней части имеет пять щелей для формирования луча. Система зеркал, состоящая из четырёх неподвижных 9 и четырёх вращающихся 10 зеркал, даёт возможность перемещать луч по экрану. В нижней части обоймы имеется поворотная заслонка 11, предназначенная для перекрытия центрального луча.

Корпус осветителя соединён шаровым шарниром с рычагом, позволяющим установить осветитель так, чтобы все пять лучей проходили по всей плоскости экрана. Лучи света, выходя из конденсаторной линзы, проходят через щели и, отражаясь от зеркал, дают пять узких лучей, которые вращением зеркал можно направить по экрану либо параллельно друг другу, либо под углами в любом направлении.

Если требуется только один средний луч, то зеркала поворачивают на 90⁰. Если требуются только два или четыре боковых луча, то средний луч закрывают поворотом заслонки 11.

Установка линзы на экране достигается с помощью прижимных пружин.

Проведение измерений и обработка результатов

1. Определение фокусного расстояния собирающей линзы

Способ 1. Фокусное расстояние такой линзы можно определить исходя из формулы линзы (1). Измерив расстояния f и d, вычисляем по формуле

. (2)

Поместив экран на большом расстоянии от осветителя и сетки (предмета), ставят линзу между сеткой и экраном. Перемещая линзу вдоль скамьи, получают чёткое изображение предмета на экране. Затем по линейке, расположенной у основания оптической скамьи, отсчитывают расстояния f и d. По формуле (2) находят F. При фиксированных положениях предмета и экрана измерения выполняют несколько раз, причём часть измерений выполняют при увеличенном изображении, а часть – при уменьшенном. Затем изменяют расстояние между сеткой и экраном и вновь повторяют измерения. Находят среднее значение F.

Способ 2. Линейным поперечным увеличением линзы Г называется отношение величины изображения у^/ к величине предмета у:

, (3)

причём, как следует из подобия треугольников на рис. 25,а:

. (4)

Поэтому из формул (2) и (4) получаем

. (5)

Измерения проводить так же, как и при первом способе, при этом необходимо измерить у – отрезок на сетке, его изображение у^/ на экране и расстояние f. По формуле (5) найти F. Сравнить результаты, полученные первым и вторым способами.

2. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы

Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы затрудняется тем, что изображение предмета получается мнимым (при действительном источнике, см. рис. 29,б). Эту трудность легко исключить, если использовать действительное изображение предмета, полученное с помощью собирающей линзы, в качестве предмета для рассеивающей. Если на пути лучей, выходящих из S и сходящихся в точке S₁ (рис. 31) после преломления в собирающей линзе В, поставить рассеивающую линзу С так, чтобы CS₁ было меньше фокусного расстояния линзы С, то действительное изображение S переместится в S₂. В силу принципа взаимности точку S₂ можно рассматривать как источник, а S₁ – как его мнимое изображение после прохождения через линзу С. Тогда, определив расстояния и и учтя, что F<0 и a₂<0, из формулы (1) определяем

. (6)

Рис. 31

Затем с помощью собирающей линзы В получить на экране отчётливое изображение сетки – это будет точка S. После этого между экраном и линзой В поместить рассеивающую линзу и, перемещая экран, добиться отчётливого изображения сетки на нём (определить точку S₂). Определив по линейке а₁ и а₂, по формуле (6) вычислить F.