Задачи уирс

(Выполняется одна по указанию преподавателя)

(Для выполнения задач УИРС используется установка рис.6)

Для выполнения задачи УИРС студенту необходимо на основе предложенной литературы разработать методику проведения эксперимента и представить преподавателю. Получить необходимые для проведения экспериментов принадлежности и исследовать заданную погрешность оптической системы.

4. Изучение продольной сферической аберрации.

Итогом изучения продольной сферической аберрации служит построение графика зависимости продольной сферической аберрации от диаметра кольцевых зон диафрагм.

5. Изучение астигматизма линзы.

Итогом изучения астигматизма линз служит построение графика зависимости астигматических разностей от угла поворота.

6. Изучение продольной хроматической аберрации.

Итогом изучения продольной хроматической аберрации служит построение графика зависимости аберрации от длины волны пропускания светофильтра.

рис.6

S – источник света;

K – оправка для установки светофильтров;

D – рейтер для установки исследуемых линз;

L, L₁ – исследуемые линзы;

E – оправка для установки диафрагм;

Э – экран;

a – расстояние от линзы до предмета (источника света);

b – расстояние от линзы до изображения.

B – расстояние от источника света до экрана.

Контрольные вопросы

6. Какие бывают линзы? Из чего они изготавливаются?

7. Дайте определение оптического центра, оптической оси, фокальной плоскости и главных фокусов линзы. Начертите ход лучей в собирающей и рассеивающей линзах.

8. Что такое оптическая сила линзы? В каких единицах измеряется оптическая сила линзы?

9. При каких условиях система из собирающей и рассеивающей линзы будет давать действительное изображение?

10. В чем заключается явление хроматической аберрации, сферической аберрации?

11. Для каких лучей применима формула линзы?

12. Почему для увеличения глубины резкости фотографического объекта его нужно диафрагмировать?

13. Для какой цели применяются при фотографировании светофильтры?

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 478с.

2. Лабораторный практикум по физике: Учеб. пособие для студентов втузов /Ахматов А.С., Андреевский В.М., Кулаков А.И. и др.; Под ред. А.С. Ахматова. – М.: Высш. школа, 1980. – 360с., ил.

3. Физический практикум. Электричество и оптика /Под редакцией В.И. Ивероновой, ГИФМЛ, 1968. – 816с.

4. Кортнев А.В. Практикум по физике. /Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Кузнецов А.М.: – М: Высшая школа, 1963. – 516с.

5. Лекции.

Лабораторная работа №5 Определение показателя преломления с помощью рефрактометра

Цель работы: 1.Ознакомиться с методом определения показателя преломления вещества, основанном на явлении полного внутреннего отражения света.

2.Определить показатель преломления воды и глицерина.

3.Вычислить погрешность измерений.

Приборы и принадлежности: Рефрактометр ИФР-22; дистиллированная вода, глицерин.

Краткая теория

Основные законы оптики (Закон прямолинейного распространения света. Закон независимости световых пучков. Закон отражения. Закон преломления) известны еще с древних веков. Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян, которые в дальнейшем, по мере изобретения и усовершенствования различных оптических инструментов, развивались и трансформировались. В конце XVII в. на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света: корпускулярная (И.Ньютон) и волновая (Р.Гук и Х.Гюйгенс).

Из теории И.Ньютона следовало, что абсолютный показатель преломления определялся уравнением (1)

, (1)

где с – скорость распространения света в вакууме,

V – скорость распространения света в среде.

Данный результат привел к абсурду. Так как n в среде всегда больше единицы, то, по теории И.Ньютона, скорость распространения света в среде получилась больше скорости его распространения в вакууме.

Волновая теория, основывающаяся на принципе Гюйгенса, позволила получить результат (2) хорошо согласующийся с опытными результатами. Несмотря на признание волновой теории, она обладала целым рядом недостатков. Явления интерференции, дифракции и поляризации могли быть объяснены только в том случае, если световые волны считать поперечными.

(2)

Следующий этап развития представлений о природе света относится к периоду 70-90-х годов XIX в., когда Максвелл и Лоренц создали электромагнитную (3) и электронную (4) теории света.

(3)

(4)

Несмотря на огромный успех этих теорий, они были несколько противоречивы и при их применении возникали затруднения при объяснении многих оптических явлений.

Смелая гипотеза М.Планка позволила Эйнштейну в 1905г. создать квантовую теорию света, согласно которой свет испускается, распространяется и поглощается в виде потока световых квантов – фотонов, энергия которых определяется частотой световой волны, а масса

.

Все многообразие изученных свойств и законов распространения света, его взаимодействия с веществом в итоге привело к созданию современной корпускулярно–волновой теории света. Современная теория рассматривает свет как единство противоположных видов движения – корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного), принимая свет как единство дискретности и непрерывности.

Рефрактометры – приборы, позволяющие определить показатель преломления вещества по предельному углу преломления светового луча. Свет, проходя из вещества с меньшим коэффициентом преломления в вещество с большим коэффициентом преломления, приближается, к нормали. При прохождении луча света из вещества с большим коэффициентом преломления в вещество с меньшим коэффициентом преломления, он отклоняется от нормали. В этом случае существует такой угол падения,  при котором угол преломления , т.е. преломленный луч, становится скользящим.

При углах падения >i₀, луч будет полностью отражаться. Это явление получило название явления полного внутреннего отражения. Угол i₀ – называется предельным углом падения. Рассмотрим принцип действия рефрактометра, основной частью которого являются две прямоугольные призмы, между которыми помещается тонкий слой исследуемого раствора (рис.1). Луч света, попадая на грань AB из воздуха в стекло, отклоняется от нормали, так как показатель преломления призмы больше показателя преломления воздуха. Затем луч света OK падает на границу раздела AC призмы и исследуемого раствора, показатель преломления которого n. Следовательно, среди падающих лучей всегда найдется такой луч угол падения, которого равен предельному, и преломленный луч будет скользить по направлению AC. Математически это условие запишется так:

; .

рис.1

С другой стороны, (5)

для воздуха n₁=1, из геометрических соображений следует,

что i₀=,

где  – преломляющий угол призмы.

Значит, (6).

Если исключить из формулы (5) и (6) угол , тогда

,

или (7).

Из геометрических соображений следует, что вычисления по формуле (7) достаточно сложны. Поэтому на лимбах рефрактометра наносится шкала, непосредственно дающая коэффициент преломления исследуемого вещества: .

Описание прибора дано в руководстве пользования рефрактометром ИФР-22 [3].