5.1 (810515), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Определение фокусного расстояния тонкой отрицательной линзыС п о с о б 1. Определение фокусного расстояния отрицательной линзы затруднено тем, что изображение предмета получается мнимым(при действительном источнике) и поэтому не может быть получено наэкране. Эту трудность легко обойти с помощью вспомогательной положительной линзы.Сначала с помощью положи l -тельной линзы получают на экранеa1- a2действительное изображение предz*мета S (точка S1 на рис. 4).
Затем:на пути лучей, выходящих из поло- S sS2S11жительной линзы, располагают ис a0следуемую отрицательную линзу и,Определив расстояния a1 (a1 = a0 − l) и a2 , рассчитывают фокусноерасстояние рассеивающей линзы по формуле (1).С п о с о б 2. Если расстояние a1 (рис. 4) совпадает с фокусным расстоянием отрицательной линзы, то изображение перемещается в бесконечность, т. е. лучи выходят из линзы параллельным пучком.Параллельность пучка можно установить с помощью зрительной трубы, настроенной на бесконечность.
Зная расстояние от первой линзы доточки S1 и расстояние между линзами, нетрудно определить фокусноерасстояние тонкой отрицательной линзы. Для толстой отрицательнойлинзы этот метод позволяет определить только положение главного фокуса.III. Определение фокусного расстояния и положения главных плоскостейсложной оптической системыНи один из описанных выше способов не позволяет определить фокусное расстояние и положение главных плоскостей толстой линзы, т.
е.такой оптической системы, толщина которой не мала по сравнению сфокусным расстоянием.y 6y 6Fx1∆x- x 2 - fF0y2?P1y1?P2Рис. 5. Измерение фокусного расстояния оптической системыпо методу АббеФокусное расстояние толстой положительной линзы определяют пометоду Аббе (рис. 5). Пусть предмет, линейный размер которого равен y,находится на расстоянии x1 от главного фокуса F положительной оптической системы. Изображение предмета имеет размер y1 . Линейноеувеличение β1 равноfy1β1 ==.(4)yx1Если теперь отодвинуть предмет от линзы на расстояние ∆x, то линейное увеличение β2 окажется равнымβ2 =fy2=.yx28(5)Из (4) и (5) нетрудно получитьf=∆x,1/β1 − 1/β2(6)где ∆x = x2 − x1 — перемещение предмета. Таким образом, для определения фокусного расстояния толстой положительной линзы нужно измерить линейное увеличение системы при двух положениях предмета ирасстояние между этими двумя положениями.Для нахождения главных плоскостей системы недостаточно знатьфокусное расстояние, нужно определить ещё положения главных фокусов.
Это можно сделать при помощи зрительной трубы, настроенной набесконечность. Отложив от главных фокусов отрезки, равные фокусному расстоянию, можно найти положения главных плоскостей системы.Теоретически фокусное расстояние f 0 сложной системы, состоящей издвух тонких положительных линз, можно рассчитать (см. [1]), если известны фокусные расстояния каждой линзы и расстояние между их центрами l12 :11|l12 |1= 0 + 0 − 0 0.(7)f0f1f2f1 f2Экспериментальная установка. Оптическая скамья с осветителем,набор линз, экран и зрительная труба позволяют определить параметры оптических систем всеми описанными способами.
Все оптические элементы устанавливаются на скамье при помощи рейтеров.Важную роль играет правильная центрировка элементов системы.Проходя через плохо отцентрированную систему, лучи света могут отклониться и пройти мимо экрана или глаза наблюдателя. Центрироватьлинзы следует как по высоте, так и в поперечном направлении (для чего линзы установлены на поперечных салазках). Подробно с правиламицентрировки системы Вы познакомитесь при выполнении задания.ЗАДАНИЕВ этом упражнении предлагается определить фокусные расстояниятонких собирающих и рассеивающих линз, рассчитать их светосилу иоптическую силу, а также определить фокусное расстояние и положенияглавных плоскостей сложной оптической системы.Не следует касаться поверхности линз пальцами, потому что пылинки и жирные пятна на стекле рассеивают световые лучи и ухудшают чёткость изображения.9I.
Центрировка элементов оптической системы1. Из имеющегося набора отберите собирающие линзы. Для этого, держалинзу в одной руке, получите на ладони другой руки изображение любого удалённого объекта (окна̀, лампочки) и оцените на глаз фокусноерасстояние линзы. Линза, которая не даёт действительного изображения, — рассеивающая. Запишите приближённые значения фокусных расстояний.2. Соберите и отцентрируйте установку.
Для этого на одном конце оптической скамьи установите осветитель с ирисовой диафрагмой (предмет) ивплотную к нему — экран на рейтере. Отрегулируйте высоту экрана так,чтобы его центр совпадал с центром яркого круглого пятна от осветителя. Эта операция должна выполняться при плотно затянутом винте,закрепляющем рейтер на оптической скамье.Для перемещения рейтера вдоль скамьи винт следует только слегка ослабить, чтобы не допустить перпендикулярного скамье смещенияцентра.
