Поверните линзу к окну и получите на экране изображение удаленного предмета за окном измерьте

Обновлено: 04.05.2024

Построения в тонкой собирательной линзе. Изображения действительное, обратное, уменьшенное.

5. Вычислите средние значения и . Результаты вычислений запишите в таблицу 1.

= 37 см = 0.37 м
= 7 см = 0.07 м

6. Вычислите фокусное расстояние и оптическую силу линзы.

7. Нарисуйте ход лучей в данном эксперименте.

Построения в тонкой собирающей линзе. Изображение действительное, отражённое.

8. Рассчитайте абсолютные погрешности прямых измерений.

Δd = 0.0005 м + 0.0005 м = 0,001 м
Δf = 0.001 м

9. Вычислите относительную погрешность косвенных измерений фокусного расстояния собирающей линзы.

10. Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерений фокуного расстояния собирающей линзы.

ΔF = ε · = 0.022 · 0.059 м = 0,0013 м

11. Запишите значения фокусного расстояния собирающей линзы и относительной погрешности его измерения.

F = (0.059 ± 0.0013) м; ε = 2,2%

№	d	Δd	f	Δf	F	D	ε	ΔF
1	0,37	0,001	0,07	0,001	0,059	16,95	2,2	0,0013
2	0,37	0,001	0,07	0,001
3	0,37	0,001	0,07	0,001
4	0,37	0,001	0,07	0,001
5	0,37	0,001	0,07	0,001
Ср.	0,37	0,001	0,07	0,001	0,059	16,95	2,2	0,0013

12. Поверните линзу к окну и получите на экране изображение удалённого предметы за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните его с полученными ранее значениями фокусного расстояния линзы. Сделайте выводы.

f ≈ F; F = 0.06 м
f = 0.07 м
Если предмет находится далеко от линзы.

Порядок выполнения работы

3. Вычислите среднее значение .

5. Вычислите среднее значение .

6. Вычислите средние значения фокусного расстояния и оптической силы рассеивающей линзы.

7. Нарисуйте ход лучей в данном эксперименте.

Построение в тонкой рассеивающей линзе, изображение мнимое.

8. Рассчитайте абсолютные погрешности прямых измерений.

Δd = 0,0005 + 0,0005 = 0,001 м
Δf = 0,001 м

9. Вычислите относительную погрешностью косвенных измерений фокусного расстояния рассеивающей линзы.

ε = 0,001/0,48 + 0,001/0,17 + (0,001 + 0,001)/(0,48 + 0,17) = 0,002 + 0,006 + 0,003 = 0,011 => 1,1%

10. Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерений фокусного расстояния рассеивающей линзы.

11. Запишите значения фокусного расстояния рассеивающей линзы и относительной погрешности его измерений.

F = (0.120 ± 0.001) м; ε = 1,1%

№	d	Δd	f	Δf	F	D	ε	ΔF
1	0,48	0,001	0,17	0,001	0,12	8,33	1,1	0,001
2	0,48	0,001	0,17	0,001
3	0,48	0,001	0,17	0,001
4	0,48	0,001	0,17	0,001
5	0,48	0,001	0,17	0,001
Ср.	0,48	0,001	0,17	0,001	0,12	8,33	1,1	0,001

Ответы на контрольные вопросы

1. В каком случае линзу можно считать тонкой? Ответ обоснуйте.

Если она имеет два симметрично расположенных фокуса, через которые проходят параллельные пучки лучей (или их продолжений) после преломления в линзе.

2. Как можно получить формулу тонкой линзы?

Пусть F — расстояние от предмета до тонкой линзы, d — от линзы до изображения, f — фокусное расстояние линзы, расстояние от предмета до переднего главного фокуса — a, от заднего главного фокуса до изображения — a’. Тогда:

3. Сформулируйте правило знаков для тонкой линзы.

Для собирающей линзы, действительных источника и изображения величины F, d и f считают положительными;
для рассеивающей линзы, мнимых источника и изображения величины считают отрицательными

Выводы: Линза с F > 0 является собирающей, а линза с F < 0 — рассеивающей.

3. Медленно отодвигайте экран от линзы (положение 2, 3 и т. д.) на расстояние примерно в 50 см. По диаметру светлого пятна на экране наблюдайте, что происходит со световым пучком после преломления в линзе. Каким (сходящимся или расходящимся) является прошедший через линзу пучок? Нарисуйте примерный ход лучей светового пучка.

