ЛИНЗЫ Цель работы: Проверить выполнение формулы тонкой линзы и опытным путем определить оптические параметры собирающих и рассеивающих линз 1
ЛИНЗЫ Задания: • Экспериментально-расчетно-графическим путем проверить выполнение формулы тонкой линзы и определить оптические параметры собирающих и рассеивающих линз. • С учетом найденных численных значений оптических параметров построить в масштабе схемы хода лучей от предметов в собирающих и рассеивающих линзах. 2
ЛИНЗЫ Оборудование и принадлежности: • Оптическая скамья, стойки со сменными линзами, источники света, экраны, миллиметровые линейки, штангенциркуль, рассеивающие и собирающие линзы. • Установка для проверки формулы тонкой линзы. 3
Теоретическая часть 4 • Оптика – раздел физики, изучающий физические законы и закономерности, характеризующие оптические явления и процессы распространения света. • Оптика, как раздел физики, делится на три подраздела: геометрическую оптику; волновую оптику; квантовую оптику. • На основе использования двух законов геометрической оптики (закона прямолинейного распространения лучей света и закона преломления света) основана работа линз и призм.
5 Теоретическая часть ЛИНЗЫ Собирающие Двояко. Выпуклые Плосковыпуклые Рассеивающие Вогнутовыпуклые Двояковогнутые Плосковогнутые Выпукловогнутые
Геометрическая характеристика линз B S h K 1 D 1 F 2 P A K 2 F d S 1 B 1 F П 2 f 2 F П 4 D 2 A 1 H П 6 6 П 3 2 F П 1 П 7 П 5
Геометрическая характеристика линз При построении хода лучей через линзы и построении изображений предметов используются: • характерные точки; • характерные линии; • характерные плоскости. 6
Геометрическая характеристика линз 6 Характерные точки: Р полюс линзы, F 1; F 2 передний и задний фокусы, D 1; D 2 точки двойных фокусных расстояний, K 1; K 2 точки преломления лучей света в тонкой линзе, A; B крайние точки предмета, A 1; B 1 крайние точки изображения предмета, Характерные линии: F 1 PF 2 главная оптическая ось линзы, SPS 1 побочная оптическая ось, SK 1; S 1 K 2 параксиальные лучи, SK 1; SP; SK 2 падающие лучи, K 1 S 1; K 2 S 1; PS 1 преломленные лучи, AB; A 1 B 1 предмет и его изображение. Характерные плоскости: П 1 П 2 П 3 П 4 П 5 П 6 плоскость линзы (плоскость преломления лучей), передняя фокальная плоскость, задняя фокальная плоскость, передняя плоскость двойных фокусных расстояний, задняя плоскость двойных фокусных расстояний, плоскость предмета, П 7 плоскость изображений.
Оптические параметры линз 7 F фокусное расстояние, (F>0 – для собирающих линз), (F<0 – для рассеивающих линз), d расстояние от плоскости линзы до предмета, (d>0 или d<0), f расстояние от плоскости линзы до изображения, (f>0 – действительное изображение), (f<0 – мнимое изображение), D оптическая сила линзы (дптр), (D>0 – для собирающих линз), (D<0 – для рассеивающих линз), Г увеличение линзы, (Г>1 – увеличенное изображение), (Г<1 – уменьшенное изображение). Формула тонкой линзы (Формула И. Барроу) (1) (2) (3)
8 Изображения предметов По масштабам изображений Увелич. (Г>1) По положению изображений Уменьш Прямое (Г<1) (Г>0) Переверн. (Г<0) По реальности изображений Действ. (f>0) Мнимое (f<0)
Фокусное расстояние линзы (1) (2) (3) (4) 9
Схемы хода лучей B h D 1 F 2 P F 1 A 2 F d A 1 H F B 1 F f D 2 10
Схемы хода лучей В h A F 1 D 1 F 2 P A 1 D 2 H B 1 F F 2 F 2 F B D 1 h F 1 P F 2 D 2 A 1 A H d f B 1 10
Схемы хода лучей B h D 1 F 1 A F 2 P D 2 d=F f 1=+∞ f 2=-∞ B 1 H B A 1 F 1 h D 1 f A F 2 P d F F D 2 10
Методы и способы определения параметров линз Геометрико-аналитический метод определения параметров линз Экспериментальные методы определения параметров линз Метод оценки радиусов кривизны Способы параксиальных лучей Метод Барроу (основан на формуле тонкой линзы) Метод оценки увеличения линзы (Г) Способы апараксиальных лучей 11
Определение оптических параметров 12 способом параксиальных лучей Схема хода лучей в собирающей линзе и схема измерений представлена на рисунке: от удаленного источника Линза F 1 Экран F 2 P du d 0 f 2 f 1=F d=∞ Схема хода лучей в рассеивающей линзе и схема измерений представлена на рисунке: Э 1 Э 2 F 2 Р d 0 fu F fu. F du. F F 1 du от удаленного источника Л
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 13 от источника S Задание 1 Методом Барроу способом параксиальных лучей определить оптические параметры собирающей линзы. Схема измерений оптических параметров представлена на рисунке (схема 1 - способ 1). Л F 1 Э 1 F 2 S 1 Р d 0 d 1, 2=∞ Способ 1 а Результаты измерений занести в таблицу 1. Э 2 du f 2 f 1=F 1 Способ 1 б
П Р А К Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь 14 Задание 2 Методом Барроу способом Бесселя определить оптические параметры собирающей линзы. Схема измерений оптических параметров представлена на рисунке (схема 2 – способ 2). B’ B h K 1 D 1 A F 2 P A’ F 1 A 1 D 2 H 1 K 2 B 1 K 3 F d 3 2 F d 4 H 2 B 2 F f 3 2 F f 4 Способ 2 б Способ 2 а (3) (4) A 2 (6) (5) Результаты измерений занести в таблицу 1. (7) (8) (выбрать)