Перемещая рейтер, прижимайте его к скамье со стороны, противоположной винту.3. Отодвиньте экран от осветителя и разместите в промежутке рейтер ссобирающей линзой № 1.Передвигая линзу и экран вдоль скамьи, добейтесь чёткого изображения края ирисовой диафрагмы осветителя на экране. Закрепите рейтеры. Смещая линзу с помощью поперечных салазок и по высоте, приведите центр изображения к центру экрана.4. Оптические оси линз устанавливаются параллельно ребру оптическойскамьи на глаз. Легко убедиться на опыте, что при небольших увеличениях, получаемых в настоящей работе, такая установка является достаточной.5.
Остальные линзы можно отцентрировать позднее. Для центрировки рассеивающих линз следует воспользоваться уже отцентрированной положительной линзой, расположив её впереди отрицательной. Способ центрировки рассеивающих линз продумайте самостоятельно.II. Определение фокусных расстояний тонких линз при помощи экрана(Измерения проводятся для одной положительной и одной отрицательной линзы).1. Установите положительную линзу № 1 между осветителем и экраном.Расположите экран на расстоянии L > 4f от предмета (рис.
3). Перемещая линзу вдоль скамьи, получите увеличенное и уменьшенное изображения предмета (кра́я ирисовой диафрагмы) на экране. Посмотрите,102.3.4.5.6.как влияют на чёткость изображения размер диафрагмы и яркость источника.С помощью линейки измерьте расстояния от линзы до предмета и доизображения (a1 , a2 , a01 , a02 на рис. 3). Середина линзы и положениеирисовой диафрагмы отмечены на оправах проточками.При фиксированном расстоянии между осветителем и экраном, слегкаперемещая линзу, повторите измерения несколько раз.Независимо измерьте расстояние L от предмета до экрана и перемещениелинзы (рейтера) l.
При фиксированном значении L измерьте перемещение l несколько раз.По результатам измерений определите среднее значение фокусного расстояния, используя сначала формулу (1), а затем — формулу (3).Для определения фокусного расстояния тонкой отрицательной линзы используйте вспомогательную положительную линзу. Сначала с помощьюкороткофокусной положительной линзы получите на экране увеличенное изображение предмета и измерьте линейкой расстояние от линзы доэкрана (a0 на рис.
4). Затем между положительной линзой и экраномразместите рассеивающую линзу и, отодвигая экран от линзы, найдитедействительное изображение предмета, образованное системой линз. Измерьте расстояние a2 от рассеивающей линзы до экрана и расстояниемежду линзами l.Рассчитайте величину a1 и определите фокусное расстояние рассеивающей линзы с помощью формулы (1).
При вычислении фокусного расстояния нужно приписать величинам a1 и a2 правильные знаки (a1 < 0,a2 > 0).III. Определение фокусных расстояний тонких линз с помощьюзрительной трубы(Измерения проводятся для двух положительных и одной отрицательной линзы).1. Для определения фокусных расстояний линз с помощью зрительной трубы необходимо настроить трубу на бесконечность. Эту настройку прощевсего осуществить, наведя трубу на удалённый объект (например, наокно в конце длинного коридора).
Предварительно вращением глазнойлинзы окуляра трубы настройтесь на резкое видение окулярной шкалы(если окулярная шкала отсутствует — совместите штрих на глазной линзе с точкой на тубусе). Не следует настраивать трубу на предмет, расположенный за оконным стеклом, т. к. оконное стекло часто оказываетсянедостаточно плоским.2. Поставьте положительную линзу на расстоянии от предмета примерноравном фокусному.
На небольшом расстоянии от линзы закрепите трубу,113.4.5.6.7.8.настроенную на бесконечность, и отцентрируйте её по высоте. Передвигая линзу вдоль скамьи, сначала получите в окуляре зрительной трубыизображение поверхности матового стекла; затем, перемещая линзу спомощью поперечных салазок и меняя диаметр светового пятна с помощью ирисовой диафрагмы, настройтесь на чёткое изображение краядиафрагмы. При этом расстояние между предметом и серединой тонкойлинзы (между проточками на оправах) равно фокусному.Поверните линзу другой стороной к источнику и повторите измеренияфокусного расстояния.
По результатам измерений сделайте вывод, можно ли считать линзу тонкой.Измерьте фокусное расстояние второй тонкой положительной линзы припомощи зрительной трубы.Для определения фокусного расстояния тонкой отрицательной линзы используйте схему, изображённую на рис. 4. Сначала получите на экранеувеличенное изображение диафрагмы при помощи короткофокусной положительной линзы. Измерьте расстояние a0 между линзой и экраном.Разместите сразу за экраном трубу, настроенную на бесконечность,и закрепите её.
Уберите экран и поставьте на его место исследуемуюрассеивающую линзу. Отцентрируйте световой пучок с помощью листабумаги. Перемещая рассеивающую линзу, найдите в окуляре зрительнойтрубы резкое изображение края диафрагмы.Если изображение недостаточно чёткое — задиафрагмируйте положительную линзу и заново проведите настройку с экраном (диафрагмадиаметром 1 см уменьшит сферические аберрации и повысит чёткостьизображения).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
