“บทเรียนของเลนส์” - เรียนรู้ที่จะสร้างด้วยตัวเองตามแบบที่เสนอ: การนำเสนอบทเรียนในวิชาฟิสิกส์ในหัวข้อ “เลนส์ แกนแสงหลัก เลนส์คืออะไร? ชูภาพของเรื่อง การใช้เลนส์. เลนส์มาบรรจบกัน วัตถุอยู่ระหว่างโฟกัสและโฟกัสคู่ของเลนส์แยก ฉ< d < 2F. Строим вместе.

"เลนส์" - ชื่อหลักในเลนส์ เลนส์ในกล้อง. Biconvex (1) Plano-Convex (2) Concave-Convex (3) เลนส์-ออพติก ร่างกายโปร่งใสล้อมรอบด้วยพื้นผิวทรงกลมสองอัน โครงสร้างในเลนส์แยก: เลนส์เว้าคือ: หากวัตถุอยู่ระหว่างโฟกัสและศูนย์กลางออปติคอล ภาพจะเป็นเสมือน ขยายโดยตรง

"คอนเวิร์สเลนส์" - ? เราพบคุณสมบัติหลักของรังสีวิเศษในเลนส์ที่บรรจบกัน คานหลักสำหรับเลนส์ที่มาบรรจบกัน เลนส์ที่แปลงลำแสงคู่ขนานเป็นลำแสงที่มาบรรจบกัน: O1 - ศูนย์กลางความโค้งของพื้นผิว กำลังแสงของเลนส์ R คือรัศมีความโค้งของพื้นผิว พิจารณาการหักเหของรังสีในเลนส์พลาโนนูน

"ระยะทางและมาตราส่วน" - แก้ปัญหา ถ้ากำหนดมาตราส่วนด้วยเศษส่วนที่มีตัวเศษเป็น 1 แล้ว อัตราส่วน 1:5000000 หมายถึงอะไร? จุลินทรีย์แดฟเนีย บนแผนที่มาตราส่วน ระยะทางคือ 5 ซม. อัลกอริทึมการหาระยะทางบนพื้น: แบบจำลอง รถดับเพลิงในระดับที่ลดลง ระยะทางระหว่างสองเมืองคือ 400 กม.

"ระยะทาง" - จุดออกเดินทาง: เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก. แผ่นเส้นทาง. ในช่วงปีมหาราช สงครามรักชาติเมืองนี้ทนต่อการปิดล้อม 900 วัน การคำนวณระยะทางจาก Novgorod ไปยังจุดที่มาถึง มหาวิหารเซนต์โซเฟีย. คอลัมน์อเล็กซานเดรีย การคำนวณเวลาเดินทาง 1. จุดออกเดินทาง: เมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก จุดเปลี่ยนเส้นทาง: เมืองโนฟโกรอด

"การสร้างภาพในเลนส์" - 1. เลนส์คืออะไร? 2. คุณรู้จักเลนส์ประเภทใดบ้าง? 3. โฟกัสของเลนส์คืออะไร? 4. กำลังแสงของเลนส์คืออะไร? 5. แสงคืออะไร? 6. แสงที่ปรากฎในทัศนศาสตร์เป็นอย่างไร? การสร้างภาพในเลนส์มาบรรจบกัน สร้างภาพในเลนส์ที่แยกออกจากกัน ฤๅษีจริงลดลง สร้างเส้นทางต่อไปของลำแสงในปริซึม

เป้าหมายของการทำงาน:การกำหนดความยาวโฟกัสของเลนส์ที่มาบรรจบกัน

ทฤษฎีโดยย่อ เลนส์ทางเรขาคณิตตามกฎหมาย การขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงแสงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันและกฎการสะท้อนและการหักเหของแสง นอกจากนี้ยังใช้แนวคิด ลำแสง. ลำแสงเป็นเส้นเรขาคณิตที่พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจาย

การหักเหที่ขอบเขตทรงกลมบนมะเดื่อ 1 แสดงเส้นทางของรังสีพาราแอกเซียลจากจุดกำเนิด S 1 ผ่านส่วนต่อประสานทรงกลมระหว่างตัวกลางสองตัวที่มีดัชนีการหักเหของแสง n 1 และ n 2 ; ผม 1 - มุมตกกระทบ r 1 - มุมหักเห ที่จุด S 2 จะได้ภาพ