Параллельные пучки света после преломления в линзе собираются в фокусе в один пучок. Пучок является сходящимся.

В самом узком месте пучка мы видим изображение.

4. Повторите все действия (опыты 2—4) с линзой № 2. Определите, какая из линз является собирающей, а какая рассеивающей.

Линза №1 является собирающей, а линза № 2 — рассеивающей, т.к. пучок параллельных лучей рассеивается, и изображение мы не наблюдаем.

Что такое фокус линзы?

Ответ: фокус линзы - точка на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления лучи (или их продолжение ), падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

Как преломляют световые лучи собирающая и рассеивающая линзы?

Ответ: световые лучи, прошедшие через собирающую линзу отклоняются к главной оптической оси; световые лучи, прошедшие через рассеивающую линзу отклоняются от главной оптической оси.

2. Измерьте расстояние от линзы до экрана (фокусное расстояние $F$ данной линзы). Какой результат (завышенный или заниженный) дает нам примененный метод? Почему?

Применённый метод даёт нм заниженный результат.

3. По найденному значению фокусного расстояния F определите оптическую силу линзы $D = \dfrac$.

$F = 4.5$ см $= 0.045$ м; $D = \dfrac$ м $≈ 22$ дптр.

1. Почему расстояние от линзы до изображения далекого предмета можно считать примерно равным фокусному?

От далёкого предмета лучи идут параллельно главной оптической оси, поэтому они преломляются в фокусе.

2. Можно ли получить пучок параллельных лучей после прохождения через собирающую линзу?

Можно. Для этого источник света нужно поместить в фокус линзы.

3. Почему оптическую силу рассеивающей линзы считают отрицательной?

Т.к. оптическая сила линзы равна обратной величине фокусного расстояния. Фокус рассеивающей линзы находится позади линзы, поэтому её силу считают отрицательной.

Собирающая линза собирает пучок параллельно падающих лучей в одной точке (фокус), а рассеивающая рассеивает пучок параллельно падающих лучей и не даёт чёткое изображение.

Определите, какая из используемых линз (собирающая или рассеивающая) обладает большей по модулю оптической силой.

Линзы имеют равную по модулю оптическую силу.

Цель работы: определение фокусного расстояния и оптической силы собирающей и рассеивающей линз.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплект по оптике, линейка измерительная, источник тока, электрическая лампа, ключ, соединительные провода, экран.

Изучение тонкой собирающей линзы

Расчетная формула

Фокусное расстояние F собирающей линзы определяется по формуле:

и оптическая сила

где — расстояние от линзы до предмета, — расстояние от линзы до изображения.

Порядок выполнения работы

Установите на столе вдоль одной прямой источник света S (рис. 239) (лампочку с колпачком, в котором имеется прорезь в виде стрелки), собирающую линзу и экран. Перемещайте линзу до получения резкого и четкого изображения S′ стрелки на экране.
Не меняя расстояние между лампой и экраном, измерьте расстояние от прорези в окне прибора до линзы и расстояние от линзы до экрана 2- 3 раза. Результаты измерений запишите в таблицу.
Вычислите средние значения и . Результаты вычислений запишите в таблицу.
Вычислите фокусное расстояние и оптическую силу линзы. Результаты вычислений запишите в таблицу.
Вычислите относительную и абсолютную погрешность измерений фокусного расстояния собирающей линзы: , . Результаты вычислений занесите в таблицу.
Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерений фокусного расстояния собирающей линзы: . Результаты вычислений занесите в таблицу.
Запишите значение фокусного расстояния собирающей линзы и относительной погрешности его измерения в виде: .
Поверните линзу к окну и получите на экране изображение удаленного предмета за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните его полученными ранее значениями фокусного расстояния линзы. Сделайте соответствующие выводы.

Таблица измерений и вычислений

Контрольные вопросы

В каком случае линзу можно считать тонкой. Ответ обоснуйте.
Как по внешним признакам отличить собирающую линзу от рассеивающей?

Выводы.

Суперзадание

Закройте темной бумагой половину линзы и опишите, как при этом изменится изображение предмета на экране.

Изучение тонкой рассеивающей линзы

Расчетная формула

Рассеивающая линза дает только мнимое изображение, которое невозможно получить на экране, т. е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую линзу, которая должна быть собирающей (рис. 239-1).

