Порядок выполнения работы

Порядок проведения измерений:

1. Включите источник питания и вольтметр. Установите на мультиметре предел измерений 20 В.

2. Установите входную и выходную щели 0,25 мм в положении I.

3. Подождите не менее 5 минут для стабилизации теплового режима приемника излучения.

4. Произведите калибровку оптической системы. Для этого следует при пустом тубусе кюветного отделения снять зависимость показаний мультиметра (U₀) от длины волны λ в диапазоне длин волн от 370 нм до 830 нм с шагом 5 нм. При необходимости переключайте пределы измерения мультиметра (20 В, 2 В, 200 мВ).

5. Поместите в тубус кюветного отделения поочередно прилагаемые светофильтры и снимите соответствующие зависимости показаний мультиметра (U₁) от λ для каждого светофильтра в том же диапазоне длин волн (длину волны рекомендуется устанавливать с тем же шагом, что и в п.4).

6. Выключите источник питания и мультиметр.

7. Если измеренное вольтметром напряжение составляют менее 0,1 В, рекомендуется установить щели большей ширины или снять щель перед источником излучения.

8. При больших световых потоках возможна перегрузка приемника излучения. При этом включается красный мигающий индикатор перегрузки и раздается звуковой сигнал. В этом случае рекомендуется уменьшить мощность источника излучения, переведя переключатель на блоке обработки сигнала в положение 0.

9. Приемник излучения и блок обработки сигнала чувствительны к воздействию сильного переменного электромагнитного поля, поэтому не рекомендуется располагать РМС поблизости от радиопередающих устройств (в частности, мобильных телефонов) — это может вызвать ошибки в измерениях.

10. Постройте графики зависимости коэффициента пропускания светофильтра излучения от длины волны I(λ):

.

11. Сделайте соответствующие физические выводы, охарактеризуйте цвет фильтра по полученной для него спектральной характеристике.

12. В качестве дополнительного задания предлагается рассчитать и построить графики зависимости коэффициента поглощения и оптической плотности от длины волны. Для упрощения расчетов потери на отражение на входной и выходной гранях светофильтра предлагается принять равными ~3% и не зависящими от длины волны. Толщину светофильтра принять равной 2 мм.

Литература:

1. Ландсберг Г.С. Оптика: Учеб. пособ. для вузов.– 5-изд., перераб. и доп.. – М.:Наука, 1976.–929 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособ. для вузов.– 6-изд., стереотип. – М:Высш. шк., 1999. – 544 с.

3. Калитеевский Н.И. Волновая оптика: Учеб. пособ. для вузов.– 3-изд., перераб. идоп.. – М.: Высш. шк., 1995. – 463 с.

4. Лебедева В.В. Экспериментальная оптика: Оптические материалы. Источники,приемники, фильтрация оптического излучения: Учеб. для вузов. – М., Изд-воМоск. ун-та, 1994. – 364 с.

5. Цветное оптическое стекло и особые стекла. Каталог. Под. ред Г.Т.Петровского. – М.: Дом оптики, 1990. – 227 с.

Лабораторная работа №6

РМС 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ЛИНЗ МЕТОДОМ БЕССЕЛЯ

Цель работы – определение фокусных расстояний положительной и отрицательной линз методом Бесселя

Общие сведения

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными или криволинейной и плоской поверхностями. Обычно применяют линзы, поверхности которых имеют сферическую форму. Основные типы линз изображены на рис.1.

На рисунке 1 представлены собирающие линзы (1 – двояковыпуклая, 2 – плосковыпуклая, 3 – вогнуто-выпуклая (положительный мениск)) и рассеивающие – (4 –двояковогнутая, 5 – плосковогнутая, 6 – выпукло-вогнутая (отрицательный мениск)).

Различают тонкие и толстые линзы. Линза называется тонкой, если её толщиной можно пренебречь по сравнению с радиусами кривизны её поверхностей.

Система, состоящая из одной или нескольких линз, называется центрированной, если центры кривизны всех её преломляющих поверхностей лежат на одной прямой, называемой оптической осью.

Вспомним основные свойства центрированной системы на примере толстой двояковыпуклой стеклянной линзы, находящейся в воздухе.

Лучи, проходящие через первый главный фокус F₁, выходят с другой стороны линзы пучком, параллельным главной оптической оси ОО' (рис. 2).

Рис. 2. Прохождение лучей, сходящихся в первом главном фокусе F₁, через двояковыпуклую линзу

Главный фокус находится на расстоянии –f₁ от первой главной плоскости Н₁ которая определяется как геометрическое место точек пересечения падающих лучей с их продолжениями за линзой. Здесь и далее всем расстояниям, отсчитываемым против хода лучей, приписывается знак "–" (правило знаков).

Пучок лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси, сходится во втором главном фокусе F₂, отстоящем на расстоянии f₂ от второй главной плоскости Н₂

Рис. 2. Прохождение пучка лучей, параллельного оптической оси, через двояковыпуклую линзу

Если по обе стороны от линзы находится одна и та же среда, фокусные расстояния совпадают: f₁ = f₂ = f. Величина D = 1/f называется оптической силой линзы.

Собирающая линза сводит лучи, параллельные оптической оси в действительном фокусе f > 0, (рис. 2'), и имеет положительную оптическую силу.

Рис. 3. Прохождение пучка лучей, параллельного оптической оси, через рассеивающую линзу

Оптическая сила рассеивающей линзы отрицательна, так как для неё точка схождения параллельных лучей мнимая f < 0 (рис. 3).

Для тонкой линзы можно считать, что точки пересечения поверхностей с оптической осью сливаются в одну точку, называемую оптическим центром, а главные плоскости H₁, H₂ – в одну плоскость, проходящую через оптический центр линзы перпендикулярно её главной оптической оси.

Если светящийся предмет – небольшой отрезок, перпендикулярный к оптической оси, то его изображение, полученное с помощью параксиальных (приосевых) лучей также имеет вид отрезка, перпендикулярного к оптической оси (рис. 4).

Рис. 4. Построение изображения в тонкой положительной линзе

Расстояния до предмета и до его изображения s и s', отсчитанные от оптического центра вдоль главной оптической оси и взятые с учётом правила знаков, подчиняются уравнению линзы (1):

, (1)

где f – фокусное расстояние линзы, s' – расстояние от линзы до изображения, s – расстояние от предмета до линзы.

Для тонкой собирающей линзы f можно рассчитать по этой формуле, получив действительное изображение предмета и измерив расстояния s и s'. Формула (1) справедлива и для толстой линзы. Однако воспользоваться ею для определения фокусного расстояния произвольной линзы затруднительно, поскольку все расстояния в случае толстых линз или оптических систем необходимо отсчитывать от соответствующих главных плоскостей (рис. 5). Главные плоскости могут лежать и внутри, и вне линзы, совершенно несимметрично относительно её сферических поверхностей, и их положение, как правило, неизвестно.

Рис. 5. Положение главных плоскостей для различных линз

Удобным методом определения фокусного расстояния является, используемый в данной работе метод Бесселя, который позволяет найти величину f, не зная положение главных плоскостей линзы.