Летающий спутник

Летающий спутник

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Лабораторные работы по физике Исследование упругих и тепловых свойств воздуха. Изучение явления электропроводности Электромагнитные волны Интерференция Явление дифракции Ядерная модель атома Атомное ядро.

Лабораторные работы по физике

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ СОБИРАЮЩЕЙ И РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗ

Цель работы: определить оптическую силу собирающей и рассеивающей линз.

Оборудование: оптическая скамья, осветитель, собирающая и рассеивающая линзы.

Основание к допуску

Иметь конспект работы.

Знать, что такое собирающая и рассеивающая линзы, оптический центр линзы, фокусное расстояние, формула линзы и порядок выполнения работы.

Краткая теория

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное с обеих сторон сферическими поверхностями, или с одной стороны сферической поверхностью, а с другой – плоскостью. Материалом для линз служат стекло, кварц, кристаллы, пластмассы и т. п.

Тонкой называется линза, толщина которой значительно меньше радиусов, ограничивающих ее сферические поверхности. Линза, которая в середине толще, чем у краев, называется выпуклой линзой (рис. 1). Линза, которая у краев толще, чем в середине, называется вогнутой линзой.

В оптических приборах применяются линзы со сферическими поверхностями следующей формы (рис. 1): 1 – двояковыпуклая, 2- плосковыпуклая, 3 – вогнуто-выпуклая (радиус выпуклой поверхности меньше, чем радиус вогнутой); 4 – двояковогнутая, 5 – плосковогнутая, 6 - выпукло-вогнутая (радиус вогнутой поверхности меньше, чем радиус выпуклой). Вогнуто-выпуклая и выпукло-вогнутая линзы называются менисковыми и применяются, например в очках.

Рис. 1.

Рис. 2.

Если R1 и R2 – радиусы кривизны сферических поверхностей ограничивающих линзу, то прямая С1С2, проходящая через центры С1 и С2 сферических поверхностей линзы, называется главной оптической осью линзы (рис. 2). Для всякой линзы существует точка О, называемая оптическим центром линзы, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи, проходящие через нее, не преломляются. Она лежит на пересечении главной оптической оси со средним сечением NN' линзы. Любая прямая РР', проходящая под углом к главной оси через оптический центр линзы, называется побочной оптической осью.

Линзу можно представить как совокупность множества призм (рис. 3). Тогда становится очевидным, что выпуклая линза отклоняет лучи к оптической оси, а вогнутая – от оптической оси. Поэтому выпуклая линза называется собирающей (линзы 1,2,3 - рис.1), а вогнутая – рассеивающей (линзы 4,5,6 - рис.1).

а) б)

Рис.3.

Рис.4.

В воздухе или вакууме все лучи, параллельные главной оптической оси выпуклой линзы, после прохождения через нее собираются в точке F на главной оптической оси (рис. 4), которая называется главным фокусом линзы, а расстояние OF = F – главным фокусным расстоянием линзы.

Рис.5

В воздухе или вакууме все лучи, параллельные главной оптической оси вогнутой линзы, отклоняются от оптической оси. Продолжения лучей в противоположную сторону сходятся в точке F на главной оптической оси (рис. 5). Эта точка называется главным фокусом рассеивающей линзы. Он мнимый, так как в действительности лучи света в нем не собираются.

Для построения изображения каждой точки предмета необходимо взять минимум два луча: 1 – луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через фокус; 2 – луч, проходящий через оптический центр, не преломляется (рис. 6).

Связь между расстояниями от оптического центра линзы до предмета АО = d и изображения ОА' = f, и ее главным фокусным расстоянием F определяется формулой линзы 

. (1.1)

Решая уравнение относительно главного фокусного расстояния, получим

. (1.2)

Величины d и f определяются на основе оптических измерений согласно оптической схеме рис. 6.

Рис.6

Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы:

,  , (1.3)

где R1 и R2 – радиусы кривизны линзы, N- относительный оптический показатель преломления, n1 – абсолютный показатель преломления среды, n2 – абсолютный показатель преломления вещества линзы.

