Лабораторна робота №1
Мета роботи: ознайомлення з принципом визначення фокусної відстані сферичного дзеркала.
Устаткування: оптична лава зі шкалою, освітлювачем, екраном, повзунками; набір сферичних дзеркал, плоске дзеркало, спиця, лінійка.
Сферичним називають дзеркало, відбиває поверхня якого має форму частини сфери.
Рис 1. Сферичне дзеркало
Радіус сфери (рис.1) є радіусом кривизни дзеркала. Коло, що обмежується краями дзеркала, називають апертурою. Пряма MN, що проходить через центр апертури B і центр кривизни C дзеркала, називається
головною оптичною віссю дзеркала. Інші прямі, що проходять через центр кривизни, але не проходять через центр апертури, називаються побічними оптичними осями дзеркала. Точка A перетину дзеркала з головною оптичною віссю називають вершиною дзеркала. Якщо відбиває є увігнута поверхня дзеркала, то його називають увігнутим, якщо ж опукла - опуклим. Увігнуте дзеркало може дати як дійсне, так і уявне зображення, опукле - тільки уявне. Головним фокусом увігнутого дзеркала називають точку F, що лежить на головній оптичній осі, в якій перетинаються після відображення від дзеркала промені, які падають на нього паралельно головній оптичній осі.
Відстань AF від головного фокуса до вершини дзеркала називають головним фокусною відстанню дзеркала. Приблизно воно дорівнює половині радіуса кривизни дзеркала.
Безпосереднє вимірювання фокусної відстані дзеркала виявляється недостатньо точним, так як створення точкового джерела або цілком паралельного пучка променів важко здійсненне.
Для більш точного визначення фокусної відстані сферичного дзеркала користуються або співвідношенням:
де F - фокусна відстань,
f - відстань від предмета до дзеркала,
d - відстань від зображення до дзеркала,
зв'язує відношення розміру предмета і його зображення з F; d і f. Формули (1) і (2) справедливі тільки в тих випадках, коли падаючі промені складають з віссю дзеркала лише невеликі кути.
1.Визначення головного фокусної відстані увігнутого сферичного дзеркала.
Увігнуте дзеркало і екран для отримання дійсного зображення предмета зміцнюються кожен на спеціальному утримувачі. Тримач може пересуватися по оптичній лаві. Є шкала або лінійка, що дає можливість досить точно фіксувати положення власника.
Як предмет можна використовувати стрілку, накреслену на матовому склі, а в якості джерела - електричну лампочку.
Стрілка, що служить предметом, поміщена вище екрану для того, щоб екран
Не перепиняв променям шлях до дзеркала (рис.2).
Рис.2 Схема ходу променів.
Порядок виконання роботи.
1. Поставивши предмет на відстані від дзеркала свідомо більшому, ніж подвоєне фокусна відстань, підбирають такий стан екрану, щоб зображення було найбільш різким.
2. Відрахувавши на шкалі відстані d і f і вимірявши лінійкою величину стрілки (її довжину) - x і величину її зображення на екрані y, вносять дані в звітну таблицю.
3. Змінивши d на 1,0-1,5 см, знову знаходять положення екрану, відповідне найбільшої різкості і вимірюють d, f, і x, y, і т.д.
4. З даних кожного досвіду обчислюють F, скориставшись виразами:
витікаючими з рівності (1) і (2).
5. Розрахувати похибки.
6. Порівняти отримані результати.
2. Визначення головного фокусної відстані опуклого сферичного дзеркала.
Опукле дзеркало не дає дійсного зображення, головний фокус його є уявним. Щоб знайти головне фокусна відстань такого дзеркала можна знову скористатися формулою дзеркала (1), врахувавши при цьому, що F. f будуть уявними, тобто увійдуть в формулу (1) зі знаком «-». Основну складність використання формули (1) становить визначення величини f - відстані від дзеркала до уявного зображення предмета. Визначити f можна за допомогою плоского дзеркала методом відсутності паралакса, сутність якого полягає в наступному: якщо два предмету не накладені один на одного, а розділені просторово, то, розглядаючи їх і переміщаючи при цьому голову вправо або вліво, можна виявити зміщення одного предмета щодо іншого (параллактическое зміщення). Якщо ж предмети накладені один на одного, то такого зміщення немає.
Якщо між розглянутим предметом і опуклим дзеркалом помістити ще плоске дзеркало так, щоб його верхній край був нижче верхньої частини опуклого дзеркала, то можна одночасно розглядати зображення одного і того ж предмета відразу в двох дзеркалах: плоскому і опуклому.
Переміщаючи плоске дзеркало, можна домогтися такого його положення, при якому уявні зображення предмета в плоскому і опуклому дзеркалах при переміщенні голови спостерігача вправо або ліворуч не будуть зміщуватися один щодо одного, тобто будуть знаходитися в одній площині. Оскільки зображення в плоскому дзеркалі знаходиться на такій же відстані від дзеркала, що і предмет, то, вимірявши відстань між даним предметом і плоским дзеркалом (рис.3) знайдемо, що
f + d = 2b; f = 2b - d. (3)
Рис.3 Хід променів і побудова зображення, що дається опуклим дзеркалом.
Порядок виконання роботи.
1.Расположіть на оптичній лаві розглянутий предмет (спицю), опукле і плоске дзеркало. Виміряти відстань від спиці до опуклого дзеркала.
2.Перемещая плоске дзеркало, визначити місце розташування уявного зображення спиці. Повторити вимірювання не менше п'яти разів і результати внести в таблицю.
3. Користуючись формулами (1) і (3), розрахувати головне фокусна відстань опуклого дзеркала.
1.Какова основні характеристики сферичних дзеркал?
2. Чому при проведенні дослідів потрібно предмет ставити на відстані, що перевищує 2F?
3.Какое і де вийшло б зображення при F 4.Где треба помістити перед увігнутим дзеркалом предмет, щоб зворотне і дійсне зображення його було в 3 рази більше предмета? 5.Вивесті співвідношення дані в равенствах (2). 1. Матвєєв О.М. Оптика: Навчальний посібник для фіз. спец. вузів. - М. Вища. шк. 1985.-351с. 2.Савельев І.В. Курс загальної фізики 3-е изд. іспр.-м. Наука, - т.2: Електрика і магнетизм. Хвилі. Оптика. 1988. 496с.Схожі статті