Практическая часть Исходные данные Формулы Фокусное расстояние 15 Таблица 1 Оптич. сила Способ d 0(мм) du(мм) - 1 а 1 1 б d 0= мм 2 2 а 2 б - d(мм) f(мм) Исходные Рабочие Fi(мм) D(дптр) Харка линзы
П Р А К Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь 16 Порядок выполнения работы (задание 1) 1. Собрать лабораторную установку (оптическую скамью) в соответствии со схемой измерения (схема 1, способ 1). 2. Включить источник света (лампу накаливания). 3. Разместить собирающую линзу на достаточно большом расстоянии от линзы (d>1 м; принять d≈∞). 4. Перемещением экрана относительно линзы добиться четкого и ясного изображения нити накаливания на экране (способ 1 а). 5. С помощью линейки или мерной ленты измерить f 1=F 1= значения в табл. 1. 6. Разместить экран ближе к линзе так, чтобы получить на нем увеличенное светлое пятно с диаметром du<d 0 (способ 1 б). 7. В соответствии со схемой 1 (способом 1 б) измерить диаметр линзы d 0, расстояние fu=f 2 от экрана до линзы и размер светового пятна du. 8. По формуле тонкой линзы рассчитать фокусное расстояние F и оптическую силу D линзы, а также их средние значения. Результаты вычислений занести в табл. 1. 9. Провести анализ полученных результатов и сформулировать выводы. и записать
П Р А К Т И Ч Е К А Я Ч А С Т Ь 17 Порядок выполнения работы (задание 2) 1. Собрать лабораторную установку (оптическую скамью) в соответствии со схемой измерения (схема 2, способ 2). 2. Включить источник света (лампу накаливания). 3. Разместить собирающую линзу дальше от источника света в соответствии со схемой 2 (способ 2 а). 4. Перемещением экрана относительно линзы добиться четкого изображения нити АВ накаливания на экране А 1 В 1 (способ 2 а). 5. С помощью линейки или мерной ленты измерить расстояния d 3 и f 3. Результаты измерений занести в табл. 1. 6. Не изменяя положения экрана и предмета (нити накаливания лампы) перемещением линзы ближе к предмету (лампе накаливания) добиться четкого и ясного изображения А 2 В 2 предмета А'В‘ (нити накаливания) – способ 2 б. 7. С помощью линейки или мерной ленты измерить расстояния d 4 и f 4 (способ 2 б). Результаты измерений занести в табл. 1. 8. По формуле тонко линзы (метод Барроу, способ Бесселя) рассчитать фокусное расстояние F и оптическую силу D линзы, а также их средние значения. Результаты вычислений занести в табл. 1. 9. Провести анализ полученных результатов и сформулировать выводы. и ясного
П Р А К Т И Ч Е С К А Я Ч А С Т Ь 18 Порядок выполнения работы (задание 3) 1. На основе результатов вычислений четырех значений фокусного расстояния F линзы (табл. 1. ) рассчитать среднее значение и оптическую силу линзы D. Результаты вычислений занести в табл. 1. 2. С учетом полученных численных значений фокусного расстояния F, двойного фокусного расстояния 2 F, диаметра d 0 линзы и других параметров (табл. 1) построить в условном масштабе схемы хода лучей (см. слайд 10), через линзу (схемы 1 – 6 ) для разных вариантов расположения линзы, предметов и изображений. 3. Провести анализ полученных результатов, вычислить погрешности (ΔF; δF; ΔD; δD) и сформулировать выводы. В табл. 1 дать общую характеристику исследованной линзе.
ВЫВОДЫ 19 1. Экспериментально-расчетным путем методом Барроу способом параксиальных падающих лучей с учетом фокусировки удаленного источника света d≈∞ (f ≈ F) для собирающей линзы (d 0= ; F>0) найдены два значения фокусного расстояния (F 1= ; F 2= ; = ) Погрешности определения фокусного расстояния относительно среднего значения не превышают δF 1 ≤ %; δF 2 ≤ %. 2. Опытным и расчетным путем методом Барроу способом Бесселя, основанными на формуле тонкой линзы ( ) , для собирающей линзы (d 0= мм; F>0) в условиях получения уменьшенного (d>f; Г<1) и увеличенного (d<f; Г>1) изображения предмета (нити накаливания) определены численные значения фокусного расстояния (F 3= ; F 4= ; = ). Погрешности определения фокусного расстояния собирающей линзы способом Бесселя не превышают δF 3≤ %; δF 4≤ %. 3. Экспериментально-расчетным путем методом Барроу для собирающей линзы (d 0= мм; F>0) доказано выполнение формулы тонкой линзы ( ) с погрешностью, не превышающей δF 34≤ %. 4. Средние значения фокусного расстояния проведенных экспериментов, составляют двояковыпуклая). 5. Для собирающей линзы (d 0= мм; F>0) опытным путем способом параксиальных падающих лучей (d=∞) и способом Бесселя (d<∞) определены средние численные значения фокусных расстояний ( 12 = ; 34= ), которые отличаются от среднего значения на величины погрешностей, не превышающих δF 34≤ %; δF 12≤ %. Более точным способом оказался способ _________________. и оптической силы линзы D, найденные на основе = мм, D=+ дптр (линза собирающая (F>0),
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию ЛИНЗЫ Цель работы Проверить выполнение формулы тонкой линзы
ЛИНЗЫ(ИСПРАВЛЕН).ppt