Порядок выполнения работы

1. Внимательно рассмотрите окно опыта, показанное на рисунке 7.2, и зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы.

2. Зацепите мышью движок регулятора длины волны монохроматического света и установите первое значение длины волны из таблицы 1 для вашей бригады. Аналогичным образом установите первое значение радиуса кривизны линзы R.

ВНИМАНИЕ! Цель работы - проверить соответствие установочного значения радиуса кривизны линзы и рассчитанного по формуле (7.7).

 

Рис.7.2

3. По формуле и указанному значению r ₁ в правом нижнем прямоугольнике окна опыта рассчитайте значения радиусов 3, 4, 5 и 6-ого тёмных колец Ньютона и запишите эти значения в таблицу 2.

4. По формуле (7.7) для m₁ = 3 и n₁ = 5 и m₂ = 4 и n₂ = 6 рассчитайте радиусы кривизны линзы R^*₁ и R^*₂ и запишите эти значения в табл.2.

5. Установите мышью вторые значения радиуса кривизны линзы и длины волны из таблицы 1 и выполните измерения п.п. 3 и 4.

6. Проанализируйте полученные результаты и оцените погрешность проведённых измерений.

 

Таблица 1. Значения длины волны и радиуса кривизны линзы.

 

Бригады	l1, нм	l2, нм	R1, см	R2, см
1,5
2,6
3,7
4,8

 

Таблица 2. Результаты измерений и расчетов.

l1= _____ R1 = _____	l2 = ____ R2 = _____
r3	r5	r4	r6	r3	r5	r4	r6
=	=	=	=

 

 

Вопросы допуска

1. Что такое полосы равной толщины и равного наклона? Где они локализованы?

2. Проведите расчёт интерференционной картины в тонкой плёнке.

3. Что называется временем когерентности немонохроматической волны?

9. Что называется длиной когерентности?

Контрольные вопросы

1. Почему для немонохроматического света число видимых интерференционных колец будет ограниченным? От чего будет зависеть это число?

2. Объясните, почему расстояние между кольцами изменяется с изменением радиуса кривизны линзы при неизменной длине волны?

3. Как изменится картина колец Ньютона, если воздушный зазор между линзой и пластиной заполнить водой?

4. Почему в отражённом свете в центре наблюдается тёмное кольцо?

10. Как изменится картина колец Ньютона, если наблюдение проводить в проходящем свете?

11. Как изменится картина колец Ньютона, если изменить длину волны света?

8. Почему масляное пятно на поверхности жидкости имеет радужную окраску?

12. Объясните, как явление интерференции света в тонких плёнках используется для просветления оптики?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№8

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Вопросы допуска

1.Что называется линзой? Какие типы линз вы знаете?

 

2.Поясните оптическую схему микроскопа и человеческого глаза.

3.Формула увеличения микроскопа.

Запустите программу «Оптика», «Микроскоп». Нажмите вверху внутренних окон указанных разделов кнопки с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения об этих оптических системах и запишите их в свой конспект (см.также теоретические сведения, приведенные в разделе «Элементы геометрической оптики»).

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

· Ознакомление с оптическими схемами микроскопа и человеческого глаза

· Моделирование этих схем из простых линз.

· Проверка формулы увеличения микроскопа.

 

Содержание и метод выполнения работы

 

1. Микроскоп предназначен для наблюдения мелких предметов, не различимых глазом. На рис. 7.3 показана оптическая схема микроскопа. Микроскоп состоит из двух линз: короткофокусного объектива 1 и окуляра 2, фокусное расстояние которого больше, чем у окуляра. Предмет Y располагается вблизи первого фокуса объектива так, что действительное увеличенное обратное изображение - получается вблизи первого фокуса окуляра 2 – между ним и окуляром. Окуляр действует как лупа, давая мнимое изображение - на расстоянии наилучшего зрения d₀ (d₀ = 0,25 м) от глаза 3, который находится непосредственно за окуляром 2. Лучи 1,2,3 позволяют получить изображение - ; лучи 1¢, 2¢, 3¢, попадая в систему глаза 3, сходятся на сетчатке глаза, где дают изображение, соответствующее мнимому изображению - , даваемому окуляром как лупой. Без участия глаза изображения не видно, а из окуляра выходит расходящийся пучок лучей. Расстояние D между вторым фокусом объектива и первым фокусом окуляра называется оптическим интервалом.