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение ′ источника света на экране, поставим между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается (см. рис. 239-1). Новое положение изображения можно найти перемещением экрана.

Используя свойство обратимости световых лучей, можно считать, что световые лучи выходят из точки , а в точке получается изображение точки .

Обозначив расстояния от точек и до рассеивающей линзы соответственно через d и f, запишем формулу тонкой линзы с учетом правила знаков:

Лабораторные работы из учебников: билеты № 4, 7, 9, 10, 14, 16, 17.

Билет № 04. Лабораторная работа «Определение фокусных расстояний линз».

Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. . – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.

Цель работы: определить фокусные расстояния собирающей и рассеивающей линз.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплект по оптике, линейка измерительная, источник тока, электрическая лампа, ключ, соединительные провода, экран.

Вывод расчетных формул

Получив с помощью собирающей линзы изображение светящегося предмета на экране (рис. 1) и измерив расстояние d от линзы до предмета и расстояние f до изображения, по формуле линзы

можно вычислить фокусное расстояние F

Рассеивающая линза дает только мнимое изображение, которое невозможно получить на экране, т.е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую линзу, которая должна быть собирающей.

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение S ' источника света на экране, поставим между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается (рис. 2). Новое положение изображения S " можно найти перемещением экрана.

Используя свойство обратимости световых лучей, можно принять, что световые лучи выходят из точки S ", а в точке S ' получается изображение точки S ".

Обозначив расстояния от точек S " и S ' до рассеивающей линзы соответственно через d и f , запишем формулу тонкой линзы с учетом правила знаков:

Откуда для фокусного расстояния линзы получим:

Порядок выполнения работы

1. Для определения фокусного расстояния собирающей линзы установите на столе источник света, вставьте в его окно рамку с отверстием в виде стрелки. При включении источника света в сеть стрелка в окне прибора должна светиться.

2. Поставьте между окном источника света и экраном собирающую линзу. Перемещая линзу и экран, найдите такое их положение относительно окна в источнике света, при котором на экране получается четкое изображение стрелки.

3. Измерьте расстояние от окна прибора до линзы и от линзы до экрана. Вычислите фокусное расстояние линзы.

4. Измените расстояние от линзы до источника света. Передвигая экран, получите резкое изображение стрелки на экране. Измерьте расстояния от линзы до экрана и от линзы до источника света. Вычислите фокусное расстояние линзы.

5. Поверните линзу к окну и получите на экране изображение далеких предметов за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните его с полученными ранее значениями фокусного расстояния линзы.

6. Оцените границы погрешностей в определении фокусного расстояния линзы и сделайте вывод о том, согласуются ли между собой результаты трех опытов по определению фокусного расстояния линзы.

Таблица измерений и вычислений

1. С помощью собирающей линзы получите на экране действительное изображение нити лампы.

2. Поставьте между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Измерьте расстояние f от экрана до рассеивающей линзы.

3. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране четкое изображение нити. Измерьте расстояние d от экрана до рассеивающей линзы. Вычислите фокусное расстояние линзы.

4. Рассчитайте границы относительной погрешности измерения фокусного расстояния.

Таблица измерений и вычислений

Билет № 07. Лабораторная работа «Проверка закона Шарля».

Жилко В. В. Физика: Учеб. пособие для 11-го кл. … – Мн.: Нар. асвета, 2002. – 382 с.

Цель работы: экспериментальная проверка закона Шарля.

Приборы и принадлежности: узкая стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 300–400 мм и диаметром 8–10 мм, цилиндрический сосуд высотой 400 мм и диаметром 40–50 мм, наполненный горячей водой ( t ≈ 60 °С), сосуд с водой комнатной температуры, пластилин, линейка измерительная с миллиметровыми делениями, термометр, штатив.

Вывод расчетной формулы

Для проверки закона Шарля измерим объем и температуру одного и того же количества газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить правильность равенства

Объем V ₁ = S ∙ l ₁, а V ₂ = S ∙ l ₂, где S – площадь поперечного сечения трубки, l ₁и l ₂ – длины столбов газа, соответственно, в первом и втором его состояниях. Считая S неизменной, получим

Порядок выполнения работы

Измерьте длину l ₁стеклянной трубки. Результаты измерений занесите в таблицу.

