Урок лабораторная работа по физике «Определение главного фокусного расстояния и оптической силы линзы»

Феденева Наталия Владимировна

МБОУ «Гимназия №1 имени А.А. Иноземцева»

город Братск Иркутская область

Лабораторная работа

(11 КЛАСС, ДИФФЕРЕНЦИРОВАННАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА)

Определение главного фокусного расстояния
и оптической силы линзы.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
научиться определять фокусное расстояние и оптическую силу линзы.
2. ТЕОРИЯ:
Главным фокусным расстоянием линзы называется расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса. Оптическая сила линзы Ф есть величина, обратная фокусному расстоянию:

Оптическая сила характеризует преломляющую способность линзы и выражается в диоптриях. За 1 дптр принята оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1м. Оптическая сила вогнутых линз отрицательна.

Главное фокусное расстояние f, расстояние от оптического центра линзы до предмета d и до его изображения d’ связаны формулой:


Главное фокусное расстояние и оптическую силу линзы можно определить опытным путем.
3. ОБОРУДОВАНИЕ
- двояковыпуклая линза;
- электрическая лампочка (или свеча);
- экран;
- линейка.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

(НИЗКИЙ И ОПТИМАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ ВЫПОЛНЕНИЯ)
Измерение фокусного расстояния и оптической силы линзы

1 часть:

Оборудование: собирающая (двояковыпуклая) линза, экран, линейка.

Указания к выполнению работы:

1. Расположив линзу между окном и экраном, получите на экране резкое изображение какого-либо удаленного предмета (здания за окном, дерева или, в крайнем случае, окна кабинета, или находящейся как можно дальше от вас осветительной лампы).

2. Измерьте расстояние от линзы до полученного изображения. Это и есть (приблизительно) фокусное расстояние F линзы. Выразите полученный результат в сантиметрах и метрах.

3. Рассчитайте оптическую силу D линзы. В каких единицах она измеряется?

________________________________________________________________________

2 часть:

Оборудование: свеча, собирающая линза, экран, измерительная лента.

Указания к выполнению работы:

1. Измерив фокусное расстояние F линзы, рассчитайте удвоенное фокусное расстояние 2F. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

2. Зажгите свечу. Поместив линзу на середине стола, расположите свечу на таком расстоянии d от нее, которое превышало бы фокусное более чем в 2 раза (d>2F). Перемещая экран, получите на нем резкое изображение пламени свечи. Измерьте расстояние f от линзы до изображения.

3. Расположите свечу на таком расстоянии d от линзы, чтобы F<d<2F. Снова получите на экране резкое изображение пламени свечи. Перемещая экран, получите на нем резкое изображение пламени. Измерьте новое расстояние f от линзы до изображения.

4. Заполните таблицу.

Для успешного выполнения работы необходимо верно измерить фокусное расстояние линзы.

Вопросы

Чему равна скорость света и изменяется ли она при переходе света из одной среды в другую?

В чём состоит физ. смысл абсолютного показателя преломления вещества?

В чём состоит смысл относительного показателя преломления вещества?

В чём состоит явление полного внутреннего отражения (ПВО) и при каком условии это явление происходит?

Постройте ход монохроматического луча через призму с .

Постройте ход монохроматического луча через стеклянную плоскопараллельную пластинку, находящуюся в воздухе.

Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы.

(ДОСТАТОЧНЫЙ И ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ ВЫПОЛНЕНИЯ)

Оборудование:Измерительная лента, собирающая линза, лампочка на подставке, источник тока, выключатель, экран, соединительные провода.

Цель работы: проверить пригодность формулы тонкой линзы для вашей линзы и определить оптическую силу и фокусное расстояние линзы.

Для того, чтобы убедиться в пригодности формулы  тонкой линзы, для вашего случая необходимо рассчитать с помощью этой формулы оптическую силу этой линзыD при различных значениях d и f, найти абсолютные погрешности измеренияD и убедиться, что в пределах точности наших измерений оптическую силу линзы можно считать величиной постоянной, т.е. формула работает.

Это можно сделать, измерив расстояния d от предмета до линзы и расстояния f от линзы до реального изображения на экране. Реальное перевернутое изображение на экране для собирающей линзы получается, если предмет расположить от линзы на расстоянии большем фокусного.  При этом если расстояние  f<d< 2f, то изображение будет увеличенным , если расстоянии 2f<d, то уменьшенным . Наблюдаемым предметом может служить светящаяся спираль лампочки.

Проведение работы:

1. Собрать электрическую цепь, подключив лампочку к источнику тока через выключать.Лампочку включать только на время проведения эксперимента!

2. Нарисуйте схему электрической цепи.

3. Вам необходимо провести три эксперимента, так чтобы лампочка располагалась на трех различных расстояниях от экрана. Рекомендуемые расстояния ≈ 20 -25 см, 40 – 50 см,  90 – 100 см. Поставить лампочку на определенном расстоянии от экрана и включить. Передвигая линзу по измерительной ленте до тех пор пока не будет получено резкое изображение светящейся перевернутой спирали лампочки.

4. Измерить расстояния d и f, как можно точнее, это важно для получения правильного результата. Данные занести в таблицу.

5. Рассчитать оптическую силу D и фокусное расстояние F для каждого опыта.

7. Абсолютную погрешность ΔD измерения оптической силы линзы вычислить по формуле: , где Δd и Δf абсолютные погрешности измерения d и  f. Эти погрешности составляют Δd=Δf=1,5 мм. ( 0,5 мм при определении положения спирали лампочки и плоскости экрана и 1 мм при определении оптического центра линзы.

8. Ответ запишите в виде интервала

D₁–ΔD₁<D<D₁+ΔD₁

D₂–ΔD₂<D<D₂+ΔD₂

D₃–ΔD₃<D<D₃+ΔD₃

9. Сделать вывод о справедливости или несправедливости формулы линзы в нашем случае: _________________________________________________________

10. Если формула не подходит для расчетов сдать работу и закончить выполнение работы.

11. В противном случае найти среднее арифметическое значение D_ср.

12. Затем вычислить среднюю арифметическую погрешность ΔD_cр по формуле

.  

13. Найти относительную погрешность ε_D=ΔD_ср·100%/D_ср.

14. Найти среднее значение фокусного расстояния линзы: F_cр=1/D_ср

15. Так как относительная погрешность оптической силы линзы равна относительной погрешности определения фокусного расстояния: ε_D= ε_F, то абсолютная погрешность ΔF=F_ср· ε_D/100%. 

16. Окончательно D=D_ср±ΔD_ср

17. Объясните, почему вы считаете, что формула тонкой линзы в данном эксперименте справедлива.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Изменится ли изображение предмета на экране, если половину линзы закрыть светонепроницаемой бумагой?

2. Определить главное фокусное расстояние линз, оптическая сила которых равна 13.3 и 16.6 дптр.

3. Где относительно линзы следует поместить предмет, чтобы получилось мнимое изображение?

4. Определить фокусное расстояние линзы, если радиусы кривизны ее поверхностей равны 4 см и 6 см, а коэффициент преломления материала линзы – 1,5.

5. Предмет удален от оптического центра собирающей линзы на 40 см. На экране получилось действительное, равное изображение предмета. Чему равны главное фокусное расстояние и оптическая сила линзы?

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/89035-urok-laboratornaja-rabota-po-fizike-opredelen