ได้รับการยอมรับ กฎข้อถัดไปสัญญาณ: วัดระยะทางจากด้านบน เกี่ยวกับพื้นผิวทรงกลม ส่วนที่ฝากไว้กับเส้นทางของรังสีจะถูกบันทึกด้วยเครื่องหมายลบพร้อมลำแสง - พร้อมเครื่องหมายบวก ส่วนที่วางในแนวตั้งฉากกับแกนลำแสงขึ้นจะถูกบันทึกด้วยเครื่องหมายบวก, ลง - ด้วยเครื่องหมายลบ; มุมวัดจากแกนแสง S 1 S 2 มุมตกกระทบและการหักเห - จากปกติ หากนับถอยหลังตามเข็มนาฬิกา มุมจะถูกบันทึกด้วยเครื่องหมายบวก ทวนเข็มนาฬิกา - พร้อมเครื่องหมายลบ

จะเห็นได้จากภาพวาดว่า: , g= -r 1 +u 2 , , , ตามกฎการหักเหของรังสีพาราแอกเซียล:

n 1 ฉัน 1 \u003d n 2 r 1, n 1 (u 1 -g) \u003d n 2 (u 2 -g) หรือ

จุด S 1 และ S 2 ซึ่งเป็นศูนย์กลางของมัดโฮโมเซนตริกที่ถูกเปลี่ยนโดยระบบนี้ เรียกว่าจุดคอนจูเกต ความสัมพันธ์ (1) เรียกว่าสมการของจุดผัน

ค่านี้เรียกว่ากำลังแสงของพื้นผิวทรงกลม

กำลังแสงของเลนส์ เลนส์เป็นส่วนประกอบของวัสดุโปร่งใสที่ล้อมรอบด้วยพื้นผิวทรงกลมสองอัน เลนส์ดังกล่าวมีแกนสมมาตรที่เรียกว่าแกนแสงหลัก เราจะถือว่าเลนส์เป็นระบบออพติคอลในอุดมคติ ระบบออปติคัลในอุดมคติจะให้ภาพของจุดกำเนิดในรูปของจุด การประมาณที่ดีเพียงพอของระบบออปติกในอุดมคติสามารถเป็นระบบที่มีศูนย์กลางได้หากลำแสงพาราแอกเซียลตกกระทบ ต่อไปนี้จะพิจารณาเฉพาะระบบออปติกในอุดมคติเท่านั้น

มาสร้างเส้นทางลำแสงที่ขนานกับแกนลำแสงหลัก О 1 О 1 (รูปที่ 2) สื่อทั้งสองด้านของเลนส์เท่ากัน (ดัชนีการหักเหของแสง n 1) ความหนาของเลนส์ d, เลนส์แก้ว ดัชนีการหักเหของแสง n 2 . จุด F 2 ที่รังสีตกกระทบขนานกับแกนลำแสงหลักตัดกับแกนลำแสงเรียกว่าโฟกัส ให้เราใช้สมการ (1) กับพื้นผิวทรงกลม ฉัน, ครั้งที่สองแล้วไปที่เลนส์โดยรวม ให้เราแสดงพลังแสงตามลำดับ

ไม่มี 1 คุณ 1 +n 2 คุณ 2 = ฉ.1ชั่วโมง 1, (2)

ไม่มี 2 คุณ 2 +n 1 คุณ 3 = ฉ 2h2, (3)

ไม่มี 1 คุณ 1 +n 1 คุณ 3 = ฉชั่วโมง 1. (4)

กำหนดว่า:

สำหรับ เลนส์บาง(ง<< R), поэтому

ฉ = f1 + f2. (7)

จุดสำคัญและระนาบของระบบแสงมากำกับลำแสงกันเถอะ 1 ขนานกับแกนลำแสง (รูปที่ 3) เราดำเนินการต่อไปจนกว่าจะตัดกับความต่อเนื่องของลำแสงที่ผ่านโฟกัส F 2 เราได้จุด K 2 . ไปทางคาน 1 มากำกับลำแสงกันเถอะ 2 . เราได้จุด K 1 . ให้เราวาดระนาบผ่านจุดเหล่านี้ในแนวตั้งฉากกับแกนลำแสงหลัก

ระนาบดังกล่าวเรียกว่าระนาบหลัก และจุด H 1 และ H 2 เรียกว่าจุดหลัก ระนาบหลักคือตำแหน่งของจุดคอนจูเกตที่อยู่ห่างจากแกนลำแสงเท่ากันและอยู่ด้านเดียวกัน ระนาบและจุดคู่นี้เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลัก (สำคัญ) ของระบบออปติกในอุดมคติ