Поместите трубку открытым концом вверх на 3–5 мин в цилиндрический, сосуд с горячей водой t ₁ ≈ 60° C (рис. 1, а).

Измерьте температуру воды Т₁в трубке. Результат измерений занесите в таблицу.

4. Плотно залепите открытый конец трубки пластилином. Выньте трубку из сосуда с горячей водой и сразу же опустите ее в сосуд с водой комнатной температуры t ₂ ≈ 20°С закрытым концом вниз (рис. 1, б). Под водой снимите пластилин.

По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После окончания подъема воды (рис. 1, в) объем воздуха в трубке станет V ₂,а давление .

Для того чтобы давление воздуха в трубке стало атмосферным ( p ₀), необходимо опустить трубку в сосуд до такой глубины, чтобы уровни воды в трубке и сосуде были одинаковыми (рис. 1, г). Это и будет второй объем воздуха в трубке при температуре T ₂. Измерьте температуру T ₂ и высоту l ₂ воздушного столба в трубке. Результаты измерений занесите в таблицу.

Эксперимент повторите несколько раз. Результаты измерений запишите в таблицу.

Вычислите средние значения: l _1ср, T _1ср, l _2ср, T _2ср. Запишите их в последней строке таблицы.

Рассчитайте отношения и . Результаты вычислений запишите в последней строке таблицы.

10. Различие между теоретически ожидаемым и экспериментально полученным результатами позволяет оценить относительную погрешность экспериментального подтверждения закона Шарля

Таблица измерений и вычислений

Билет № 09. Экспериментальное задание « Проверка законов преломления света».

Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. . – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплект по оптике, лист белой бумаги, линейка, циркуль, карандаш, транспортир.

Вывод расчетных формул

В соответствии с законом преломления

где α и β – углы падения и преломления, n₁и n ₂ – показатели преломления первой и второй сред.

Считая показатель преломления воздуха равным единице, n ₁ » 1, получаем

С помощью лабораторного комплекта по оптике падающий и преломленный лучи можно сделать видимыми и проводить прямые измерения углов падения и преломления.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь, присоединив лампочку к источнику постоянного тока через выключатель.

2. Установите источник света на столе, в окно прибора вставьте рамку со щелью. Щель должна быть расположена вертикально.

3. Замкните цепь и получите яркую, тонкую полоску света на бумаге (световой луч).

4. Наблюдайте явления преломления света при различных углах падения.

5. Если вам удается наблюдать одновременно на бумаге падающий и преломленный лучи, то можно говорить о выполнимости одного из законов преломления.

6. Зафиксируйте ход лучей с помощью булавок (рис. 1, а).

7. Выполните построение в соответствии с рисунком 1, б.

8.Измерьте отрезки АЕ и DC для каждого опыта.

9. Сравните отношения или для каждого опыта. Если второй закон преломления выполняется, то эти отношения должны быть примерно верны для всех опытов.

Таблица измерений и вычислений

9. Сделайте вывод.

Билет № 10. Лабораторная работа « Определение центра тяжести тела».

Жолнеревич, И.И. Физика: учеб. пособие для 10-го кл. . – Минск : Нар. асвета, 2007. – 263 с.

Цель работы: определить центр тяжести плоских тел различной формы.

Оборудование: штатив, тонкая спица, линейка, ученический треугольник, плоские тела различной формы: круг диаметром » 15 см, квадрат, картонные пластинки неправильной формы, отвес (гайка или шуруп на нити).

Вывод расчетных формул

Центром тяжести называется точка приложения силы тяжести к телу. Пусть плоское тело подвешено (например, на спице) в какой-либо точке так, чтобы оно могло свободно вращаться вокруг этой точки (рис. 1, а). При отклонении тела от положения равновесия оно возвращается в это положение, совершив несколько колебаний.

На тело действуют две силы: реакция подвеса и сила тяжести . Если тело вернулось в положение равновесия и больше не вращается относительно точки подвеса, то алгебраическая сумма моментов этих сил равна нулю: М₁ + М₂ = 0. Момент силы реакции М₁ относительно точки подвеса равен нулю, так как равно нулю плечо силы реакции.

Следовательно, момент силы тяжести М₂ относительно точки подвеса также равен нулю, т.е. линия, вдоль которой направлена сила тяжести тела, пересекает точку подвеса. Поскольку сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, то центр тяжести тела лежит на вертикальной линии, проходящей через точку подвеса тела.

