Порядок выполнения работы

А. Измерения

1. Прочесть инструкцию на рабочем месте.

2. Убрать линзы из оптического тракта. Включить лазер. Проверить правильность установки лазера, решетки и экрана. При правильной установке центральное дифракционное пятно должно находится в центре экрана, и иметь круглую форму. Кроме того, при перемещении решетки вдоль оси на 20 см центральное пятно должно смещаться не более чем на 1мм.

3. Установить решётку и экран на расстоянии, указанном преподавателем и определить их координаты х и х' по шкале оптической скамьи.

4. Установить в тракт первую линзу и, перемещая её, найти координаты x₁ и х₂ положений, при которых линза сводит лучи на экране в увеличенное и уменьшенное пятно-изображение. Повторить измерение координаты каждого положения пять раз.

5. Установить в тракт вторую линзу. Произвести измерения п. 4 с системой, составленной из двух линз.

6. Вынуть обе линзы из обоймы и установить экран так, чтобы были отчётливо видны пятна между лучами основного яркого "креста". Для наблюдения явления дисторсии установить обойму для линз приблизительно посередине между решёткой и экраном (рис. 11)

Рис. 11. Ход лучей при наблюдении дисторсии

7. Помещая в тракт сначала одну линзу, затем обе линзы вместе, зарисовать в каждом случае структуру распределения световых пятен на экране (рис. 12).

Рис. 12. Распределение пятен на экране при подушкообразной и бочкообразной дисторсии

Б. Вычисления и анализ

1. Вычислить расстояние L по формуле (10):

, (10)

где х и х' – координаты решетки и экрана соответственно.

2. Найти средние значения координат x₁ и x₂ для первой линзы и системы линз и определить по ним расстояние А по формуле (11) в обоих случаях:

, (11)

где х₁ и х₂ – средние значения координат линзы при сведении лучей на экране.

3. Определить фокусные расстояния первой линзы и системы линз по формуле (7).

4. Рассчитать фокусное расстояние второй линзы по формуле (9а).

5. На основе сделанных зарисовок и рисунка 12 определить характер дисторсии для системы из двух линз и для каждой линзы в отдельности.

Лабораторная работа №7

РМС 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ И ПОЛОЖЕНИЯ ГЛАВНЫХ ПЛОСКОСТЕЙ ДВУХЛИНЗОВОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Цель работы – определение фокусных расстояний и положения главных плоскостей двухлинзовой оптической системы.

Общие сведения

Перед ознакомлением с данной лабораторной работой следует изучить описание к лабораторной работе 1, в котором приведены основные определения из курса геометрической оптики и свойства линзовой системы.

Настоящая работа использует метод отрезков для тонких линз, позволяющий определить фокусное расстояние положительной (рис.1) и отрицательной (рис.2) линз по формуле линзы (1):

, (1)

Рис. 1. Ход лучей в собирающей линзе

В случае с положительной линзой ее следует передвигать вдоль оптической скамьи для получения четкого изображения предмета (увеличенного или уменьшенного), после чего измеряются расстояния s' и s, позволяющие вычислить f по формуле (1). Определение фокусного расстояния отрицательной линзы затрудняется тем, что она всегда дает только мнимое изображение предмета (рис.2)

Рис. 2. Ход лучей в рассеивающей линзе

Для получения действительного изображения используется вспомогательная положительная линза. Сначала для положительной линзы получают четкое изображение источника на экране, измеряя расстояние s₁ от линзы до экрана, затем между положительной линзой и экраном помещают отрицательную линзу, передвигая тем самым действительное изображение на расстояние s₂ от положительной линзы до экрана, делая точку s₁ мнимым источником (рис. 3).

Рис. 3. Измерение фокусного расстояния отрицательной линзы

Измерение координат действительных изображений, получаемых до и после установки рассеивающей линзы, а также расстояния между линзами, позволяет определить длины отрезков s и s' и по формуле (1) рассчитать фокусное расстояние отрицательной линзы.

Данная работа проводится на лабораторной установке РМС 4.