Теория вопроса и метод выполнения работы. В практических применениях очень большое значение имеет преломление света на сферической границе раздела

В практических применениях очень большое значение имеет преломление света на сферической границе раздела. Основная деталь оптических приборов – линза – представляет собой обычно стеклянное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями; в частном случае одна из поверхностей линзы может быть плоскостью, которую можно рассматривать, как сферическую поверхность бесконечно большого радиуса.

Рассмотрим линзу, ограниченную двумя сферическими преломляющими поверхностями и (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Тонкая линза

 

Центр первой преломляющей поверхности лежит в точке , центр второй поверхности – в точке . Ha рис. 7.1 изображена линза, имеющая заметную толщину . В работе мы будем рассматривать очень тонкую линзу, т.е. расстояние очень мало по сравнению с или . В таком случае точки и можно считать практически сливающимися в одной точке . Эта точка называется оптическим центром линзы.

Всякая прямая, проходящая через оптический центр, называется оптической осью линзы. Та из осей, которая проходит через центры обеих преломляющих поверхностей линзы, называется главной оптической осью, остальные – побочными осями.

Луч, идущий по какой-либо из оптических осей, проходя через линзу, практически не меняет своего направления. Действительно, для лучей, идущих вдоль оптической оси, участки обеих поверхностей линзы можно считать параллельными, а толщину линзы мы считаем весьма малой. При прохождении же через плоскопараллельную пластинку, как мы знаем, световой луч претерпевает параллельное смещение, но смещением луча в очень тонкой пластинке можно пренебречь.

Если на линзу падает световой луч не вдоль одной из её оптических осей, а по какому-либо другому направлению, то он, испытав преломление сначала на первой, ограничивающей линзу поверхности, потом на второй, отклонится от первоначального направления.

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

, (7.1)

где – фокусное расстояние линзы, – расстояние от предмета (нити лампы) до линзы,
– расстояние от линзы до изображения.

В качестве предмета используется светящаяся нить электрической лампочки. Действительное изображение нити получают на экране.

В воздухе или в вакууме все лучи, параллельные главной оптической оси вогнутой линзы, после прохождения через линзу отклоняются от оптической оси. Поэтому вогнутые линзы называются рассеивающими линзами.

Продолжения лучей в противоположную сторону сходятся в одной точке на главной оптической оси перед линзой. Эта точка называется главным фокусом рассеивающей линзы. Главный фокус рассеивающей линзы мнимый, т.к. в действительности лучи света в нём не собираются.

Рассеивающая линза образует только мнимое изображение, которое нельзя получить на экране, т.е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если дополнительно использовать собирающую линзу.

Лучи от источника , прошедшие через рассеивающую линзу, расходятся. Расходящийся световой пучок, упав на собирающую линзу, соберётся на экране (см. рис. 7.2).

 

Рис. 7.2. Ход лучей через систему собирающей и рассеивающей линз

 

Пользуясь принципом обратимости световых лучей, продолжим лучи от собирающей линзы через рассеивающую линзу. Они соберутся на расстоянии от рассеивающей линзы. Уберём рассеивающую линзу и поместим источник света в точку , убедившись, что на экране вновь появилось чёткое изображение источника.

Формула тонкой линзы имеет вид:

. (7.2)

 

 

Запишем формулу для рассеивающей линзы с учетом правила знаков:

. (7.3)

Отсюда следует:

. (7.4)

Порядок выполнения работы