ตำแหน่งของจุดหลักที่สัมพันธ์กับศูนย์กลางออปติคอลของพื้นผิวทรงกลมของเลนส์ถูกกำหนดโดยส่วน x 1 และ x 2

จากรูปที่ 3 จะเป็นดังนี้: . โดยคำนึงถึง (2), (4), (5) เราได้รับ:

องค์ประกอบสำคัญคู่ที่สองคือจุดโฟกัส F 1 และ F 2 และระนาบโฟกัสที่ผ่านจุดโฟกัสที่ตั้งฉากกับแกนลำแสง โฟกัส F 2 ในพื้นที่ภาพเรียกว่าโฟกัสด้านหลัง โฟกัส F 1 ในพื้นที่วัตถุเรียกว่าโฟกัสด้านหน้า โฟกัสเป็นจุดเชื่อมสำหรับจุดที่ไม่มีที่สิ้นสุด ระยะทางจากจุดหลักถึงจุดโฟกัสเรียกว่า ความยาวโฟกัส ( ฉ).

ทางยาวโฟกัสสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์ง่ายๆ กับกำลังแสง จากมะเดื่อ 3 ดังต่อไปนี้:

ชั่วโมง 1 / f 2 \u003d คุณ 3 (10)

โดยคำนึงถึง (4) (สมมติว่าคุณ 1 =0) เราได้รับ:

ff 2 = n 1 , (11)

ff 1 = -n 1 . (12)

หากความยาวโฟกัสแสดงเป็นเมตร กำลังแสงจะแสดงเป็นไดออปเตอร์ ระบบออปติคัลมีกำลังออปติกเป็นบวกหากโฟกัสด้านหน้า F 1 อยู่ทางซ้ายของจุด H 1 และโฟกัสด้านหลัง F 2 อยู่ทางขวาของจุด H 2 (สันนิษฐานว่าแสงกระจายจากซ้ายไปขวา ).

องค์ประกอบสำคัญคู่ที่สามคือจุดปมซึ่งมีคุณสมบัติที่ลำแสง (หรือความต่อเนื่อง) เข้าสู่เลนส์ผ่านจุดปมหนึ่งเมื่อปล่อยไว้จะผ่านจุดปมอีกจุดในมุมเดียวกัน (ในค่าและเครื่องหมาย ) ไปยังแกนลำแสงหลัก ระนาบที่ผ่านจุดปมที่ตั้งฉากกับแกนลำแสงหลักเรียกว่าปม

สำหรับเลนส์บาง ระนาบหลักทั้งสองตรงกันและผ่านศูนย์กลางออปติคอล ดังนั้น a 1 , a 2 , f 1 , f 2 จะนับจากจุดกึ่งกลางทางแสงของเลนส์

การตั้งค่าการทดลองและการวัด

ในการกำหนดความยาวโฟกัสจะใช้ม้านั่งออปติคอลซึ่งด้วยความช่วยเหลือจากผู้ขับขี่กระจกฝ้าส่องสว่างที่มีตารางสี่เหลี่ยมติดตั้งหน้าจอสีขาวและเลนส์ที่เหมาะสม

การศึกษาและการสร้างลักษณะเฉพาะของเลนส์บาง

เครื่องมือและอุปกรณ์เสริม:

1. ม้านั่งออปติคัล

2. ชุดเลนส์;

3. ไฟส่องสว่าง;

5. ชุดฟิลเตอร์สี (cr. - 6500 , เขียว - 54001 , ส้ม - 6150 ฟิออล. - 45001 );

6. ชุดไดอะแฟรมวงแหวน

7. ไม้บรรทัด

การกำหนดความยาวโฟกัสหลักของระบบออปติก

แบบฝึกหัด 1. เรียนรู้จากข้อความต่อไปนี้ถึงวิธีหาความยาวโฟกัสของระบบออพติคัลการรวบรวม

ความยาวโฟกัสหลักของเลนส์ที่มาบรรจบกันสามารถกำหนดได้จากสูตร:

(1)

กำลังแสงของเลนส์บางถูกกำหนดโดยสูตร:

(2)

ที่ไหน ฉ คือความยาวโฟกัสของเลนส์

ฉ - ระยะห่างจากศูนย์กลางออปติคัลไปยังภาพ

ง- ระยะห่างจากศูนย์กลางออปติกไปยังวัตถุ

ร1 และ R2คือรัศมีความโค้งของเลนส์

น คือค่าดัชนีหักเหของเลนส์

ในสูตร (1) และ (2) F, F, d, R 1 และ ร 2 ถือว่าเป็นบวกหากวางจากเลนส์ไปตามลำแสง ส่วนลบ - หากอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม

