11 класс Физический практикум: «Определение оптической силы линзы»

Нерода Ирина Павловна

учитель физики,

МБОУ «СШ №16» г.Ачинска

Класс: 11

Тема урока «Физический практикум: определение фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линз»

Тип урока: урок закрепления знаний.

Цели урока: выяснить, как определять фокусное расстояние собирающей и рассеивающей линзы

Задачи практикума:

обучить методам и приемам применения теоретических сведений, приобретаемых на уроках, к реализации некоторых конкретных физических заданий;

обучить методам и технике проведения самостоятельных физических исследований, приобретение практических навыков;

экспериментальное изучение и проверка основных физических законов;

обучить практическому анализу получаемых экспериментальных результатов: оценка порядков изучаемых величин, их точности и достоверности;

обучить технике применения измерительных приборов и лабораторного оборудования в процессе выполнения самостоятельных исследований;

обучение приемам и методам обработки и оформление экспериментальных результатов: ведение записей в тетрадях, представление результатов в виде таблиц, графиков;

повторить и углубить пройденный материал.

Оборудование: 1) лента измерительная, 2) батарея аккумуляторов, 3) лампочка на подставке, 4) выключатель, 5) провода соединительные, б) экран белый со щелью, 7) линза двояковыпуклая 8) линза двояковогнутая.

Ход урока

Организационный момент

Учитель знакомит учащихся с требованиями выполнения работ физического практикума.

Ученики самостоятельно выполняют работу по инструкции.

Учитель беседует с учащимися, выставляет оценку за работу.

Инструкция к работе

Краткие теоретические сведения

В большинстве реальных оптических систем содержится несколько преломляющих, сферических поверхностей. Оптическую систему называют центрированной, если центры всех поверхностей лежат на одной прямой, которую называют главной оптической осью системы.

Простейшей центрированной оптической системой является линза. Она представляет собой прозрачное, обычно стеклянное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. В частном случае одна из поверхностей может быть плоской (рис. 1).

Точки пересечения поверхностей линзы с ее главной оптической осью называются вершинами преломляющих поверхностей. Расстояние между вершинами именуется толщиной линзы. Если толщиной линзы можно пренебречь по сравнению с меньшим из радиусов кривизны, ограничивающих линзу поверхностей, линза называется тонкой. Рассмотрением тонких линз мы и ограничимся. В тонкой линзе вершины преломляющих поверхностей можно считать совпадающими в одной точке О (рис. 2), которую называют оптическим центром линзы. Прямая, проходящая через оптический центр и не совпадающая с главной оптической осью, называется побочной или вспомогательной оптической осью.

Р
Различают два типа линз: собирающие и рассеивающие. Параллельные лучи, идущие через собирающую линзу, отклоняются к ее главной оптической оси, а через рассеивающую линзу — в сторону от оси. В воздухе линзы, имеющие большую толщину в середине, чем по краям, являются собирающими, а более толстые у краев, чем в середине, — рассеивающими.

Точка F, в которой пересекаются после преломления лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, называется фокусом, а плоскость, проходящая через фокус и перпендикулярная главной оптической оси—фокальной плоскостью. В случае собирающей линзы фокус действительный (рис. 3 а), для рассеивающей линзы фокус мнимый (рис. 3 б), так как в точке F пересекаются не сами лучи, а их продолжения.

Если линза находится в однородной среде, то у нее имеются два фокуса по разные стороны линзы, расстояния до которых от оптического центра линзы (фокусные расстояния) одинаковы. Фокусные расстояния часто обозначают той же буквой F, что и фокусы.

Величину, обратную фокусному расстоянию, называют оптической силой линзы. Ее обозначают буквой D:

Оптическую силу D выражают в диоптриях (Дптр). Оптической силой в 1 Дптр обладает линза с фокусным расстоянием в 1 м. Для собирающих, линз D > 0, для рассеивающих линз D < 0.

Если известно положение линзы и ее фокусов, изображение А; предмета А может быть найдено путем простых геометрических построений.

