Основные сведения

Фокусным расстоянием тонкой линзы называется расстояние между оптическим центром и фокусом линзы.

Оптический центр линзы обладает тем свойством, что лучи проходят через него, но не изменяя направления, т.е. не преломляясь. Луч, проходящий через оптический центр линзы, принято называть оптической осью. Та из оптических осей, которая проходит через центры кривизны обеих сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью, другие оси являются побочными.

Главным фокусом линзы называется точка, в которой после преломления пересекаются лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси. Элементарная теория оптических стекол приводит к следующей формуле линзы:

, (1)

где d – расстояние от предмета до линзы; f – расстояние от изображения до линзы; n – показатель преломления материала линзы, n_o – показатель преломления среды, в которой находится линза, R₁ и R₂ – радиусы кривизны сферических поверхностей линзы.

Эта формула справедлива для собирающих и рассеивающих линз при любом расположении предмета. Необходимо только принимать во внимание знаки величин d, f, R₁, R₂, считая их положительными, если расстояние отложены вправо от линзы, и отрицательными, если они отложены влево от линзы (при направлении луча слева направо).

Таким образом, если линза двояковыпуклая, а предмет изображения лежит по разные сторона линзы, формула (1) примет вид:

(2)

или, если ввести фокусное расстояние F,

. (3)

Для рассеивающей линзы предмет и изображение всегда лежат с одной стороны линзы (изображение мнимое), и поэтому формула линзы принимает вид:

Фокусное расстояние рассеивающей линзы отрицательно.

Определение фокусного расстояния линзы может быть проверено различными способами. Наиболее простой из них заключается в получения на экране с помощью исследуемой собирающей линзы действительного изображения удаленного предмета. Предполагая, что лучи от удаленного светящегося предмета падают на линзу параллельным пучком, можно принять расстояние между линзой и изображением светящегося предмета равным фокусному расстоянию линзы. Ошибка будет тем меньше, чем дальше от линзы будет находиться предмет.

Для определения фокусного расстояния линз существует еще ряд способов. В данной работе применяют два способа.

1) способ определения фокусного расстояния линз путем нахождения расстояний от линзы до предмета и от линзы до изображения (рисунок 1);

2)

Рисунок 1

3) способ перемещения линзы из положения, при котором на экране получается уменьшенное изображение предмета (рисунок 2) при неизменном расстоянии между предметом и его изображением (метод Бесселя)

4)

Рисунок 2

При определении фокусного расстояния рассеивающей (вогнутой) линзы используют комбинацию двух линз: исследуемой – рассеивающей и вспомогательной – собирающей. Работу выполняют на оптической скамье, вдоль которой могут перемещаться держатели с укрепленным на них светящимся предметом (источником света), линзами и экраном. На скамье имеется миллиметровая шкала, позволяющая отсчитывать расстояния между источником света и линзами, между линзами и экраном. Светящийся предмет, линзы и экран должны быть установлены так, чтобы их центры находились на одной высоте и оптическая ось линзы была параллельна оптической скамье. Светящимся предметом служит низковольтная электрическая лампочка, заключенная в металлический цилиндр с круглым окном.

Дата добавления: 2015-08-26