Теоретическая часть. Цель работы:изучение сферических линз, определение фокусного расстояния собирающей, рассеивающей линзы и системы линз

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 ИЗУЧЕНИЕ СФЕРИЧЕСКИХ ЛИНЗ

Цель работы: изучение сферических линз, определение фокусного расстояния собирающей, рассеивающей линзы и системы линз.

Обеспечивающие средства: осветительная лампа, оптическая скамья, собирающая и рассеивающая линзы, разделитель, экран.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Оптической линзой называется тело, изготовленное из однородного прозрачного вещества и ограниченное поверхностями, из которых, по крайней мере, одна имеет радиус кривизны, отличный от нуля. Обычно поверхности, ограничивающие линзу, являются сферическими.

Линза, толщина которой мала по сравнению с радиусом кривизны поверхностей, называется тонкой. Для тонких линз верна формула:

(1)

где d и f - расстояния от предмета и его изображения до оптического центра линзы; n =n_линзы/n_среды - отношение абсолютного показателя преломления вещества линзы к показателю преломления окружающей среды, в которой находится линза ( n_{воздУха} ≈ 1); R₁; и R₂ - радиусы кривизны поверхностей, ограничивающих линзу.

Оптическим центром линзы называется точка, проходя через которую, лучи не изменяют своего направления. Всякая прямая, проходящая через оптический центр, называется оптической осью (АА^' ) (рис. 1). Оптическая ось, проходящая через центры кривизны, называется главной оптической осью (В₁В₂). Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через оптический центр линзы (ОО^' ), называется главной плоскостью линзы.

Величина

(2)

называется оптической силой линзы. В этой формуле радиусам кривизны приписываются определенные знаки. Если поверхность линзы выпуклая, то радиус кривизны считается положительным; у вогнутой поверхности радиус кривизны отрицательный; у плоской поверхности радиус кривизны бесконечно велик. Если оптическая сила линзы Ф > 0, то линза называется собирающей (положительной). В этом случае параллельный пучок света после преломления в линзе собирается в одной точке, называемой главным фокусом линзы (рис. 2а). Если Ф < 0, то линза называется рассеивающей (отрицательной), и параллельный пучок света после преломления в линзе образует расходящийся пучок лучей, продолжения которых пересекаются в главном фокусе (рис. 2б). Единица оптической силы линзы в СИ - диоптрия (дптр). 1 дптр - это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 метр.

Расстояние от главного фокуса до оптического центра линзы называется главным фокусным расстоянием и является основной характеристикой линзы. Главное фокусное расстояние определяется по формуле:

(3)

Для построения изображения предмета с помощью собирающей линзы используется три луча, ход которых через линзу известен (рис. 3.):

1. луч, параллельный главной оптической оси, после преломления в линзе
проходит через главный фокус;

2. луч, проходящий через главный фокус, после преломления в линзе идет
параллельно главной оптической оси;

3. луч, проходящий через центр линзы, не меняет своего направления.

Изображение предмета, в зависимости от того, на каком расстоянии от линзы будет находиться предмет, может получиться увеличенным или уменьшенным, действительным или мнимым. Мнимым изображением предмета называется такое его изображение, которое находится по одну сторону с предметом. В случае рассеивающей линзы изображение всегда мнимое.