ความยาวโฟกัส ฉเลนส์สามารถกำหนดได้ด้วยสูตร (1) รู้ งและ ฉ. แต่ในทางปฏิบัติ งและ ฉเป็นการยากที่จะระบุเนื่องจากศูนย์ออปติคัลของเลนส์ L ในกรณีทั่วไปไม่ตรงกับศูนย์กลางของระบบ สามารถดำเนินการได้ดังนี้ จากสูตร (1) จะเห็นได้ว่าปริมาณ งและ ฉสลับกันได้และสูตรนี้จะไม่เปลี่ยนรูปแบบ ในทางปฏิบัติ หมายความว่าหากคุณวางวัตถุในตำแหน่งของภาพ ภาพของวัตถุนั้นจะปรากฏในตำแหน่งที่วัตถุนั้นเคยอยู่

สิ่งนี้สามารถตีความได้ดังต่อไปนี้: หากได้รับเช่นภาพย้อนกลับที่คมชัดและขยายของวัตถุ A "E" บนหน้าจอ (รูปที่ 1) วัด งและ ฉ,จากนั้น เลื่อนเลนส์ L ไป L" โดยไม่แตะต้องวัตถุและหน้าจอ เพื่อให้ระยะห่างระหว่าง L" กับ A"E" เท่ากับ ง.. จากนั้นบนหน้าจอเราจะเห็นภาพที่คมชัดย้อนกลับและลดลงของวัตถุ A"E" ซึ่งจะอยู่ห่างจาก L" เป็นระยะทาง ง.

ดังนั้น ด้วยความช่วยเหลือของเลนส์ จึงสามารถรับภาพสองภาพ: ภาพขยายซึ่งอยู่ในระยะไกล ฉจากกึ่งกลางเลนส์และลดลง - ในระยะทาง งและปริมาณ งและ ฉมีความสัมพันธ์กันด้วยสูตร (1) ให้เราแสดงจำนวนที่ศูนย์กลางของเลนส์ O เลื่อนเป็น a ค่านี้สามารถวัดได้โดยการเลื่อนจุดใดๆ ของเลนส์ O เนื่องจาก ในระหว่างการเคลื่อนไหว ตำแหน่งของศูนย์ออปติคัลภายในเลนส์จะไม่เปลี่ยนแปลง สถานการณ์อย่างหลังทำให้สามารถเอาชนะความยากลำบากที่ระบุไว้ข้างต้นได้โดยการแทนที่การวัดการกระจัดของจุดศูนย์กลางออปติคอล O ด้วยการวัดการกระจัดของตัวชี้บนส่วนรองรับของเลนส์นี้

จากมะเดื่อ 1 แสดงว่า ข= ฉ+ ง; ก= ฉ- ง. เมื่อเพิ่มหรือลบนิพจน์เหล่านี้ เราจะได้รับ:

โดยคำนึงถึงสูตร (1) เรามี:

(3)

ภารกิจที่ 2การกำหนดความยาวโฟกัสของเลนส์ที่มาบรรจบกัน

ติดตั้งไฟส่องสว่าง จอภาพ และเลนส์รวมระหว่างการศึกษาบนแท่นวางออปติก เลือกฐาน B เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุ (ตัวอักษร "T") บนหน้าจอที่ตำแหน่งสองตำแหน่งของเลนส์: หนึ่งครั้ง - ขยาย อีกครั้ง - ลดลง

เมื่อเลือกฐานแบบคงที่ ให้เลื่อนเลนส์เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดของวัตถุบนหน้าจอ ใช้ไม้บรรทัดวัดตำแหน่งของเลนส์ที่สัมพันธ์กับหน้าจอหรือแหล่งที่มา

เลื่อนเลนส์ไปที่ฐานที่กำหนดจนกว่าจะได้ภาพวัตถุใหม่บนหน้าจอ วัดระยะทางอีกครั้ง - จากเลนส์ถึงหน้าจอหรือแหล่งสัญญาณ ตามการวัดที่ได้รับ a (รูปที่ I) และตามสูตร (3) ให้คำนวณ R ทำแบบฝึกหัดด้านบนซ้ำสำหรับเลนส์หนึ่งตัวและค่า B หนึ่งค่า อย่างน้อย 3 ครั้ง ทำแบบฝึกหัดซ้ำสำหรับเลนส์ที่มาบรรจบกันตัวที่สอง เฉลี่ยผลการวัด คำนวณทางยาวโฟกัสของเลนส์ทั้งสอง ประเมินช่วงความเชื่อมั่นของค่าที่พบ ฉ.

