Лабораторная работа по физике ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ЛИНЗЫ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить из опыта фокусное расстояние линзы, рассчитать оптическую силу линзы. ОБОРУДОВАНИЕ: 1. Источник света 2. Экран 3. Линза 4. Измерительная линейка.
ТЕОРИЯ: Линза представляет собой прозрачное тело, ограниченное двумя гладкими выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из них может быть плоской). Чаще всего поверхности линзы делают сферическими, а саму линзу изготавливают из специальных сортов стекла.
Рисунок 1. Собирающие (a) и рассеивающие (b) линзы и их условные обозначения.
Линзу, у которой толщина пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны поверхностей, ограничивающих ее, называют тонкой Положение изображения и его характер можно определить с геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен. В качестве таких лучей можно использовать любые два из трех основных: луч 1, параллельный оптической оси; После прохождения линзы луч проходит через фокус F2 луч 2, проходящий через оптический центр линзы; Луч, идущий по какой-либо из оптических осей, проходя через линзу, практически не меняет своего направления. луч 3, проходящий через фокус F1 После прохождения линзы луч идет параллельно главной оптической оси АВ - предмет, А'В' - его изображение.
Рис. 2. Построение изображений в собирающей линзе
По тем же правилам строится изображение, даваемое рассеивающей линзой Изображения можно также рассчитать с формулы тонкой линзы. Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:
Величину ОF называют фокусным расстоянием, величину D, обратную фокусному расстоянию, называют оптической силой линзы. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м: 1 дптр = м–1. Оптическая сила линзы D зависит как от радиусов кривизны R1 и R2 ее сферических поверхностей, так и от показателя преломления n материала, из которого изготовлена линза.
Радиус кривизны выпуклой поверхности считается положительным, вогнутой – отрицательным. Линейным увеличением линзы (Γ) называют отношение линейных размеров изображения h' (А'В') и предмета h(АВ).
Величина h' > 0, если изображение прямое, h'< 0 - если перевернутое. Величина h всегда считается положительной. Поэтому линейное увеличение линзы для прямых изображений Γ > 0, для перевернутых (рис.2) Γ < 0 d > 0 и f > 0 – для действительных предметов (то есть реальных источников света, а не продолжений лучей, сходящихся за линзой) и изображений; d < 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: 1. Расположите на одной прямой экран, линзу и источник света. Передвигая линзу и экран, получите на экране отчетливое изображение источника света. 2. Измерьте линейкой расстояния • от источника света (от предмета) до середины линзы – d • от середины линзы до экрана (до изображения) - f 3. Вычислите фокусное расстояние линзы F по формуле: 1/d + 1/f = 1/F. 4. Выполнить эту работу еще раз, изменив расстояние от источника света до линзы.
5. Вычислить оптическую силу линзы по формуле: D = 1/F 6. Оформить отчет. Данные опытов и результаты вычислений занести в таблицу:
№ п\п d f F D
7. Сделать вывод.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. Построить изображение в рассеивающей линзе. 2. Что такое главный фокус и фокусное расстояние линзы? 3. Что такое оптическая сила линзы? От чего зависит эта величина?
Получается из опыта: d= 14,5 см; f= 22,5 см; (см переводим в метры при вычислениях)
1.энергия фотона Е= h*v, где h-постоянная Планка и v-частота; E=6,6*10^-34*5*10^14=33*10^-20 Дж; уравнение Эйнштейна E=mc^2, импульс же можно найти как mc, тогда p=E/c=33*10^-20/(3*10^8)=11*10^-28кг*м/с (с-скорость света, константа, а ответ мы вырзили в килограммах, умноженных на метр, делённый на секунду); теперь по аналогии с импульсом найдём и массу: m=E/c^2=3,7*10^-36 кг 2. здесь будем использовать ур-е Эйнштейна для фотоэффекта(вырывания электронов): hv=Aвыхода+mv^2/2; константы я вам назвал, они остаются такими же, посчитайте сами, в условии всё известно
Давай сначала определим энергию, запасённую маятником. Понятно, что в процессе полёта, энергия лишь будет переходить из потенциальной в кинетическую.
Еп = Ек = m * g * H = m * g * L * cos(60) = 0,2 * 10 * 2 * 0,5 = 2 Дж.
В нижней точке полёта вся эта энергия перешла в кинетическую, значит шарик приобрёл квадрат скорости v^2 = 2 * E / m = 2 * 2 / 0,2 = 20 м2/с2. Чисто для интереса возьмём корень, и узнаем что скорость v = корень(20) = 4,47 м/с, хотя, в принципе, нас это не спрашивают.
Ну что, выходим к нити. Натяжение нити состоит из двух компонент: веса шарика, и центробежной силы Т = mg + Fц центробежная сила будет равна Fц = m * v^2 / L Соберём всё в единую формулу натяжения, и получим: Т = 0,2 * 10 + 0,2 * 20 / 2 = 2 + 2 = 4 Н
E=6,6*10^-34*5*10^14=33*10^-20 Дж; уравнение Эйнштейна E=mc^2, импульс же можно найти как mc, тогда p=E/c=33*10^-20/(3*10^8)=11*10^-28кг*м/с (с-скорость света, константа, а ответ мы вырзили в килограммах, умноженных на метр, делённый на секунду); теперь по аналогии с импульсом найдём и массу: m=E/c^2=3,7*10^-36 кг
2. здесь будем использовать ур-е Эйнштейна для фотоэффекта(вырывания электронов):
hv=Aвыхода+mv^2/2; константы я вам назвал, они остаются такими же, посчитайте сами, в условии всё известно
Давай сначала определим энергию, запасённую маятником. Понятно, что в процессе полёта, энергия лишь будет переходить из потенциальной в кинетическую.
Еп = Ек = m * g * H = m * g * L * cos(60) = 0,2 * 10 * 2 * 0,5 = 2 Дж.
В нижней точке полёта вся эта энергия перешла в кинетическую, значит шарик приобрёл квадрат скорости
v^2 = 2 * E / m = 2 * 2 / 0,2 = 20 м2/с2.
Чисто для интереса возьмём корень, и узнаем что скорость v = корень(20) = 4,47 м/с, хотя, в принципе, нас это не спрашивают.
Ну что, выходим к нити. Натяжение нити состоит из двух компонент:
веса шарика, и центробежной силы
Т = mg + Fц
центробежная сила будет равна
Fц = m * v^2 / L
Соберём всё в единую формулу натяжения, и получим:
Т = 0,2 * 10 + 0,2 * 20 / 2 = 2 + 2 = 4 Н
Вот и ответ: Т = 4 Н.
Удачи, и привет учительнице!