Лабораторная работа №6. «Изучение собирающей линзы

Лабораторная работа №6.
«Изучение собирающей линзы – способ 1».
Цель работы: изучение формулы тонкой линзы.
Задача работы: определение фокусного расстояния и расчёт оптической силы собирающей линзы
по наблюдению изображения удалённого предмета.
Оборудование: собирающая линза, линейка, экран.
Теория и метод выполнения работы:
Формула
тонкой
собирающей
линзы
имеет
вид
1 1 1
  .
F d
f
Построением
определим
характеристики изображения предмета достаточно удалённого от оптического центра линзы:
Если предмет находится за двойным фокусом собирающей линзы, то его изображение: 1)
действительное; 2) перевёрнутое; 3) уменьшенное. Если источник света расположен очень далеко
от центра собирающей линзы, то световые лучи ввиду чрезвычайной удалённости будут падать на
линзу практически параллельным пучком. Расстояние от предмета до линзы достаточно велико в
сравнении с расстоянием от линзы до изображения d>>f, то
принимает вид:
1
1
 ,
F
f
следовательно,
1
 0 , тогда формула тонкой линзы
d
фокусное расстояние собирающей линзы F≈f, т.е.
изображение будет располагаться почти точно в фокусе линзы. Таким образом, фокусное
расстояние собирающей линзы может быть определено по измерению расстояния от
уменьшенного, перевёрнутого изображения очень удалённого предмета на экране до центра
собирающей линзы. Величина обратная фокусному расстоянию определяет оптическую силу
линзы D 
1
1
1
. Оптическая сила линзы выражается в диоптриях D 
  дптр . В данной
F
F  м
лабораторной работе оптическая сила линзы рассчитывается по формуле D 
1
. Формула
f
оптической силы линзы позволяет рассчитать абсолютную погрешность измерения D при
однократном измерении расстояния f:
D 
f
. Абсолютная погрешность однократного
f2
измерения расстояния f рассчитывается по формуле: f  2прибора  2отсчёта . Если на шкале
класс точности не обозначен, то абсолютная погрешность прибора принимается равной
половине цены деления наименьшего значения шкалы прибора. Абсолютная погрешность отсчёта
так же принимается равной половине цены деления. Следовательно, абсолютная погрешность
однократного измерения расстояния f рассчитывается по формуле: f 
с
. Возможен вариант
2
принятия абсолютной погрешности измерения длины за цену деления линейки – как в
заданиях тестовой части на ЕГЭ по физике.
Ход работы:
1. При помощи собирающей линзы получить на экране чёткое перевёрнутое, уменьшенное
изображение окна классной комнаты.
2. Линейкой измерить расстояние от собирающей линзы до экрана f.
3. Записать значение фокусного расстояния собирающей линзы Fизм≈f.
Рассчитать абсолютную погрешность однократного измерения расстояния f по формуле
f 
с
, где c – цена деления линейки. Возможен вариант принятия абсолютной
2
погрешности измерения длины за цену деления линейки – как в заданиях тестовой
части на ЕГЭ по физике.
4. Записать окончательный результат однократного измерения фокусного расстояния
собирающей линзы в виде F  Fизм  f  м.
5. Рассчитать относительную погрешность однократного измерения фокусного расстояния
собирающей линзы по формуле  F 
f
 100% .
Fизм
6. Рассчитать оптическую силу собирающей линзы по формуле D расч 
1
.
f
7. Рассчитать абсолютную погрешность измерения D при однократном измерении расстояния
f по формуле D 
8. Рассчитать
f
f2
относительную
погрешность
собирающей линзы по формуле:  D 
косвенного
измерения
оптической
силы
D
.
D расч
9. Записать окончательный результат в виде: D  D расч  D  дптр.
10. Сравнить полученные значения фокусного расстояния и оптической силы собирающей
линзы с паспортными значениями и сформулировать вывод.
Таблица результатов измерений и вычислений:
«Изучение собирающей линзы – способ 1».
Расстояние от линзы до экрана
f =
(изображения удалённого предмета)
Абсолютная погрешность измерения длины
f =
Фокусное расстояние собирающей линзы
F = (
Фокусное расстояние собирающей линзы
F = (
Относительная погрешность однократного измерения
 =
фокусного расстояния
Оптическая сила собирающей линзы
D =
Относительная погрешность косвенного измерения
 =
оптической силы линзы
Абсолютная погрешность косвенного измерения
D =
оптической силы линзы
Оптическая сила собирающей линзы
D = (
мм
мм
±
±
) мм
) м
дптр
дптр
±
) дптр