ภารกิจที่ 3การกำหนดความยาวโฟกัสของระบบเลนส์สองตัวที่มาบรรจบกัน

สร้างระบบของเลนส์ที่กำหนดความยาวโฟกัสในงานที่ 2 กำหนดความยาวโฟกัสของระบบโดยใช้วิธีการที่ใช้ในงาน 2 คำนวณ ฉตามสูตร (3) คำนวณพลังงานแสงของระบบ

(4)

โดยที่Ф 1 - กำลังแสงของเลนส์ตัวแรก

Ф 2 - กำลังแสงของเลนส์ตัวที่สอง

- ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของเลนส์ที่สร้างระบบ

ภารกิจที่ 4การกำหนดความยาวโฟกัสของเลนส์แยก

เลนส์แยกไม่ได้ให้ภาพที่แท้จริง ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดความยาวโฟกัสด้วยวิธีการที่อธิบายไว้ในงาน 2 รวมเลนส์ที่แตกต่างกับความยาวโฟกัส ฉ 2 ด้วยเลนส์มาบรรจบกันที่มีความยาวโฟกัส ฉ 1 เพื่อให้ระบบที่สร้างขึ้นโดยพวกเขาให้ภาพที่แท้จริง กำหนดความยาวโฟกัสของระบบนี้ ฉ กับ, คำนวณทางยาวโฟกัสใหม่ ฉ กับและ ฉ 1 เป็นกำลังแสงและใช้สูตร (5) คำนวณกำลังแสงและความยาวโฟกัสของเลนส์แยก

การกำหนดความคลาดเคลื่อนทางแสงของเลนส์ (ความคลาดเคลื่อน)

ออกกำลังกาย5 . ศึกษาความคลาดเคลื่อนของสี

ดรรชนีหักเห น. สสารขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ

(การกระจายตัว). เนื่องจากทางยาวโฟกัสของเลนส์ขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสง (ดูสูตร (2)) ดังนั้นสำหรับรังสีเอกซ์แต่ละสี เลนส์จะมีความยาวโฟกัสของมันเอง แต่ระยะทางจากศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์ไปยังระนาบภาพและวัตถุ ฉและ งมีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ (1) ดังนั้น หากวางวัตถุที่ส่องสว่างด้วยแสงสีขาวในระยะหนึ่งจากเลนส์ ภาพที่คมชัดจะอยู่ในระยะต่างๆ กันสำหรับรังสีเอกรงค์ที่แตกต่างกัน เมื่อเลื่อนหน้าจอ คุณจะไม่สามารถได้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุ มันจะค่อนข้างพร่ามัวและเป็นสีเสมอ

ข้อผิดพลาดของเลนส์เนื่องจากการพึ่งพาความยาวโฟกัสหลักกับความยาวคลื่นเรียกว่าความคลาดเคลื่อนของสี ความคลาดเคลื่อนของสีถูกกำจัดโดยการรวมเลนส์เพื่อให้ภาพสีต่างๆ รวมกันเพื่อให้ได้ภาพที่ไม่เป็นสีรุ้งในระนาบโฟกัส

ลองทำการคำนวณสำหรับกรณีที่ง่ายที่สุด - ระบบของเลนส์สองตัวที่มีกำลังแสง

(6)

(7)

หากเลนส์เรียงซ้อนกันอย่างใกล้ชิด กำลังแสงของระบบจะเท่ากับ

(8)

จะไม่มีความคลาดเคลื่อนของสีหากใช้กำลังแสง

ระบบ

ไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น กล่าวคือ

และ

:

(9)

โดยพื้นฐานแล้วเป็นไปไม่ได้เลยที่จะคำนวณระบบที่ไม่มีสีสำหรับทุกความยาวคลื่น เป็นไปได้ที่จะรวมภาพหลายสีเพียงสองภาพที่สอดคล้องกับความยาวคลื่นที่เลือกไว้สองช่วงเท่านั้น สำหรับอุปกรณ์การมองเห็น (ทำหน้าที่ร่วมกับตาของผู้สังเกต) คลื่นดังกล่าวจะถูกเลือกเป็น

