Обробка результатів експерименту. 1. За формулою (2) знайти головні фокусні відстані обох досліджуваних збиральних лінз

 

1. За формулою (2) знайти головні фокусні відстані обох досліджуваних збиральних лінз.

2. За формулою (2) знайти головну фокусну відстань оптичної системи двох збиральних лінз.

3. Переконатись, що при дотику двох тонких лінз загальна оптична сила системи дорівнює сумі оптичних сил обох лінз:

 

. (3)

 

4. За формулою (2) розрахувати головну фокусну відстань оптичної системи з розсіювальною лінзою.

5. Використовуючи співвідношення (3), вирахувати головну фокусну відстань розсіювальної лінзи.

6. Результати всіх розрахунків занести в таблицю; знайти похибки вимірювань; зробити висновки.

 

Дослід	, см	, см	, см	ε, %
1 збиральна
2 збиральна
3 розсіювальна
система 1 - 2
система 1 – 3

 

Дослідницьке завдання

 

1. Знайти світлосилу лінз.

2. Знайти збільшення лінз.

Контрольні запитання для допуску

До виконана лабораторної роботи

1. Мета роботи.

2. Охарактеризувати метод Гауса-Бесселя точного визначення фокусної відстані збиральної лінзи.

3. Що таке головна фокусна відстань лінзи?

4. Що таке оптична сила лінзи та в яких одиницях вона вимірюється?

5. Чому для визначення фокусної відстані розсіювальної лінзи експериментальним методом її беруть разом із збиральною лінзою?

6. Як пов’язані між собою оптичні сили двох або більше оптичних лінз?

7. Яка фокусна відстань називається головною?

 

Контрольні запитання для захисту лабораторної роботи

1. Яке означення можна дати: тонкій лінзі, оптичному центру, оптичній осі; фокальній площині; головним фокусам та оптичній силі лінзи?

2. Побудувати зображення предмета в тонкій збиральній лінзі, розмітивши предмет перед фокусом лінзи і між фокусом та лінзою.

3. Побудувати зображення предмета в тонкій розсіювальній лінзі.

4. Чому можна визначити фокусну відстань лише одним способом?

 

 

Лабораторна робота № 5.3

Визначення показника заломлення

Скляної пластинки за допомогою мікроскопа

 

Мета роботи: освоїти методику визначення показника заломлення плоскопаралельних прозорих пластинок; визначити показник заломлення скла.

Прилади і матеріали: мікроскоп з мікрометричним гвинтом, мікрометр, набір скляних пластинок різної товщини з двома взаємно перпендикулярними штрихами на верхній та нижній поверхнях, освітлювач.

 

Теоретичні відомості

Промінь, що падає на границю двох прозорих середовищ оптичної густини, розділяється на два промені — відбитий і заломлений.

Синус кута падіння i відноситься до синуса кута заломлення r як швидкість світла в першому середовищі υ ₁ до швидкості світла в другому середовищі υ ₂

. (1)

 

Із співвідношення (1) випливає, що швидкість світла неоднакова в різних середовищах і для променю деякої хвилі справедливі рівності:

 

. (2)

 

Величина n₂₁ називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого. Якщо одним із середовищ є вакуум, то показник заломлення другого середовища називається абсолютним показником заломлення. Це записується як:

 

, (3)

 

де с і υ - швидкості світла відповідно у вакуумі і в даному середовищі.

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла і від властивостей середовища. Абсолютні показники заломлення більші одиниці, тому що швидкість розповсюдження світла в будь-якому середовищі менша, ніж у вакуумі.

Якщо відомі абсолютні показники заломлення двох середовищ п₁ і п₂, то їх відносний показник заломлення визначається за формулою:

 

. (4)

 

Оскільки швидкість світла в повітрі наближається до швидкості світла в вакуумі, то показник заломлення, що вимірюється відносно повітря, практично дорівнює абсолютному показнику.

Показник заломлення як оптична характеристика прозорих середовищ (твердих, рідких і газоподібних) має велике значення для практики. Наприклад, за значеннями показника заломлення можна визначити структуру складних молекул і встановити типи хімічного зв'язку між атомами, визначити з великою точністю (0,01 – 0,1 %) процентний склад газоподібних і рідинних сумішей, вимірювати їх густини і т.д.

Для визначення показників заломлення різних речовин відомі різні методи. Одним з них є метод визначення показників заломлення плоскопаралельних прозорих пластинок за допомогою мікроскопа.

В основі цього методу лежить явище уявного зменшення товщини пластинок внаслідок заломлення світових променів, що проходять крізь неї при розгляданні пластинки перпендикулярно до її поверхні.

Нехай точка А розглядається через плоскопаралельну пластину К (рис.1). Промені АВ і АС, що йдуть з точки А після заломлення на границі скло-повітря будуть розповсюджуватись відповідно по напрямах BD і СЕ. Продовження цих променів перетинаються в точці а₁. В цій же точці перетнуться також продовження всіх променів, що виходять з точки А. Таким чином, спостерігачеві здається, що промені виходять не з точки А, а з її уявного зображення А₁, тобто точка А здається розміщеною ближче до спостерігача на величину а = АА₁.

Встановимо зв'язок між показником заломлення скла і товщиною пластинки K.

З Δ AFC i Δ A₁ FC маємо:

, (5)

 

. (6)

 

Перемножуючи рівності (5) і (6), знайдемо:

 

. (7)

 

Враховуючи співвідношення

 

 

Залежність (7) зводимо до вигляду:

 

(8)

Рис. 1

 

При спостереженні вертикально зверху i = 0. Тому співвідношення (8) приймає вигляд:

 

. (9)

 

На рис. 2показано загальний вигляд мікроскопа: Ок – окуляр, Т -тубус, В1 - кремальєра, В2 - мікрометричний гвинт, Об - об'єктив, С - предметний столик, К - конденсор, Дз - дзеркало.

 

Хід роботи

 

1. За допомогою мікрометра заміряти товщину скляних пластинок в точці перетину штрихів.

2. Покласти скляну пластинку на предметний столик мікроскопа так, щоб точка перетину штрихів знаходилася у центрі поля зору.

3. Повертаючи рукоятку B₁ грубого фокусування проти годинникової стрілки та рукоятку В₂ механізму мікрометричного фокусування в тому ж напрямі до упору, підняти тубус мікроскопа в крайнє верхнє положення. Зняти показання на відліковому барабані механізму мікрометричної орієнтації і записати його, прийнявши за нульову поділку. Потім повільно повертаючи за годинниковою стрілкою рукоятку B₁ грубого фокусування, опускають тубус мікроскопа до тих пір, поки в полі зору не з'явиться найбільш чітке зображення штриха, нанесеного на верхню поверхню пластинки.

4. Повертаючи рукоятку В₂ механізму мікрометричного фокусування до тих пір, поки не з'явиться найбільш чітке зображення штриха, нанесеного на нижню поверхню, знову зняти показання на барабані. Знайти переміщення тубуса мікроскопа, яке рівне d - а.

5. Дані вимірювань занести в табл. 1.

6. Вказані вимірювання провести для всіх пластинок.

Рис.2