Порядок выполнения работы

1. В трех местах плоского тела в форме круга спицей проткните отверстия. Укрепите в лапке штатива спицу.

2. Подвесьте поочередно тело на спицу через разные отверстия О₁, О₂, О₃ (рис. 1, б). После того как тело займет положение равновесия, подвесьте на спицу отвес и проведите вдоль нити вертикальную линию. Точка пересечения трех вертикальных линий определит положение центра тяжести тела. Убедитесь, что эта точка является центром круга.

3. Повторите задания 1 и 2 для плоского тела квадратной формы и сделайте вывод о положении центра тяжести однородных симметричных тел.

4. Найдите центр тяжести плоского тела произвольной формы.

Билет № 14. Лабораторная работа « Определение жесткости пружины».

Жолнеревич, И.И. Физика: учеб. пособие для 10-го кл. . – Минск : Нар. асвета, 2007. – 263 с.

Цель работы: определить жесткость пружины.

Оборудование: штатив, динамометр со шкалой, закрытой миллиметровой бумагой, набор грузов известной массы.

Вывод расчетных формул

Если к пружине с начальной длиной L ₀ ( p ис. 1) подвесить груз массой т,то под действием веса груза пружина удлиняется. Если новая длина пружины L ,то абсолютное удлинение: x = L – L ₀.

Груз, подвешенный на пружине, покоится. Согласно второму закону Ньютона результирующая двух сил, действующих на него, – силы тяжести груза и силы упругости пружины – равна нулю: . Следовательно, модули этих сил равны:

По закону Гука . Отсюда жесткость пружины можно определить по формуле:

Порядок выполнения работы

1. Соберите установку согласно рисунку 1, закрыв шкалу динамометра миллиметровой бумагой.

2. Отметьте на бумаге положение стрелки указателя ненагруженной пружины черточкой с цифрой 0.

3. Подвесьте к пружине один груз массой т₁и отметьте положение стрелки-указателя черточкой с цифрой 1. Измерьте расстояние между цифрами 0–1. Это и есть абсолютное удлинение пружины х₁ под действием веса груза. Повторите измерения х₁ не менее 3 раз. Данные занесите в таблицу, вычислите .

4. Выполните пункт 3, подвесив к пружине поочередно 2, 3, 4 груза. Определите соответствующие абсолютные удлинения пружины х₂, х₃, х₄. Занесите данные в таблицу. Вычислите

Лабораторная работа № 6 Изучение тонкой собирающей линзы

Цель работы: определение фокусного расстояния и оптической силы собирающей и рассеивающей линз.

Изучение тонкой собирающей линзы

Расчетная формула

Фокусное расстояние F собирающей линзы определяется по формуле:

и оптическая сила

где — расстояние от линзы до предмета, — расстояние от линзы до изображения.

Порядок выполнения работы

Установите на столе вдоль одной прямой источник света S (рис. 239) (лампочку с колпачком, в котором имеется прорезь в виде стрелки), собирающую линзу и экран. Перемещайте линзу до получения резкого и четкого изображения S′ стрелки на экране.
Не меняя расстояние между лампой и экраном, измерьте расстояние от прорези в окне прибора до линзы и расстояние от линзы до экрана 2- 3 раза. Результаты измерений запишите в таблицу.
Вычислите средние значения и . Результаты вычислений запишите в таблицу.
Вычислите фокусное расстояние и оптическую силу линзы. Результаты вычислений запишите в таблицу.
Вычислите относительную и абсолютную погрешность измерений фокусного расстояния собирающей линзы: , . Результаты вычислений занесите в таблицу.
Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерений фокусного расстояния собирающей линзы: . Результаты вычислений занесите в таблицу.
Запишите значение фокусного расстояния собирающей линзы и относительной погрешности его измерения в виде: .
Поверните линзу к окну и получите на экране изображение удаленного предмета за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните его полученными ранее значениями фокусного расстояния линзы. Сделайте соответствующие выводы.

Таблица измерений и вычислений

Контрольные вопросы

В каком случае линзу можно считать тонкой. Ответ обоснуйте.
Как по внешним признакам отличить собирающую линзу от рассеивающей?

Выводы.

Суперзадание

Закройте темной бумагой половину линзы и опишите, как при этом изменится изображение предмета на экране.

Изучение тонкой рассеивающей линзы

Расчетная формула

Читайте также: