Предложите простой способ измерения оптической силы собирающей линзы

VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2015

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ЛИНЗ

I. Аналитические методы:

1. Формула тонкой линзы связывает между собой три величины: расстояние от предмета до линзы d, расстояние от линзы до изображения f и фокусное расстояние линзы F.

Если линза собирающая, то 1/F > 0, если линза рассеивающая, то перед 1/F ставится знак «минус». Если изображение действительное, то 1/f > 0; если изображение воображаемое, то перед 1/f ставится знак «минус».

Для проведения измерения на одном конце оптической скамьи за осветителем помещают предмет. На другом конце оптической скамьи устанавливают рейтер с экраном. Между экраном и предметом помещают исследуемую линзу. Перемещая линзу вдоль скамьи, получают четкое изображение предмета. Затем измеряют расстояния d и f.

2. Определить оптическую силу линзы можно используя метод «смещения» (метод Бесселя). Пусть расстояние между предметом и экраном превышает четыре фокусных расстояния (4f). При этом всегда найдутся два таких положения линзы, при которых на экране получаются отчетливые изображения предмета (в одном случае уменьшенное, в другом – увеличенное).

Из соображений симметрии ясно, что a=b₁, и b=a₁(рис.2) Обозначая расстояние между предметом и экраном через L, а расстояние между двумя положениями линзы через l, получим:

Подставляя эти выражения в формулу тонкой линзы, после несложных преобразований находим:

3. Оптическая сила D линзы зависит как от радиусов кривизны R₁ и R₂ ее сферических поверхностей, так и от показателя преломления nматериала, из которого изготовлена линза.

Определить радиусы кривизны линзы можно с помощью методов колец Ньютона. Установка для наблюдения колец Ньютона и проведения измерений представляет собой микроскоп на предметный столик которого помещена система: плоско-выпуклая линза с плоско — параллельной пластинкой в оправе. Свет от лампочки через линзу параллельным пучком падает на монохроматический светофильтр и полупрозрачную пластинку расположенную под углом 45º к лучам падающего света. Отражённый от пластинки свет падает на систему линза-пластинка, после отражения от которых свет попадает в объектив микроскопа. Интерференционная картина рассматривается через окуляр микроскопа. В поле зрения микроскопа наблюдатель будет видеть кольца Ньютона в увеличенном виде. Окуляр микроскопа снабжён окулярным микрометром, с помощью которого измеряются радиусы (диаметры) колец Ньютона. Цена деления шкалы микрометра зависит от длины тубуса микроскопа. Перемещением тубуса добиваются фокусировки микроскопа, т.е. резкого изображения колец Ньютона в фокальной плоскости окуляра.

Если измерить радиус m–го темного кольца и знать длину волны падающего на линзу света l, можно по формуле определить радиус кривизны линзы R.

Однако вследствие деформации стекла и наличия пылинок невозможно добиться идеального соприкосновения линзы и пластинки в одной точке. Поэтому более точный результат получится, если R вычислить по формуле разности квадратов радиусов двух колец:

4. Фокусное расстояние тонкой собирающей линзы можно определить с помощью зрительной трубы, предварительно установив её на бесконечность.

Эту установку легко осуществить, если навести трубу на достаточно удаленный предмет (например, окно противоположного дома). Затем через зрительную трубу наблюдают изображение предмета, которое получили с помощью положительной линзы. Передвигая линзу, добиваются получения чёткого изображения предмета в окуляре трубы. Так как зрительная труба сфокусирована на параллельный пучок лучей, чёткое изображение получится в том случае, когда предмет совмещен с фокальной плоскостью линзы. Фокусное расстояние тонкой линзы равно расстоянию между предметом и серединой линзы.

5. Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы с помощью собирающей линзы.

Изображение, которое дает рассеивающая линза всегда будет мнимое, а значит его нельзя получить на экране. Чтобы экспериментально определить фокусное расстояние рассеивающей линзы, нужно получить действительное изображение на экране. Для этого необходимо использовать другую собирающую линзу, но с оптической силой больше, чем модуль оптической силы исследуемой линзы. В этом случае система линз будет работать как положительная линза.

Если на пути лучей, идущих от предмета S поставить собирающую линзу, на экране D₁ можно добиться изображения S₁ (рис.3).

Затем, между положительной линзой L₁ и экраном D₁ ставят исследуемую линзу L₂, убирают экран D₁, закрепив рейтер экрана на месте. После этого подбирают новое положение для рассеивающей линзы L₂, добиваясь действительного изображения на экране D₂. Предметом теперь для рассеивающей линзы будет мнимое изображение S₁.

Введем следующие обозначения:

O_2S1 = a, O_2S2 = b. С учетом обозначений формула линзы имеет вид:

II. Методы определения оптической силы линз с помощью специальных приборов.

В медицине часто используются линзы, оптическую силу которых проблематично измерить аналитическим путем. Например, контактные линзы; цилиндрические, торрические линзы и аксиконы – оптические элементы с большими сферической или хроматической аберрациями.

