Физический практикум для инженерного класса, практическая работа № 5 "Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы"

Практическая работа № 5

Тема: Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы.

Цель работы: прочитайте теоретические сведения, ход работы, сформулируйте цель.

Оборудование: Измерительная лента, собирающая линза, источник света, экран, линейка.

Теоретические сведения

Формула тонкой линзы имеет вид:  (1), где d – расстояние от линзы до объекта, f – расстояние от линзы до изображения, F – фокусное расстояние линзы, D – оптическая сила линзы.

Для того, чтобы убедиться в пригодности формулы  тонкой линзы, для вашего случая необходимо измерить с помощью этой формулы оптическую силу этой линзы D при различных значениях d и f, найти абсолютные погрешности измерения D и убедиться, что в пределах точности наших измерений оптическую силу линзы можно считать величиной постоянной, т.е. формула работает.

Это можно сделать, измерив расстояния d от предмета до линзы и расстояния f от линзы до реального изображения на экране. Реальное перевернутое изображение на экране для собирающей линзы получается, если предмет расположить от линзы на расстоянии большем фокусного.  При этом если р асстояние  fdf, то изображение будет увеличенным (рис.1), если расстоянии 2fd, то уменьшенным (рис. 2). Наблюдаемым предметом может служить светящийся фонарик.

Ход работы:

1. Расположить фонарик телефона, линзу и экран на подставке на одной линии.

2. Вам необходимо провести три эксперимента, так чтобы фонарик располагался на трех различных расстояниях от экрана. Рекомендуемые расстояния ≈ 20 – 25 см, 40 – 50 см,  90 – 100 см.

3. Поставить лампочку на определенном расстоянии от экрана и включить. Передвигать линзу между фонариком и экраном до тех пор, пока не будет получено резкое изображение светящейся лампочки.

5. Измерить расстояния d и f, как можно точнее, это важно для получения правильного результата. Данные занести в таблицу.

6. Рассчитать по формуле (1) оптическую силу D.

7. Абсолютную погрешность ΔD измерения оптической силы линзы вычислить по формуле: , где Δd и Δf абсолютные погрешности измерения d и  f. Эти погрешности составляют Δd=Δf=1,5 см. (0,5 см при определении положения лампочки и плоскости экрана и 1 см при определении оптического центра линзы).

8. Отложить на оси значения D с интервалами погрешностей для  всех трех измерений в масштабе

        D₁–ΔD₁D₁D₁+ΔD₁, D₂–ΔD₂D₂D₂+ΔD₂, D₃–ΔD₃D₃D₃+ΔD₃

10. Если формула не подходит для расчетов начать работу сначала.

11. В противном случае найти среднее арифметическое значение D_ср.

12. Затем вычислить среднюю арифметическую погрешность ΔD_cр по формуле

  .  

13. Найти относительную погрешность D: ε_D=ΔD_ср ·100%/D_ср.

14. Найти среднее значение фокусного расстояния линзы: F_cр=1/D_ср

15. Так как относительная погрешность оптической силы линзы равна относительной погрешности определения фокусного расстояния: ε_D = ε_F, то абсолютная погрешность ΔF= F_ср· ε_D/100%. 

16. Записать окончательный результат в виде D=D_ср±ΔD_ср , F = F_ср ± ΔF

17. Сделать вывод к работе.

Контрольные вопросы:

1. В каком случае линзу можно считать тонкой?

2. Как по внешним признакам отличить собирающую линзу от рассеивающей?

3. Запишите формулу тонкой линзы.

4. Опишите как определить линейное увеличение линзы.