Чтобы построить изображение светящейся точки в линзе, нужно из нее провести два луча, падающие на линзу. Изображение точки лежит на пересечении этих лучей (или их продолжений) после прохождения линзы. Обычно проводят лучи через оптический центр линзы (они не преломляются) и параллельно главной оптической оси (они после преломления в линзе пересекают фокус). Рис. 4 иллюстрирует эти построения для собирающих и рассеивающих линз.

Если определять положение предмета и изображения по их расстояниям d и  , соответственно, от линзы, то легко установить соотношение между этими расстояниями и фокусным расстоянием линзы. Это соотношение называется формулой тонкой линзы и имеет вид

(2)

причем величины d,   и F могут быть как положительными, так и отрицательными. Для собирающей линзы F > О, для рассеивающей линзы F<0

Если изображение действительное, то  > 0, если мнимое, то  < 0.

Наконец, d > 0 в случае действительного предмета  < 0 — в случае мнимого предмета, т. е. когда на линзу падает сходящийся пучок лучей. Измеряя расстояния  и   и применяя формулу тонкой линзы (2) можно экспериментально определить фокусное расстояние  линзы. Определению фокусных расстояний собирающей и рассеивающей тонких линз и посвящена настоящая экспериментальная работа.

Ход работы

Определение фокусного расстояния с обирающей линзы.

Составить электрическую цепь из лампочки, аккумуляторной батареи и выключателя. Лампочку и экран расставляют на противоположных концах стола, а между ними помещают двояковыпуклую линзу. Зажигают лампочку и передвигают линзу вдоль желоба, пока на экране не будет получено резкое изображение накаленной нити лампочки.

Для линзы можно найти два таких положения. Найдя одно из них, расположенное, например, ближе к лампоч­ке, передвигают линзу к экрану и находят для нее вто­рое положение, при котором на экране вновь появляется резкое изображение нити лампочки. Измеряют расстояния от лампочки до линзы и от линзы до экрана в каждом из двух опытов.

Воспользовавшись полученными данными, вычисляем главное фокусное расстояние по формуле

,

Рис. 1Рассеивающая линза

Вследствие того что рассеивающая линза образует только мнимые изображения, положения которых нельзя определить непосредственно при помощи экрана, целесообразно прибегнуть к косвенному методу при опре­делении ее главного фокусного расстояния, применив собира­ющую линзу.

Для этого вдоль желоба между горящей лампочкой и э к­раном устанавливают рассеи­вающую линзу, а между нею и экраном — короткофокусную со­бирающую линзу. Передвигая собирающую линзу и экран, до­биваются получения на экране резкого изображения нити лам­почки в виде светлой точки или полоски. Схема установки и ход лучей показаны на рисунке 1.

Схема расположения линз, источника света и экрана при определении главного фокусного расстояния рассеивающей линзы.

После этого лентой измеряют расстояние d от рассеивающей линзы до лампочки с точностью см. Затем отмечают на желобе место расположения рассеивающей линзы и убирают ее;

изображение на экране исчезает. Придвигают лампочку по на­правлению к собирающей линзе, пока на экране вновь не по­явится резкое изображение нити. Это, очевидно, будет в том случае, когда лампочка попадет в точку  т. е. на место мнимо­го изображения, полученного в рассеивающей линзе.

Измеряют расстояние   от места, где была рассеивающая линза, до лампочки и определяют главное фокусное расстояние по общей формуле линзы:

Расстояние   надо считать здесь отрицательным, как расстояние мнимого изображения до линзы.

Запишите вывод: что вы измеряли, какой получился результат.

Контрольные вопросы:

Что называется линзой?

Что называется фокусом линзы?

Как по внешнему виду определить вид линзы?

Что называется оптической силой линзы? Единицы оптической силы линзы.

Формула тонкой линзы.

Как определить увеличение линзы?

Литература

Физический практикум в школе 7-11 кл (https://infourok.ru/fizicheskiy-praktikum-v-shkole-kl-1408443.html)

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/355612-11-klass-fizicheskij-praktikum-opredelenie-op