Optické zobrazování - čočka

Transkript

1 I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY Laboratorní práce č. 10 Optické zobrazování - čočka čka Pro potřeby projektu MAN zpracoval: Mgr. Libor Lepík

2 Praktická část: Změřte ohniskovou vzdálenost čočky Příprava: Ohniskovou vzdálenost f spojené čočky můžeme určit na základě zobrazovací rovnice + = ze které dostaneme f = kde a je vzdálenost předmětu a a je vzdálenost obrazu od středu čočky. Vzhledem k určité tloušťce čočky je přesné určení hodnot a a a obtížné. Proto se přímé měření vzdáleností obchází použitím různých metod. Nejčastěji se používá Basselova metoda a Abbelova metoda. A. Besselova metoda je založena na tom, že při konstantní vzdálenosti zdroje světla Z a stínítka S vznikne na stínítku ostrý obraz zdroje při dvou polohách čočky. Ohnisková vzdálenost f čočky souvisí jednak se vzdáleností l zdroje světla a stínítka., jednak se vzdáleností d poloh čočky, v nichž vznikne na stínítku ostrý obraz. Platí vztah f = B. Abbelova metoda je založena na určování příčného zvětšení. Při určité poloze předmětu a stínítka, na kterém vznikne ostrý obraz, změříme velikost y předmětu a velikost y 1 obrazu a vypočítáme zvětšení Z 1 : Z 1 = =- Při nezměněné poloze čočky posuneme stínítko směrem k čočce o vzdálenost d a vyhledáme polohu předmětu, při níž opět vznikne ostrý obraz o velikosti y 2. Obdobně určíme zvětšení Z 2 : Z 2 = =- Vztah pro ohniskovou vzdálenost najdeme z rozdílu obou rovnic, z něhož po úpravě dostaneme f = popř. f = Pomůcky: optická lavice, zdroj světla, zobrazovaný předmět (např. clona a vyříznutým písmenem F vysokým 1 cm), stínítko, spojná čočka, příslušenství k optické lavici. Provedení: Na optické lavici sestavte zobrazovací soustavu (obr. 1, obr. 2). Tvoří ji zdroj světla Z, clona, která plní funkci předmětu P, spojná čočka v držáku a stínítko S. Polohu čočky je potřeba upravit tak, aby její optická osa byla rovnoběžná s optickou lavicí ve výšce, v níž se

3 nachází předmět. Polohu předmě ředmětu, čočky a stínítka určujeme pomocí stupnice s milimetrovým dělením lením na optické lavice. Obr. 1 Optická lavice Obr. 2 Optická lavice A. Měření ení Besselovou metodou Zkusmo vyhledejte vhodnou vzdálenost předmětu p a stínítka, při ři níž najdete polohy I (na stínítku vznikne skutečný čný obraz zvětšený) zv a II čočky ky (na stínítku vznikne skutečný skute obraz zmenšený). Změřte polohu předm ředmětu, stínítka a obě polohy čočky. čky. Naměřené Naměř hodnoty zapište do tabulky 1. Měření ěření opakujte při p změněné vzdálenosti předmětu ř ětu a stínítka. stínítka Tabulka 1 Poloha Číslo předmětu Poloha čočky l (mm) d (mm) f (mm) měření (P) a stínítka (S) P (mm) S (mm) x₁ (mm) x₂ (mm) Aritmetický průměr K určení ení ohniskové vzdálenosti čočky č využijte vztah:

4 B. Měření Abbeovou metodou Obr. 3 Optická lavice Obr. 4 Optická lavice Postup měření je obdobný. Měříme však výšku obrazu (výška předmětu je konstantní). Naměřené hodnoty zapisujeme do tabulky 2. Tabulka 2 Číslo Poloha y (mm) y₁ (mm) y₂ (mm) d (mm) f (mm) měření S₁ (mm) S₂ (mm) Aritmetický průměr K určení ohniskové vzdálenosti čočky využijte vztah: f =

5 Vědomostní část: 1. Co je čočka? 2. Jaké dva základní typy čoček existují? 3. Určete ohniskovou vzdálenost čočky, jestliže optická mohutnost čočky je φ = 4D. 4. Určete ohniskovou vzdálenost čočky, jestliže optická mohutnost čočky je φ = -10D. 5. Předmět vysoký 1,5 cm stojí kolmo na optickou osu ve vzdálenosti 4 cm od spojky o ohniskové vzdálenosti 1,5 cm. Určete polohu a vlastnosti obrazu. 6. Předmět vysoký 1 cm stojí kolmo na optickou osu ve vzdálenosti 1 cm od spojky o ohniskové vzdálenosti 1,5 cm. Určete polohu a vlastnosti obrazu. 7. Předmět vysoký 1,5 cm stojí kolmo na optickou osu ve vzdálenosti 3 cm od rozptylky o ohniskové vzdálenosti 2 cm. Určete polohu a vlastnosti obrazu. 8. Vzdálenost předmětu od spojné čočky o ohniskové vzdálenosti 10 cm je 15 cm. Určete příčné zvětšení čočky. 9. Vzdálenost předmětu od spojné čočky o ohniskové vzdálenosti 10 cm je 8 cm. Určete příčné zvětšení čočky. 10. Vzdálenost předmětu od spojné čočky je pětkrát větší než její ohnisková vzdálenost f. Určete příčné zvětšení čočky.