Оптическая сила выражается в диоптриях (дптр), 1 дптр = 1/м. Рассеивающие линзы дают мнимое изображение. Их фокусное расстояние и оптическая сила – величины отрицательные.

. (1.4)

Потому вышеуказанный способ определения фокусных расстояний для них непригоден. В таких случаях собирают оптическую систему из двух линз – собирающую с фокусным расстоянием FС и рассеивающую с фокусным расстоянием FP, причем FС<FР. Такая комбинация будет выполнять роль собирающей линзы с главным фокусным расстоянием FСИСТ, определяемым по формуле:

, (1.5)

Отсюда следует:

DСИСТ = DC + DP , (1.6)

DP = DСИСТ - DC ,  . (1.7)

Построение изображения предмета в линзах осуществляется с помощью следующих характерных лучей (они выбраны потому, что направления их прохождения через линзу мы заведомо знаем) (рис. 7):

ВО – луча, проходящего через оптический центр линзы и не меняющего своего направления распространения;

ВК – луча, идущего параллельно главной оптической оси и после преломления в линзе проходящего через фокус;

любого луча, идущего через фокус линзы; после преломления в линзе он идет параллельно главной оптической оси.

В качестве примеров на рис. 7 приведено построение изображений в собирающей и рассеивающей линзах.

Рис. 7. Построение изображения в линзах:

а) собирающая линза, б) рассеивающая линза

Отношение линейных размеров изображения (CD) и предмета (AB) называется линейным увеличением линзы и определяется соотношением:

, где CD=H, AB=h.

Линзы широко используются в науке, в технике и народном хозяйстве. Они входят в состав разнообразных оптических приборов: спектроскопов, рефрактометров, поляризационных сахариметров, микроскопов, которые и используются для анализа сырья и готовых продуктов в лабораториях. Знание параметров линз и законов геометрической оптики необходимо при работе с этими приборами. В пищевых производствах к неразрушающим методам контроля бутылок относится фотоэлектрический метод. В устройствах основанных на фотоэлектрическом методе, световые лучи, пройдя через проверяемую бутылку и собирающую систему, состоящую из линз, направляются на блок фотоэлементов, при этом бракуется стеклотара с трещинами, посторонними включениями, грязью.

Экспериментальная часть

На оптической скамье установите собирающую линзу. Перемещая линзу, на экране добейтесь четкого увеличенного изображения предмета (предмет располагается на расстоянии, большем фокусного расстояния) и измерьте расстояние d и f.

По формуле (1.2) рассчитайте значение фокусного расстояния линзы.

Перемещая линзу, получите на экране четкое уменьшенное изображение предмета, измерьте расстояния d и f.

Измерив d и f, рассчитайте фокусное расстояние линзы по (1.2).

Определите по полученным данным среднее значение фокусного расстояния и рассчитайте по формуле (1.3) оптическую силу собирающей линзы.

Вместе с собирающей установите рассеивающую линзу, получив систему линз, и повторите те же измерения и расчеты, что и с собирающей линзой (по формулам 1.2 и 1.3).

Рассчитайте оптическую силу и фокусное расстояние рассеивающей линзы по формулам (1.7).

Результаты измерений и расчеты занесите в таблицу 1.

Таблица 1

Изображение предмета

d, м

f, м

F, м

FСР, м

D, дптр

Собирающая линза:

а) увеличенное

б) уменьшенное

Система линз:

а) увеличенное

б) уменьшенное

Основание к зачету

Иметь окончательно оформленный отчет.

Ответить на вопросы:

Что называется линзой, главной оптической осью, фокусом линзы? Где он находится?

Как записывается формула линзы?

Что называется оптической силой линзы? Единица измерения.

Построение изображения предметов в линзе (все случаи).

Зависит ли фокусное расстояние линзы от среды, в которой она находится?

Какое практическое применение находят линзы?


Лабораторные работы по физике, лекции и конспекты