fizyka-O5.doc

1.      Wstęp teoretyczny.

Soczewką  nazywamy ciało przezroczyste ograniczone dwiema powierzchniami kulistymi (wypukłymi  lub wklęsłymi )  lub jedną powierzchnią  kulistą  a  jedną  płaską. Promieniami  krzywizn  soczewki  nazywamy  promienie  kul ,  których  częściami  są  powierzchnie  ograniczające  soczewkę ,  natomiast  środki  tych  kul  nazywamy  środkami  krzywizn  soczewki.  Przy  opisie  soczewek  przyjmujemy ,  że  promienie  krzywizny  wypukłych  powierzchni  soczewki  są  wielkościami  dodatnimi ,  a  promienie  krzywizny  wklęsłych  powierzchni  soczewki  -  wielkościami  ujemnymi.  Powierzchnia  płaska  posiada  nieskończony  promień  krzywizny.  Główną  osią  optyczną  soczewki  nazywamy  prostą  przechodzącą  przez  środki  krzywizny  obydwu  powierzchni.  Soczewkę  nazywamy  cienką ,  jeżeli  jej  grubość  jest  znacznie  mniejsza  od  promieni  krzywizny  powierzchni  ograniczającej  soczewkę  i  dalej  będę  rozpatrywał  tylko  takie  soczewki.  W  soczewce  cienkiej  można  uznać ,  że  punkty  przecięcia  głównej  osi  optycznej  z  obu  powierzchniami  soczewki  przypadają  praktycznie  w  tym  samym  punkcie  zwanym  środkiem  soczewki.

              Soczewkę  nazywamy  skupiającą ,  jeżeli  promienie  równoległe  do  głównej  osi  optycznej  po  przejściu  przez  soczewkę  odchylają  się  ku  osi ,  rozpraszającą  -  jeżeli  promienie  równoległe  do  głównej  osi  optycznej  po  przejściu  przez  soczewkę  odchylają  się  od  osi.  Promienie  przyosiowe (padające  pod  niewielkim  kątem  na  powierzchnię  soczewki  w  pobliżu  jej  środka ) biegnące  równolegle  do  głównej  osi  optycznej ,  po  przejściu  przez  soczewkę  zbierającą  skupiają  się  w  jednym  punkcie ( F ) zwanym  ogniskiem  soczewki.  Pozorne  ognisko  soczewki  rozpraszającej  wyznaczają  wsteczne  przedłużenia  promieni  rozproszonych   przez  soczewkę.  Każda  soczewka  ma  dwa  ogniska  położone  w  równych  odległościach  po  obu  stronach  soczewki.

              Odległość  ( f ) ogniska  od  środka  soczewki  nazywamy  ogniskową  soczewki.  Wartość  ogniskowej  soczewki  określona  jest  wzorem:

                                                        f  -  ogniskowa  soczewki

                                                        r1 ,  r2-  promienie  krzywizn  soczewek

                                                        ns -  współczynnik  załamania  materiału  soczewki

                                                        no - współczynnik  załamania  otaczającego  ośrodka

         Soczewka  skupiająca                                                                Soczewka  rozpraszająca

              Dla  soczewek  skupiających  f > 0 ,  dla  rozpraszających  f > 0.  Z  wcześniej  podanego  wzoru  wynika,  że  o  rodzaju  soczewki ( skupiająca ,  rozpraszająca ) decyduje  zarówno  geometria  soczewki  oraz  rodzaj  materiału ( ns ) ,  z  którego  wykonano  soczewkę  i  ośrodek (no ) ,  w  którym  soczewka  jest  umieszczona.

              Za  pomocą  soczewek  skupiających  otrzymujemy  obrazy  rzeczywiste  -  powstające  w  wyniku  przecięcia  promieni ,  lub  urojone ( pozorne ) -  powstające  w  wyniku  przecięcia  przedłużeń  promieni.  Soczewki  rozpraszające  pozwalają  otrzymać  tylko  obraz  pozorny  przedmiotu.

2. Przebieg pomiarów.

Zadanie 1. Wyznaczanie f z pomiaru odległości przedmiotu i obrazu od soczewki

Przyrządy: ława optyczna, oświetlacz ze szczeliną, soczewki, ekran.

Korzystając z równania soczewki:                                              

gdzie: x – odległość przedmiotu od soczewki,

           y – odległość obrazu od soczewki

wyznaczyć ogniskową soczewki zbierającej.

      Oświetlacz                                                             Soczewka                          Ekran

     ze szczeliną

                                                          x                                                    y

Wykonanie ćwiczenia:

-         przesuwając wzdłuż ławy optycznej soczewkę znajdujemy takie jej położenie, przy którym powstający na ekranie obraz jest ostry,

-         notujemy odległości ai przedmiotu od soczewki i odległość bi obrazu od soczewki,

-         czynności te powtarzamy kilkakrotnie,

-         obliczamy wartości średnie wielkości x i y,

-         obliczmy wartość ogniskowej fs soczewki skupiającej.

Zadanie 2. Wyznaczanie ogniskowej soczewki skupiającej metodą Bessela

              Przy danej odległości ekranu od świecącego przedmiotu istnieją dwa różne położenia soczewki, przy których powstają na ekranie rzeczywiste, ostre obrazy przedmiotu (powiększony i pomniejszony).

      Oświetlacz                                   Różne położenia soczewki                          Ekran

     ze szczeliną

                                                                                                d                          a2                                       

                                                                                                      a1           

                                                                                  e

Wykonanie ćwiczenia:

-         zmierzyć odległość od ekranu do przedmiotu e,

-         przesuwając wzdłuż ławy optycznej soczewkę zbierającą znaleźć takie położenie soczewki, przy którym na ekranie otrzymamy ostry obraz pomniejszony,

-         zanotować wartość a1,

-         przesuwając soczewkę w stronę ekranu znaleźć takie jej położenie przy którym na ekranie powstaje ostry obraz pomniejszony,

-         zanotować wartość a2,

-        

czynności te powtórzyć kilkakrotnie, wyznaczając ogniskową soczewki ze wzoru:

Tabela pomiarów dla soczewki 1.