และ

. สีที่สอดคล้องกับคลื่นเหล่านี้ - แดงและเขียว - น้ำเงิน - เป็นสีที่เสริมกัน และเมื่อวางซ้อนกัน จะให้ความรู้สึกของสีขาว สำหรับแก้วของเลนส์ตัวแรกเราสามารถเขียนได้

,

สำหรับแก้วที่สอง

มีการเขียนสูตร (6) และ (7) สำหรับ น 1 และ น 2 ที่สอดคล้องกับความยาวคลื่นตามอำเภอใจ ตัวอย่างเช่น

และแทนค่า

และ

ใน (9) เราได้สามสมการ:

(10)

(11)

เราหารทั้งสองข้างของสมการสุดท้ายด้วย

หลังจากการแปลงเราได้รับ:

(13)

ที่ไหน

และ

- ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของเลนส์แก้ว สูตร (13) แสดงเงื่อนไขการเปลี่ยนสีสำหรับเลนส์แบบ 2 ขา เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวมีเครื่องหมายเหมือนกัน เครื่องหมาย “–” ในสูตร (13) จึงแสดงว่า และ

มีสัญญาณต่างกันเช่น การทำให้เป็นสีอะโครมาติเซชันสามารถทำได้โดยการรวมเลนส์ที่มาบรรจบกันกับเลนส์ที่แยกออกจากกัน ในบทความนี้ เราศึกษาการขึ้นต่อกันของความยาวโฟกัสของเลนส์กับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ ในการทำเช่นนี้ ให้ติดตั้งที่ยึดตัวกรอง ดังจะเห็นได้จากสูตร (1) ว่า ถ้าระยะทางคงที่ งที่

และ

จะได้สมส่วนกัน สถานการณ์นี้ทำให้การวัดและการคำนวณในงานนี้ง่ายขึ้น เนื่องจากเราสนใจในธรรมชาติของการพึ่งพาอาศัยกัน

จาก แล้วแทนที่จะเป็น

สามารถวัดสัดส่วนได้

. ติดตั้งตัวกรองในที่ยึด ออกจาก งให้เลื่อนหน้าจอจนกว่าจะได้ภาพที่ชัดเจน เปลี่ยนฟิลเตอร์ เลื่อนหน้าจอจนกว่าจะได้ภาพที่ชัดเจนตามค่าที่กำหนด . การวัด ฉสร้างกราฟการพึ่งพา ฉ().

ภารกิจที่ 6. ศึกษาความคลาดเคลื่อนทรงกลม

ให้ไดอะแฟรม BB ที่มีรูกลมเล็กๆ ตรงกลาง (รูปที่ 2) เลือกลำแสงแคบๆ ของรังสีพาราแอกเซียลที่เล็ดลอดออกมาจากจุด A แทนที่ด้วยไดอะแฟรม DD ที่มีรูรูปวงแหวน รังสีที่ขอบจะหักเหในเลนส์มากกว่ารังสีพาราแอกเซียล และด้วยตำแหน่งเดียวกันของแหล่งกำเนิด A ภาพจะอยู่ห่างจากเลนส์น้อยกว่าในกรณีแรก

ข้าว. 2

ค่า

เรียกว่า ความคลาดทรงกลมตามยาว. เนื่องจากความจริงที่ว่าคลื่นวงแหวนที่แตกต่างกันมีความยาวโฟกัสต่างกัน ดังนั้นค่าจึงต่างกัน ฉที่ให้ไว้ ง. เนื่องจากความคลาดเคลื่อนทรงกลม ภาพของวัตถุจึงเบลอ แท้จริงแล้ว รังสีจากแหล่งกำเนิด A ซึ่งหักเหโดยโซนวงแหวนต่างๆ ของเลนส์ ข้ามแกนออปติคัลหลักที่จุดต่างๆ (จุด A "และ A") และไม่ว่าจะวางหน้าจอ CC ไว้ที่ใด จุด A ก็จะปรากฏขึ้น เป็นวงกลมที่พร่ามัว ในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งระหว่าง A "และ A" เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดแสงจะเล็กที่สุดซึ่งสอดคล้องกับภาพที่มีความแตกต่างมากที่สุด วางเลนส์ขนาดใหญ่ที่บรรจบกัน โดยการเลื่อนหน้าจอ CC เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดของตัวแบบ ติดตั้งไดอะแฟรมด้วยคัตเอาต์รูปวงแหวน เมื่อเลื่อนหน้าจอ คุณจะได้ภาพที่ชัดเจนที่สุดของวัตถุอีกครั้ง ทำการทดลองซ้ำสำหรับไดอะแฟรมวงแหวนแบบต่างๆ โดยวัดค่าที่สอดคล้องกัน ฉ. กราฟการพึ่งพาพล็อต

