Розділ I. Елементи геометричної оптики

РОЗДІЛ I. ЕЛЕМЕНТИ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ОПТИКИ

 

Тонкі лінзи

Для отримання різного роду зображень в оптичних приладах широко використовують лінзи. Лінзою називають оптично прозоре тіло, що обмежене двома гладкими випуклими або вгнутими поверхнями (одна з них може бути плоскою).

Найчастіше поверхні лінз роблять сферичними, а саму лінзу виготовляють із спеціальних сортів скла, наприклад, флінтгласу, або інших речовин з відповідними показниками заломлення. Якщо відстань між обмежуючими поверхнями в центрі лінзи значно менша за радіуси їх кривизни, то така лінза називається тонкою. Лінза називається збиральною, якщо вона є товстіша до середини, і розсіювальною, коли – тонша до середини. Для тонких лінз справедливе співвідношення:

,                                            (1.5)

де – відстань від оптичного центра лінзи до предмета ; – відстань від оптичного центра лінзи до зображення  предмета;  і  – радіуси кривизни обмежуючих лінзу поверхонь (рис. 1.3);  – показник заломлення прозорого для світла матеріалу, з якого виготовлена лінза; – показник заломлення середовища, що оточує лінзу.

Пряму, яка проходить через центри  і  сферичних поверхонь, називають головною оптичною віссю лінзи.

Величини , ,  і – входять в (1.5) зі знаком “+” або “–“. У випадку, якщо яка – небудь із цих величин відкладається від оптичного центра лінзи в сторону, протилежну напрямку поширення світла, їй приписується знак “–“, в іншому випадку – знак “+”.

 

 

Якщо на збиральну лінзу направити пучок променів, паралельних до її головної оптичної осі, то після заломлення в лінзі вони зберуться в точці F, яка розташована на головній оптичній осі з другого  боку лінзи (рис. 1.4, а). Точку   називають головним фокусом лінзи. У розсіювальної лінзи промені після проходження лінзи поширюються розбіжним пучком, але таким чином, що їх продовження сходяться в точці F, зі сторони падаючого пучка (рис. 1.4, б).

 

 

В збиральній лінзі головний фокус  є дійсним, а в розсіювальній − уявним. Кожна лінза має два головні фокуси, які розташовані симетрично відносно її оптичного центра . Відстань між головним фокусом лінзи та її оптичним центром називають фокусною відстанню   лінзи.

Величина, яка обернена до фокусної відстані  лінзи називається оптичною силою  лінзи.

Одиницею вимірювання оптичної сили в системі СІ є діоптрія (дптр) − оптична сила такої лінзи, головна фокусна відстань якої дорівнює 1 м. Для тонких лінз фокусна відстань , оптична сила , відстані від лінзи до предмета  і до зображення  пов’язані співвідношенням, яке називають формулою тонкої лінзи:

                                                            .                                                      (1.6)

Оптична сила збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної – від’ємною.

 

Рекомендована література до Розділу І

1. Т.И. Трофимова. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1990. 478 с.

1. Кучерук І.М., Дущенко В.П. Загальна фізика. Оптика. Квантова фізика. –Київ: Вища школа, 1991. 463 с.

3. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1985. 752 с.

4. І.Р. Зачек, І.М. Кравчук, Б.М. Романишин, В.М. Габа, Ф.М. Гончар. Курс фізики: Навчальний підручник/ За ред. І.Е. Лопатинського. – Львів: Бескид-Біт, 2002. 376 с.

5. І.Р. Зачек, І.Е. Лопатинський, Й.Я. Хром´як. Висвітлення досягнень українських фізиків у курсі фізики: Методичний посібник/ За ред. Ю.К. Руданського. – Львів: Видавництво національного університету „Львівська політехніка”, 2003. 84 с.

 

Лабораторна робота № 2

Мета роботи

Ознайомитися з будовою і принципом дії мікроскопа та оволодіти методикою визначення абсолютного показника заломлення скла з його допомогою

 

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати закони геометричної оптики тафізичний зміст абсолютного і відносного показників заломлення середовища (§1.1), володіти побудовою зображень в лінзах і мікроскопі (§1.2, §1.3), вміти працювати з мікрометром

 

Прилади і матеріали

Набір плоскопаралельних скляних пластинок, мікроскоп, мікрометр

 

Лабораторна робота № 5

Мета роботи

Ознайомитися з будовою і принципом дії рефрактометра типу РПЛ–2, оволодіти методикою експериментального визначення показників заломлення та концентрацій водних розчинів цукру, визначення граничних кутів, які відповідають початку повного внутрішнього відбивання від межі розділу скло – досліджуваний розчин

 

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати закони геометричної оптики, фізичний зміст абсолютного і відносного показників заломлення середовища (§1.1), суть явища повного внутрішнього відбивання світла на межі розділу двох середовищ (§1.1)

Прилади і матеріали

Рефрактометр типу рпл−2, набір водних розчинів цукру різних концентрацій, фільтрувальний папір, піпетка або скляна паличка

 

Лабораторна робота № 16

Мета роботи

Ознайомитись із методами визначення фокусних відстаней збиральної і розсіювальної лінз

 

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати закони геометричної оптики (§1.1), правила побудови зображень предметів за допомогою лінз (§1.2; §1.3), володіти методами визначення фокусної відстані збиральної і розсіювальної лінз (§1.4)

 

Прилади і матеріали

Двояковипукла збиральна лінза, двояковгнута розсіювальна лінза, світний предмет –електрична лампочка розжарення в непрозорому футлярі, який має виріз у вигляді стрілки, білий екран

РОЗДІЛ I. ЕЛЕМЕНТИ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ОПТИКИ