ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ЛИНЗ

 

Цель работы: изучение геометрической оптики, определение фокусного расстояния собирающей линзы.

Приборы и принадлежности: источник света (лампа накаливания), линейка, набор линз, экран.

Теоретическая часть

 

Линзой называется прозрачное (чаще всего стеклянное) тело, ограниченное двумя криволинейными (обычно сферическими) поверхностями или одной криволинейной и одной плоской поверхностью.

На рис. 1 изображены поперечные сечения двояковыпуклой (а)и двояковогнутой (б)сферических линз (R₁, R₂ и R₃ – радиусы кривизны их сферических поверхностей). Прямая SS', про

Рис. 1

ходящая через центры кривизны поверхностей, образующих линзу, называется главной оптической осью (или просто осью) линзы.

С

С1

С2

Рис. 3

S

S1

d

f

Рис. 2

Мы будем рассматривать только тонкие линзы, толщина С₁С₂ которых пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны линзы (рис. 1-2). Для тонких линз можно считать, что точки С₁ и С₂ сливаются в одну точку С – главный оптический центр линзы, обладающий тем свойством, что проходящие через него лучи практически не преломляются линзой.

Если источник света S (рис. 3) находится на главной оптической оси, то его изображение S₁ (действительное или мнимое) будет также лежать на главной оптической оси. Принято обозначать расстояние от светящейся точки до линзы через d, а от её изображения до линзы через f. При этом f считают положительным, если изображение действительное, и отрицательным, если изображение мнимое. В силу обратимости световых лучей расстояния d и f являются сопряженными.

Когда на собирающую линзу падает пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то они сходятся за линзой в одной точке F (рис. 4а), называемой главным фокусом линзы, а расстояние от центра линзы С до F – главным фокусным расстоянием линзы. Плоскость, проходящая через главный фокус перпендикулярно главной оптической оси, называется главной фокальной плоскостью. Аналогичным образом вводится понятие фокуса и главного фокусного расстояния рассеивающей линзы (рис. 4б).

Рис. 4

ФП

С

б

F

а

ФП

F

C

 

Выполнение работы основано на использовании формулы тонкой линзы:

, (1)

 

которую можно преобразовать к следующему удобному виду:

 

(2)