, ที่ไหน ร- รัศมีรูรับแสง กราฟเพื่อสร้างบนกระดาษกราฟเท่านั้น เมื่อพูดถึงผลงานให้ใส่ใจกับแนวทางการพึ่งพา

และ

เปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้กับสิ่งที่คาดหวังทางทฤษฎี

คำถามสำหรับการศึกษาด้วยตนเอง

1. แนวคิดของเลนส์บาง สูตรเลนส์บาง สูตรเลนส์ใช้ได้กับรังสีชนิดใด?

2. ทางยาวโฟกัสหลัก ระนาบโฟกัส แนวคิดของพลังงานแสง ความส่องสว่าง รูรับแสงสัมพัทธ์

3. สูตรสำหรับความยาวโฟกัสหลักของเลนส์

4. ประเภทของเลนส์ รายการเลนส์คอนเวอร์เจนต์และเลนส์แยกประเภททุกประเภท

5. เส้นทางของรังสีในเลนส์ แนวคิดของภาพจริงและจินตนาการ

6. ปรากฏการณ์ความคลาดเคลื่อนของสีและทรงกลม วาดเส้นทางของรังสี การกำจัดความคลาดเคลื่อนของสีและทรงกลม

วรรณกรรม

1. แลนด์สเบิร์ก จี.เอส. เลนส์

2. Saveliev I.V. รายวิชาฟิสิกส์ทั่วไป ตอนที่ 3

3. Zisman G.A., Todes O.M. รายวิชาฟิสิกส์ทั่วไป ตอนที่ 3

แล็บ #5

การกำหนดกำลังแสงและความยาวโฟกัสของเลนส์ที่มาบรรจบกัน

เป้าหมายของงาน:กำหนดความยาวโฟกัสและกำลังแสงของเลนส์ที่มาบรรจบกัน

อุปกรณ์:ไม้บรรทัด, สามเหลี่ยมมุมฉากสองอัน, เลนส์รวมโฟกัสยาว, โคมไฟบนขาตั้งพร้อมฝาปิดที่มีตัวอักษร, แหล่งพลังงาน, กุญแจ, สายเชื่อมต่อ, หน้าจอ, รางนำทาง

งานฝึกอบรมและคำถาม

เลนส์นี้เรียกว่า _____

เลนส์บางคือ _____

แสดงเส้นทางของรังสีหลังจากการหักเหของแสงในเลนส์ที่มาบรรจบกัน

จดสูตรเลนส์บาง.

กำลังแสงของเลนส์คือ _____ D= ______

ทางยาวโฟกัสของเลนส์จะเปลี่ยนไปอย่างไรหากอุณหภูมิสูงขึ้น

ภายใต้เงื่อนไขใด ภาพของวัตถุที่ได้มาจากเลนส์ที่มาบรรจบกันจะเป็นภาพในจินตนาการ?

แหล่งกำเนิดแสงอยู่ในโฟกัสคู่ของเลนส์ที่มาบรรจบกัน ซึ่งทางยาวโฟกัสคือ F = 2 ม. ภาพจากเลนส์อยู่ที่ระยะเท่าใด

สร้างภาพในเลนส์มาบรรจบกัน

อธิบายภาพที่ได้

ความคืบหน้า

1. ประกอบวงจรไฟฟ้าโดยต่อหลอดไฟเข้ากับแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านสวิตช์

2. วางหลอดไฟไว้ที่ปลายด้านหนึ่งของโต๊ะและหน้าจอที่ปลายอีกด้านหนึ่ง วางเลนส์ที่บรรจบกันระหว่างพวกเขา

3. เปิดหลอดไฟและเลื่อนเลนส์ไปตามแกนจนได้ภาพที่คมชัดและลดลงของตัวอักษรเรืองแสงของฝาครอบหลอดไฟบนหน้าจอ

4. วัดระยะห่างจากหน้าจอถึงเลนส์เป็น มม. ง=

5. วัดระยะห่างจากเลนส์ถึงภาพเป็น มม. ฉ

6. เมื่อ d ไม่เปลี่ยนแปลง ให้ทดลองซ้ำอีก 2 ครั้ง แต่ละครั้งจะได้ภาพที่คมชัดอีกครั้ง ฉ,ฉ