 

1

2

1 3

Y 2 F₁ F₂

F₁ 3

-Y¢ 3¢

-Y ¢¢ D 2¢

1¢

d₀

Рис.7.3

 

Если предмет Y поместить на расстоянии d₁ от объектива микроскопа, его изображение Y´ будет находиться от объектива на расстоянии f₁, удовлетворяющем уравнению

 

.

Изображение предмета будет увеличено при этом в раз. (10.1)

Окуляр располагают относительно изображения Y´ так, чтобы оно рассматривалось через него как через лупу. Окончательное изображение Y´´ будет мнимым и отстоять от окуляра на расстоянии . Если расстояние от окуляра до промежуточного изображения Y´ подобрано так, что оно удовлетворяет уравнению

,

то увеличение изображения Y´, даваемое окуляром, при этом окажется равным

. (10.2)

Увеличение микроскопа Г вычисляется как произведение увеличений объектива и окуляра:

Г = k_обk_ок (10.3)

 

В случае, когда F₁ и F₂ много меньше оптического интервала D, увеличение микроскопа выражается простой формулой: . (10.4)

 

ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Микроскоп.

1.Подведите маркер мыши к движку регулятора фокусного расстояния объектива микроскопа, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, перемещайте движок до установки , взятого из таблицы 1 для вашей бригады.

2.Установите аналогичным образом фокусное расстояние окуляра и запишите эти значения в табл. 2.

4. С помощью миллиметровой линейки измерьте расстояния и запишите их в таблицу 2.

5. По формулам (10.1) и (10.2)и (10.3) рассчитайте kоб, kок и Г и запишите эти значения в табл. 2.

4.Рассчитайте по формуле (10.4) теоретическое значение оптического интервала Dт по параметрам, указанным в нижней части окна.

6.Определите масштаб шкалы окна оптической схемы микроскопа. Для этого измерьте с помощью миллиметровой линейки на экране монитора фокусное расстояние и сопоставьте его со значением, указанным в левом нижнем прямоугольнике окна оптической схемы.

7.Измерьте с помощью миллиметровой линейки на экране монитора оптический интервал микроскопа, приведите его в соответствие с масштабом шкалы окна и запишите полученное значение интервала в табл. 2 (графа Dэ).

8.Сопоставьте полученные экспериментальные значения оптического интервала и увеличения микроскопа с указанными в окошке опыта значениями и сделайте анализ опыта.

9. Сделайте оценку погрешности измерений.

ТАБЛИЦА 1.

 

Бригада
F1 мм
F2 мм

ТАБЛИЦА 2.

 

 

F1 мм	F2 мм	d1 мм	d2 мм	f1 мм	f2 мм	kоб	kок	Г	∆э мм

 

ЭКСПЕРЕМЕНТ 2 ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ГЛАЗА

Установить «тип глаза» в положение «нормальный».

1. В левом углу рисунка установите положение «линзы нет».

2. Подведите маркер мыши к движку регулятора расстояния предмета до глаза, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, перемещайте движок до установки , взятого из таблицы 3 для вашей бригады.

3. Фиксируйте положение изображения предмета на сетчатке глаза.

4. Установите положение «близорукий» и фиксируйте положение изображения предмета на сетчатке глаза. Какую разницу между близоруким и нормальным зрением вы наблюдаете?

5. Установить линзу и изменяя ее оптическую силу добиваться получения изображения соответствующему нормальному зрению.

6. По полученному значению подобрать очки для данного глаза.

7. Те же самые исследования провести для дальнозоркого глаза.

 

**

Вопросы и задания для самоконтроля

 

1. Как можно построить изображение произвольной точки в любой линзе?

2. Можно ли с помощью рассеивающей линзы получить увеличенное изображение?

3. Можно ли с помощью собирающей линзы получить уменьшенное изображение предмета?

4. Сформулируйте принцип Ферма.

5. Что называется оптической силой линзы, в каких единицах эта сила измеряется?

6. Запишите формулу тонкой линзы.

7. Назовите аберрации оптических систем.

8. Постройте ход лучей в микроскопе.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики.–М.: Высшая школа, 1970.

2. Трофимова Т.И. Курс физики.–М.: Высшая школа, 1994.

3. И.А. Эссаулова, М.Е.Блохина, Л.Д.Гонцов. Руководство к лабораторным работам по физике.–М.: Высшая школа, 1983.

4. Савельев И.В. Курс общей физики.–М.: Наука1998.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ…………………………………………………

Оптика

Составители:

Фиданис Фанавиевич Тимерханов

Ринат Баязитович Салихов

 

 

Редактор Т.В.Подкопаева