Лабораторная работа №11. «Измерение фокусного расстояния

Лабораторная работа №11.
«Измерение фокусного расстояния рассеивающей линзы».
Цель работы: изучение формулы тонкой линзы.
Задачи работы: определить фокусное расстояние и оптическую силу рассеивающей линзы.
Оборудование: линейка с миллиметровыми делениями; источник питания; лампа накаливания
МН 3,5 В; 0,28 А на подставке (вместо лампы может быть использована парафиновая свеча);
ключ; провода соединительные; экран белый; линза двояковыпуклая (собирающая); линза
двояковогнутая (рассеивающая).
Теория и метод выполнения работы
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 использовать вторую собирающую линзу. Получив
с помощью собирающей линзы действительное изображение S’ источника света на экране, можно
поставить между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное
изображение источника света при этом смещается. Новое положение изображения S” можно найти
перемещением экрана. Используя свойство обратимости световых лучей, можно принять, что
световые лучи выходят из точки S”, а в точке S’ получается изображение точки S”.
Обозначив расстояния от точек S” и S’ до рассеивающей линзы соответственно через d и f,
запишем формулу тонкой линзы с учётом правила знаков  D  
1 1 1
  . Следовательно,
F d f
выражение для расчёта оптической силы рассеивающей линзы принимает вид D 
d f
.
d f
Ход работы:
1. С помощью собирающей линзы получить на экране действительное изображение нити
лампы или пламени свечи (Осторожно пламя свечи!!!).
2. Поставьте между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Измерьте
расстояние f от экрана до рассеивающей линзы.
3. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране чёткое изображение
нити лампы или пламени свечи (Осторожно пламя свечи!!!). Измерьте расстояние d от
экрана до рассеивающей линзы.
4. Рассчитайте абсолютные погрешности однократных измерений расстояний d и f . При этом
учитывать, что измерительная линейка лишена класса точности. В общем виде выражение
для расчёта абсолютной погрешности имеет вид:
f  d  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, абсолютные погрешности однократного измерения расстояний f и d равны
между собой: f  d 
с
. Возможен вариант принятия абсолютной погрешности
2
измерения длины за цену деления линейки – как в заданиях тестовой части на ЕГЭ по
физике.
5. Рассчитайте оптическую силу рассеивающей линзы по формуле D расч 
d f
.
d f
6. Оцените
измерения
оптической
силы
измерения
оптической
силы
относительную
погрешность
рассеивающей линзы по формуле  D 
7. Рассчитайте
абсолютную
косвенного
f  d 2  d  f 2
.
d  f  d  f 
погрешность
косвенного
рассеивающей линзы по формуле D   D  D расч .
8. Окончательный результат косвенного измерения оптической силы рассеивающей линзы
представить в виде D  D расч  D  дптр.
9. Рассчитать нижнюю и верхнюю границы оптической силы рассеивающей линзы и
изобразить интервал на числовой оси.
10. Рассчитать фокусное расстояние рассеивающей линзы по формуле Fрасч 
1
D расч
.
11. Определить нижнюю границу значений фокусного расстояния рассеивающей линзы по
формуле НГ ( Fрасч ) 
1
.
D расч  D
12. Определить верхнюю границу значений фокусного расстояния рассеивающей линзы по
формуле ВГ ( Fрасч ) 
1
.
D расч  D
13. Изобразить интервал значений фокусного расстояния рассеивающей линзы и определить
абсолютную погрешность F.
14. Окончательный результат косвенного измерения фокусного расстояния рассеивающей
линзы представить в виде F  Fрасч  F  мм.
15. Сформулировать общий вывод.
Таблица результатов измерений и вычислений
«Измерение фокусного расстояния рассеивающей линзы».
Расстояние от экрана до рассеивающей линзы
f
=
Новое расстояние от экрана до рассеивающей линзы
d
=
Абсолютная погрешность измерения расстояния
f=d =
(цена деления линейки)
Расстояние от экрана до рассеивающей линзы
f
=
Новое расстояние от экрана до рассеивающей линзы
d
=
Расчётное значение оптической силы
D
=
рассеивающей линзы
Относительная погрешность косвенного измерения
=

оптической силы рассеивающей линзы
Абсолютная погрешность
D =
Оптическая сила рассеивающей линзы
D
= (
Нижняя граница оптической силы
НГ(D) =
рассеивающей линзы
Верхняя граница оптической силы
ВГ(D) =
рассеивающей линзы
Расчётное значение фокусного расстояния
F
=
рассеивающей линзы
Нижняя граница фокусного расстояния
НГ(F) =
рассеивающей линзы
Верхняя граница фокусного расстояния
ВГ(F) =
рассеивающей линзы
Абсолютная погрешность фокусного расстояния
F =
рассеивающей линзы
Фокусное расстояние рассеивающей линзы
F
= (
мм
мм
мм
м
м
дптр
дптр
±
) дптр
дптр
дптр
мм
мм
мм
мм
±
) мм