7. คำนวณระยะทางเฉลี่ยจากภาพถึงเลนส์

ฉฉฉ= _______

8. คำนวณกำลังแสงของเลนส์ D D

9. คำนวณทางยาวโฟกัสของเลนส์ เอฟ เอฟ=

10. ป้อนผลลัพธ์ของการคำนวณและการวัดในตาราง

№

ประสบการณ์

ฉ 10¯³,

ไดออปเตอร์

ไดออปเตอร์

11. วัดความหนาของเลนส์ หน่วยเป็น มม. ชั่วโมง=_____

12. คำนวณข้อผิดพลาดสัมบูรณ์ในการวัดกำลังแสงของเลนส์โดยใช้สูตร:

∆D = , ∆D = _____

13. เขียนผลลัพธ์เป็น D = D± ∆D D = _____

บทสรุป:

การทดลองทางคอมพิวเตอร์

ใช้ความยาวโฟกัส F ที่กำหนด กำหนดกำลังหักเหของเลนส์ ใส่ค่านี้ลงในแบบจำลอง

สำหรับการทดลองแต่ละครั้ง เลือกข้อมูลในตารางระยะทางจากวัตถุถึงเลนส์ แสดงค่าเหล่านี้เป็น มม.

สำหรับการทดสอบแต่ละครั้ง ให้อธิบายประเภทของภาพ

บันทึกผลลัพธ์ของภาพเหล่านี้ในตาราง

№ ประสบการณ์

ความยาวโฟกัส F , ซม

ระยะห่างจากวัตถุถึงเลนส์ d, cm

มุมมองภาพ

กำหนดและเขียนข้อสรุปว่าภาพของวัตถุเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อมีการเคลื่อนย้าย

พร้อมทำงานของนักเรียน

แล็บ #5

ถ่ายภาพด้วยเลนส์

เป้าหมายของงาน: เรียนรู้วิธีถ่ายภาพแบบต่างๆ ด้วยเลนส์ Converging

ความคืบหน้า

№ ประสบการณ์

ความยาวโฟกัส F , ซม

ระยะห่างจากหลอดถึงเลนส์ d, cm

มุมมองภาพ

ตรง ขยาย จินตภาพ

ไม่มีรูปภาพ

ฤๅษีขยายจริง.

ขนาดเท่ากับแหล่งกำเนิดแสง กลับด้าน ของจริง

กลับด้านลดลงจริง

\u003d 14 ไดออปเตอร์

Z

ภารกิจที่ 1

ประเภทของภาพ: โดยตรง ขยาย จินตภาพ

Z

งานที่ 2

ประเภทภาพ: ไม่มีภาพ

Z

3. การมอบหมายงาน

ประเภทภาพ: กลับด้าน, ขยาย, ของจริง

ภารกิจที่ 4

ประเภทภาพ: ขนาดเท่ากับแหล่งกำเนิดแสง, กลับด้าน, ของจริง

ภารกิจที่ 5

ประเภทภาพ: กลับหัว ย่อส่วน ของจริง

บทสรุป:

1) เมื่อแหล่งกำเนิดแสงอยู่ระหว่างเลนส์และโฟกัส ภาพขยาย ภาพในจินตนาการและภาพตรงจะอยู่ด้านเดียวกับเลนส์กับแหล่งกำเนิดแสง เมื่อแหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนออกจากเลนส์ในส่วนนี้ ภาพจะเพิ่มขึ้น

2) เมื่อแหล่งกำเนิดแสงอยู่ในโฟกัสของเลนส์ ภาพจะหายไป

3) เมื่อแหล่งกำเนิดแสงอยู่ระหว่างโฟกัสและโฟกัสคู่ของเลนส์ ภาพของแสงนั้นจะกลายเป็นภาพจริงและกลับด้าน (ขยาย) จะลดลงเมื่อแหล่งกำเนิดแสงเข้าใกล้จุดโฟกัสสองเท่าของเลนส์

4) ภาพของแหล่งกำเนิดแสงที่อยู่ในโฟกัสคู่ของเลนส์จะกลายเป็นภาพที่มีขนาดเท่ากับแหล่งกำเนิดแสงและอยู่ในโฟกัสคู่ของเลนส์ที่อีกด้านหนึ่งของเลนส์

5) เมื่อระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงถึงเลนส์เพิ่มขึ้น (d > 2F) ภาพของแหล่งกำเนิดแสงจะลดลง เหลือภาพจริงและกลับด้าน และเข้าใกล้โฟกัสของเลนส์