Критерии результативности лабораторной работы

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 20Следующая ⇒

Лабораторная работа считается выполненной, если студент:

· получил экспериментальные и расчетные данные, соответствующие действительным результатам лабораторной работы;

· выполнил все расчеты согласно требованиям таблиц экспериментальных данных;

· правильно оценил погрешности для абсолютного показателя преломления каждой стеклянной пластины;

· сформулировал выводы о проделанной работе;

· представил индивидуальный письменный отчет, оформленный в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями;

· подготовил ответы на все контрольные вопросы данной лабораторной работы.

Контрольные вопросы

1. Как формулируются основные законы геометрической оптики?

2. Как связаны показатель преломления среды и скорость распространения света в ней? Почему скорость света в веществе меньше скорости света в вакууме?

3. При каких условиях справедлива формула для определения показателя преломления стекла плоскопараллельной пластинки? Как влияет толщина пластинки на точность определения показателя преломления описанным способом?

4. Что представляет собой свет?

5. Почему колебания вектора называют световым?

6. Что такое абсолютный показатель преломления среды? Что оно характеризуют и от чего зависит?

7. Зависит ли абсолютный показатель преломления вещества от того, каким светом его облучают? Если зависит, то как?

8. Что такое относительный показатель преломления сред?

9. Какая характеристика световой волны не меняется при переходе из одной среды в другую?

Список литературы

1. Детлаф А. А. Яворский Б.М. Курс физики: учебное пособие. – 8-е изд., стер. – М.: Академия, 2009. – 720 с.

2. Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 т. Т. 1. Механика: учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 352 с.

3. Трофимова Т. И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2012.

4. Трофимова Т. И. Физика в таблицах и формулах: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим специальностям. – 3-е изд., испр. – М.: Академия, 2009. – 448 с.

Лабораторная работа № 2

Тонкая линза

Цель работы

– Изучение закономерностей построения изображения с помощью тонкой линзы.

2.2. Задачи работы:

– Определить главное фокусное расстояние тонкой линзы.

– Определить продольную хроматическую аберрацию тонкой линзы.

Введение

Линза – это один из основных элементов оптических систем, предназначенных для получения оптических изображений. Одним из основных характеристик линзы является его фокусное расстояние. Именно от него зависит размеры изображения при фиксированном положении предмета с линзой.

Линзы можно встретить в различных устройствах – биноклях, телескопах, оптических прицелах, микроскопах, фото- и видеотехнике. В зависимости от фокусного расстояния линз, используемых в данных приборах, область применения этих устройств разная.

Также линзы применяются в офтальмологии, в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы. В радиоастрономии и радарах военного и промышленного назначения часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие их на цели.

Фокусное расстояние линзы зависит от размеров, формы и материала из которого изготовлены сама линза. Существует множество методик для ее определения. В данной лабораторной работе рассмотрен самый распространенный метод по определению фокусного расстояния линзы.

2.4. Компетенции, формируемые в результате выполнения
лабораторной работы

В результате выполнения лабораторной работы формируются следующие компетенции:

· способность демонстрировать базовые знания в области общенаучных дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной деятельности;

· способность проводить эксперименты по заданной методике, обработку результатов, оценку погрешности и достоверности их результатов;

· способность сопоставлять экспериментальные данные с теоретическими положениями;

· способность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы.

Перечисленные компетенции формируются через умения:

· работать с измерительными приборами;

· рассчитывать физические величины по экспериментальным данным;

· анализировать результаты опыта;

· оформлять отчет;

а также владения:

· теоретическим материалом;

· навыками измерения физических величин по приборам;

· технологией обработки экспериментальных данных.

Теоретическая часть

Линза. Изображение линзы

Линзой называется тело, изготовленное из однородного, прозрачного и хорошо преломляющего в данном диапазоне длин волн материала, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

Если показатель преломления материала линзы n больше показателя преломления окружающей среды , то двояковыпуклые, плоско-выпуклые и вогнуто-выпуклые линзы (утолщающиеся к середине) являются собирающими (рис. 3, а), а двояковогнутые, плоско-вогнутые и выпукло-вогнутые (утончающиеся к середине) являются рассеивающими (рис. 3, б).

Собирающая линза превращает пучок параллельных лучей в пучок сходящихся лучей; рассеивающая линза превращает пучок параллельных лучей в расходящийся пучок.

Линза называется тонкой, если ее наибольшая толщина мала по сравнению с радиусами сферических поверхностей, ограничивающих линзу.

Рис. 3. Классификация линз

Подобно плоским и сферическим зеркалам линза создает изображение источников света. Это означает, что свет, исходящий из какой либо точки предмета (источника) после преломления в линзе снова собирается в одну точку (изображение) независимо от того, через какую часть линзы прошли лучи. Если лучи на выходе из линзы сходятся, они образуют действительное изображение. В случае же, когда прошедшие через линзу лучи являются расходящимися (пересекаются в одной точке не сами эти лучи, а лишь их продолжения) изображение тогда является мнимым. Его можно наблюдать с помощью оптических приборов. Точка, в которой пересекаются после преломления в собирающей линзе лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом линзы. Лучи параллельные главной оптической оси, можно направить на линзу и с противоположной стороны. Точка, в которой они сойдутся, пройдя линзу, будет другим главным фокусом (рис. 4, а).

