Описание установки
Опыты по определению фокусных расстояний линз производятся на оптической скамье. На оптической скамье размещены стойка с осветителем 1, стойка с предметом 2, стойка с линзой 3 и стойка с экраном 4 (рис. 8). Стойки снабжены указателями и могут перемещаться по скамье. На рельсе оптической скамьи закреплена миллиметровая линейка. Резкость изображения предмета (слайда) наводится перемещением линз или экрана.
Работа состоит из двух упражнений. В первом упражнении определяют фокусное расстояние собирающей линзы, во втором – рассеивающей линзы.
Целью настоящей работы является определение фокусных расстояний вначале собирательной, а затем рассеивающей линзы выше рассматриваемыми способами.
Упражнение 1
Определение главного фокусного расстояния собирающей линзы
Установить на оптической скамье собирающую линзу в последовательности, показанной на рис. 6. Включить осветитель.
Установить экран на расстоянии 60 – 70 см от предмета. Перемещая линзу, найти два таких положения линзы, при которых наблюдаются отчётливые увеличенное и уменьшенное изображения предмета.
По линейке оптической скамьи определить расстояние h между предметом и экраном и записать его в таблицу 1.
Перемещая линзу, получить на экране увеличенное изображение предмета и по указателю стойки с линзой отсчитать 1-е положение линзы ℓ1 по линейке оптической скамьи. Занести измеренный результат в таблицу 1.
Перемещая линзу, получить на экране уменьшенное изображение предмета. Отсчитать 2-е положение линзы ℓ2 и занести в таблицу 1. Найти перемещение линзы ℓ = ℓ2 - ℓ1 и записать значение ℓ в таблицу 1.
Изменить расстояние между предметом и экраном h на 10 см и повторить измерения по п.п. 3 -5, результаты измерения занести в таблицу 1. Сделать не менее трёх измерений при различных значениях h.
По формуле (3) найти главное фокусное расстояние линзы. Результаты вычислений занести в таблицу 1. Из полученных значений найти среднее фокусное расстояние и вычислить среднюю относительную и абсолютную погрешности. Результаты всех вычислений занести в таблицу 1.
Таблица 1
№ опыта |
Расстояние между предметом и экраном h, см |
Первое положение линзы ℓ1, см |
Второе положение линзы ℓ2, см |
Перемещение линзы ℓ = ℓ2 - ℓ1, см |
f, см |
, см |
см |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
| |||
3 |
|
|
|
|
|
Относительная погрешность , гдеиопределяются точностью измерительной линейки, в данном случае их можновзять равным 0,5 мм.
Абсолютная погрешность .
Окончательный результат: (см)
УПРАЖНЕНИЕ 2
Определение главного фокусного расстояния рассеивающей линзы
Поставить на оптическую скамью стойку с рассеивающей линзой между собирающей линзой и экраном. Экран установить как можно дальше от линз, то есть в конце оптической скамьи.
Передвигая собирающую линзу L1 , получить на экране отчетливое изображение предмета и по указателям стоек отсчитать положения рассеивающей линзы ℓ и экрана S1 (рис. 5). Вычислить расстояние между этими положениями а = S1 - ℓ и записать в таблицу 2.
Записать положение рассеивающей линзы ℓ. Убрать рассеивающую линзу L2 , передвинуть экран к собирающей линзе так, чтобы на экране снова появилось отчетливое изображение предмета. Отсчитать второе положение экрана S2. Найти разность между положением экрана S2 и положением, где находилось рассеивающая линза ℓ, равную b = S2 - ℓ. Значение ℓ записать в табл. 2.
Поставить на оптическую скамью рассеивающую линзу. Передвинуть на 5 см собирающую линзу. Повторить в новых условиях измерения по п.п. 1-3. Всего должно быть проведено измерений не менее трёх раз.
По формуле (4) вычислить фокусное расстояние рассеивающей линзы. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2. Из полученных данных найти среднее значение и вычислить абсолютную и относительную погрешности. Результаты всех вычислений занести в табл. 2.
№ оп. |
Положение рассеиваю щей линзы ℓ, см |
1-ое положе ние экрана S1, см |
2-ое положе ние экрана S2, см |
а = S1-ℓ , см |
b=S2-ℓ, см |
f | |||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
| |||
3 |
|
|
|
|
|
|
Относительная погрешность , гдеопределяется точностью измерительной линейки, в данном случае её можновзять равным 0,5 мм.
Абсолютная погрешность .
Окончательный результат: (см)