Цель работы: экспериментальное определение фокусных расстояний тонких линз. Изучение погрешностей линз.
Приборы и принадлежности: оптическая скамья с делениями, две линзы (выпуклая и вогнутая) на ползунках, белый экран на ползунке, диафрагмы. Предметом является диафрагма в виде стрелки, вставленная в осветитель. На всех ползунах имеются визирные метки, с помощью которых фиксируется их положение и относительно шкал.
Упражнение 1. Определение фокусного расстояния положительной линзы.
Существуют различные способы практического определения фокусного расстояния линзы.
Для определения фокусного расстояния собирающей линзы используется метод непосредственного измерения. На оптической скамье устанавливают осветитель 1 с предметной диафрагмой 2 и экран 3 на расстоянии 100 - 150 см друг от друга. Между ними помещают рейтер с собирающей линзой L1 (линза L2 в этом опыте не используется).
Первый способ. По величине расстояния от предмета и его изображения до линзы.
Включите осветитель и поместите на оптическую скамью выпуклую линзу на ползунке и экран. Перемещая линзу L1, находят такое ее положение, при котором получается наиболее резкое изображение предмета − стрелки. По шкале оптической скамьи измеряют расстояния d и f (рис. 8) и вычисляют фокусное расстояние F по формуле (1.6):
Обратите внимание на знаки величин f и d.
Расстояния, отложенные вправо от линзы, будем считать положительными, а расстояния, отложенные влево от линзы – отрицательными. Если знаки d и f одинаковы, то изображение будет мнимым.
Опыт проводят 4 - 6 раз как для уменьшенного, так и для увеличенного изображения предмета. Результаты заносят в таблицу.
| № опыта | d | f | F | ∆ F | ∆ F/F | |
| Средние значения | ||||||
Второй способ. Метод Гаусса-Бесселя.
Фокусное расстояние определяется по формуле Гаусса-Бесселя
(1.7)
Необходимо измерить две величины L и b (L-расстояние от предмета до экрана, b - расстояние между двумя положениями линзы, дающими увеличенное и уменьшенное изображения). Пользуясь формулой (1.7), можно определить фокусное расстояние не только одной линзы, но и системы линз.
Если установить экран на расстоянии L от предмета, причем L>4F, то найдутся 2 положения линзы, при которых на экране получается отчетливое изображения предмета. В одном случае изображение будет уменьшенным, а в другом – увеличенным.
Если обозначить расстояние между этими двумя положениями линзы через b, то из свойства сопряженности положений предмета и изображения следует, что в одном случае
и 
,
а в другом наоборот. Если значения d1 и d2 подставить в формулу
,
то можно определить фокусное расстояние выпуклой линзы
Для определения фокусного расстояния выпуклой линзы поместите экран на скамью на расстояние L>4F от предмета. Поместите между предметом и экраном выпуклую линзу и получите отчетливое изображение стрелки сначала уменьшенное, потом – увеличенное (не смещая экрана) и определите расстояние b между этими положениями линзы.
Определите главное фокусное расстояние линзы по формуле Гаусса-Бесселя. Повторите опыт 3 раза и определите среднее значение F.
| N0 | L | b | F | DF | c, % | F±DF |
| 1. | ||||||
| 2. | ||||||
| 3. |
При работе обратите внимание на то, чтобы свет проходил через линзы (центровка системы).
Упражнение 2. Определение фокусного расстояния отрицательной линзы.
Отрицательная линза всегда дает мнимое изображение. Эту трудность преодолевают использованием вспомогательной собирающей линзы. Фокусное расстояния вогнутой линзы L1 определяют следующим образом: с помощью выпуклой линзы получают четкое уменьшенное изображение (упр. 1).
Относительно шкалы оптической скамьи фиксируют положение экрана. 
Затем между положительной линзой и экраном помещают отрицательную линзу L2 вплотную к положительной и измеряют расстояние f (расстояние между отрицательной линзой и экраном). Удаляя экран от отрицательно линзы, опять получают четкое увеличенное изображение предмета.
Вследствие обратимости хода лучей можно рассматривать лучи, дающие изображение A1B1, как лучи распространяющиеся от предмета A2B2. Тогда изображение A1B1 − есть мнимое изображение предмета A2B2, поэтому расстояние от линзы L2 до A1B1 равно f, а от линзы L2 до A2B2 − равно d. Эти величины измеряются непосредственно при проведении опыта.
Учитывая, что f имеют в данном случае отрицательный знак, напишем формулу линзы 1.6
Откуда 
По этой формуле фокусное расстояние находят 3 раза.
Упражнение 3. Сферическая аберрация.
Для определения продольной сферической аберрации S = OS``- OS` необходимо ограничивать световой пучок, вставляя в оправу линзы круглую или кольцевую диафрагму.
Получив увеличенное изображение предмета (упр. 1) с помощью положительной линзы, направляя луч света поочередно в круглую и кольцевую диафрагму и перемещая экран относительно линзы, получают резкое изображение предмета для каждого случая. Для двух случаев измеряют расстояние от линзы до экрана. Получают OS` (для круглой) и OS`` (для кольцевой) диафрагм.
Разность S=OS``-OS` и есть величина сферической аберрации.
Измерения проделать 2-3 раза и результаты занести в таблицу:
| OS’’ | OS’ | S | DS | с,% | S±DS, см |
| 1. | |||||
| 2. | |||||
| 3. |
Проанализировать полученные результаты сделать выводы.
Лабораторная работа № 2