В однородной среде оба главных фокуса располагаются по обе стороны линзы на одном и том же расстоянии от оптического центра линзы. Это расстояние называется главным фокусным расстоянием f линзы.

Рис. 4. Ход лучей в линзе

Если направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси рассеивающей линзы, то преломленные лучи будут расходящимися, а их продолжения пересекаются в главном фокусе рассеивающей линзы (рис. 4, б). В этом случае фокус, расположенный на расстоянии F от линзы, является мнимым.

Второй главный фокус находится по другую сторону линзы на том же расстоянии, если окружающая среда по обе стороны линзы одна и та же.

Т.к. все лучи, вышедшие из какой либо точки предмета, пройдя через линзу, пересекаются в одной точке, то тонкая линза дает изображение любой точки предмета, а, следовательно, и всего предмета в целом.

С использованием построения изображения выводится формула, связывающая три величины: расстояние a от предмета до линзы, расстояние b от изображения до линзы и фокусное расстояние f линзы. Это уравнение называется формулой тонкой линзы

(1)

где знак плюс перед слагаемым соответствует собирающей линзе, знак минус – рассеивающей, а знак плюс перед слагаемым соответствует действительному изображению предмета, знак минус – мнимому.

Фокусное расстояние линзы зависит только от его геометрических параметров и абсолютных показателей преломления линзы и среды. Для вывода формулы применяется принцип Ферма, согласно которому действительный путь распространения света (траектория светового луча) есть путь, для прохождения которого свету требуется минимальное время по сравнению с любым другим мыслимым путем между теми же точками. В итоге формула тонкой линзы имеет вид

где – абсолютные показатели преломления среды и линзы, – радиусы сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Радиус выпуклой поверхности линзы считается положительным, вогнутой – отрицательным.

Величина называется оптической силой линзы. Единица измерения – диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.

Линзы с положительной оптической силой являются собирающими, с отрицательной – рассевающими.

Плоскости, проходящие через фокусы линзы перпендикулярно ее главной оптической оси, называются фокальными плоскостями.

Для построения изображений, получаемых с помощью собирающей линзы, фокусы и оптический центр которой заданы, преимущественно пользуется тремя видами «удобных лучей»:

а) лучи, параллельные главной оптической оси, преломившись в линзе, проходят через ее фокус;

б) лучи, идущие к линзе через ее фокус, после преломления пойдут параллельно главной оптической оси;

в) лучи, проходящие через оптический центр линзы, не меняют своего направления.

Хроматическая аберрация

Погрешности оптических систем, отклоняющие световые лучи от направления распространения, по которому они должны были бы идти в идеальной оптической системе, называют аберрациями. Они возникают в результате использования широких световых лучей, а также при получении изображений предметов, значительно удаленных от главной оптической оси прибора (при фотографировании). Например, сферические линзы только приближенно удовлетворяют этим требованиям. В результате изображение получается недостаточно резким, мелкие детали становятся неразличимыми.

Различают сферическую и хроматическую аберрации. Сферическая аберрация возникает в результате того, что периферия линзы преломляет лучи света сильнее, чем центральная часть, в результате чего получаемое изображение размывается. Так, линза большого диаметра дает изображение точечного источника не в виде точки, а в виде расплывчатого светлого пятна. Для повышения четкости изображения оптическую систему снабжают диафрагмой (узким отверстием), через которую пропускают пучок света. Сферическую аберрацию можно также скомпенсировать путем комбинации собирающей и рассеивающей линз, подобранных соответствующим образом.

Рис. 5. Хроматизм увеличения: 1 – фиолетовый луч; 2 – зеленый луч; 3 – красный луч

Хроматическая аберрация обусловлена зависимостью показателя преломления оптических стекол от длины волны падающего на них света. Как известно, линзы преломляют фиолетовые лучи света сильнее, чем красные, поэтому фокус фиолетовых лучей расположен ближе к линзе, чем фокус красных лучей. В результате края изображения, полученного с помощью белого света, приобретают цветную кайму.

Для ослабления хроматической аберрации применяют два способа: использование зеркальных систем; использование в линзовых системах нескольких сортов стекла. Полная компенсация хроматической аберрации возможна лишь для двух значений длин волн.

Рис. 6. Хроматизм положения: 1 – фиолетовый луч; 2 – зеленый луч; 3 – красный луч

Существуют два основных вида хроматизма: хроматизм увеличения и хроматизм положения.

Хроматизм увеличения – это аберрация, при которой увеличение оптической системы зависит от длины волны. Вследствие этого вместо изображения точки образуется цветная полоска (рис. 5).

Хроматизм положения – это аберрация, при которой изображения одной точки предмета расположены на разном расстоянии от оптической системы для разных длин волн, т.е. фокусы расположены на разных расстояниях от линзы (рис. 6).

Разность фокусных расстояний

(2)

называется продольной хроматической аберрацией тонкой линзы.

Описание установки

Рис. 7. Схема установки: 1 – оптическая скамья; 2 – источник света; 3 – крестик; 4 – светофильтр; 5 – линза; 6 – экран

Установка для проведения опыта (рис. 7) состоит из оптической скамьи ОСК-2ЦЛ 1 длиной 1.5 м с делениями, на которую устанавливается источник света 2 с предметом (крестик) 3, держатель со светофильтром 4 и линза 5. Экран 6 расположен на столе. Таким образом, перемещая источник света или линзу, можно опытным путем найти фокусное расстояние тонкой линзы.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 299; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!