К приборам, которые делают возможным измерение оптической силы вышеперечисленных линз, можно отнести диоптриметры. Например TOPCON LENSMETER LM-8. Данный прибор относится к высокоточному оборудованию и позволяет измерять оптическую силу линз диаметром от 20 до 90 мм в диапазоне 0 — ±20D с минимальным считываемым значением 0.25D.

В наше время это самый распространенный и самый простой инструмент для измерения оптической силы линзы.

Список литературы:

1. Цуканова Г. И. Прикладная оптика. Конспект лекций. СПб: СПбГУИТМО, 2008 г.

2. Сборник лабораторных работ по геометрической оптике: Учеб. пособие/ сост. Г.Н. Глухова, С.В. Попова, — Белгород: Изд-во БелГУ, 2006.-80 с.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т 3. Учеб. пособие для студентов втузов, 2-е изд. М.:Наука, 1982.

4. Инструкция по эксплуатации диоптриметр ТOPCON LENSMETER LM-8.

Источник

Лабораторная работа на тему: «Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы».

Лабораторная работа на тему:

«Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы».

Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, источник тока, выключатель, соединительные провода, экран, направляющая рейка.

Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния линзы основан на использовании формулы линзы

d – расстояние от предмета до линзы

f – расстояние от линзы до изображения

F – фокусное расстояние

Оптической силой линзы называют величину

В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква в колпачке осветителя. Действительное изображение этой буквы получают на экране.

Изображение действительное перевернутое увеличенное:

Изображение мнимое прямое увеличенное:

Примерный ход работы:

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 813 человек из 76 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

• Сейчас обучается 355 человек из 68 регионов

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

• Курс добавлен 23.09.2021
• Сейчас обучается 48 человек из 23 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДБ-1536782

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года

Время чтения: 1 минута

Шойгу предложил включить географию в число вступительных экзаменов в вузы

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России

Время чтения: 1 минута

В проекте КоАП отказались от штрафов для школ

Время чтения: 2 минуты

В России выбрали топ-10 вузов по работе со СМИ и контентом

Время чтения: 3 минуты

Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Инструктаж по ТБ Лабораторная работа № 5 «Определение оптической силы линзы и ее фокусного расстояния»

Учитель: Лешкевич Е.В.

Тема урока: Инструктаж по ТБ Лабораторная работа № 5 «Определение оптической силы линзы и ее фокусного расстояния»

Образовательная: формирование у учащихся экспериментально определять оптическую силу линзы и фокусное расстояние;

Воспитательная: воспитывать навыки и умения

Урок совершенствования знаний, умений и навыков

Оборудование, информационное обеспечение:

Лабораторное оборудование: длиннофокусная собирающая линза, свеча, экран, линейка.

Основная дидактическая цель: формирование у учащихся экспериментальных

умений, развитие и воспитание графических, вычислительных навыков и умений /вычислительная обработка, использование чертёжных, измерительных, вычислительных инструментов и приборов/.

1. Организационный момент

2.Сообщение темы, цели и задач урока.

3.Актуализация опорных знаний, умений учащихся.

Прием «Мозговой штурм»

Что такое линза?

Какие виды линз существуют?

Какое изображение дают собирающие линзы?

4.Мотивация учебной деятельности учащихся.

5.Ознакомление учащихся с инструкцией к работе /последовательная деятельность ученика/.

Работа с инструкцией к лабораторной работе

Лабораторная работа №5

Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы

Цель: определить оптическую силу и фокусное расстояние собирающей линзы

Оборудование: длиннофокусная собирающая линза, свеча, экран, линейка.

Простейший способ измерения оптической силы линзы основан на формуле тонкой линзы:

, где D – оптическая сила линзы, F – фокусное расстояние линзы, d – расстояние от линзы до объекта, f – расстояние от линзы до изображения. С помощью собирающей линзы получив изображение пламя свечи на экране и измерив расстояние d от линзы до предмета и расстояние f до изображения можно рассчитать фокусное расстояние линзы и оптическую силу линзы.

Порядок выполнения работы:

1.Соберите установку по схеме:

А –свеча, Б — собирающая линза, В –экран.

2.Перемещая линзу вдоль измерительной рейки, найдите такое ее положение относительно источника света, при котором на экране получается четкое изображение пламя свечи.

3.Измерьте расстояние от источника света до линзы и от линзы до экрана. Результаты измерений занесите в таблицу №1.

4.При неизменном d , повторите опыт два раза, каждый раз заново получая резкое изображение. Результаты измерений занесите в таблицу №1.

5.Вычислите по формуле: , результат занесите в таблицу №1.

6.Вычислите ; ; .

7.Вычислите по формуле: , результат занесите в таблицу №1.

8.Вычислите по формуле: , результат занесите в таблицу №1.

9.Вычислите абсолютную погрешность измерения оптической силы линзы по формуле:

, где ( h –толщина линзы), .

10.Запишите результат в форме:

1.Источник света помещен в двойной фокус собирающей линзы, фокусное расстояние которой F = 2 м. На каком расстоянии от линзы находится его изображение?

2.Постройте изображение и дайте характеристику полученному изображению.

6.Выполнение работы под руководством учителя.

7.Составление отчёта о работе.

8.Обсуждение и теоретическая интерпретация полученных результатов работы.

Источник