Лабораторная работа по физике 11 класс «Определение оптической силы и фокусного расстояния линзы» даёт F и D из двух расстояний: от предмета до линзы d и от линзы до изображения f. Ты находишь резкое изображение на экране, измеряешь d и f и считаешь по формуле тонкой линзы. Одного опыта мало: резкость ловится с разбросом, поэтому F усредняют по трём-пяти положениям свечи.
Номер в учебнике. Номер зависит от издания, поэтому ищи работу по названию.
Цель и приборы
Цель: определить фокусное расстояние собирающей линзы и её оптическую силу.
Приборы: собирающая линза, экран, источник света (свеча или осветитель), оптическая скамья или линейка. В комплекте № 4 ОГЭ линзы с F₁ = 100 мм и F₂ = 50 мм, линейка и скамья не менее 700 мм.
Онлайн-опыт — в установке «Линза: построение изображения»: двигаешь свечу и экран и ползунком меняешь F, пока кольцо резкости не покажет чёткую картинку. Формула 1/d + 1/f = 1/F стоит на экране сразу с числами твоего опыта.
Ход работы
- Установи линзу на скамью между свечой и экраном. Свечу поставь на расстоянии d больше фокусного.
- Двигай экран, пока изображение не станет чётким. Измерь d и f до центра линзы.
- Повтори для трёх-пяти разных d.
- Для каждого опыта вычисли F по формуле 1/F = 1/d + 1/f, затем оптическую силу D = 1/F (F в метрах).
- Найди среднее F и среднее D. Оцени разброс значений.
- Проверка другим способом: найди положение, при котором размеры изображения и предмета равны. Тогда d = f = 2F.
Таблица измерений
Шаблон для тетради. Расстояния переводи в метры, оптическую силу получай в диоптриях.
| Опыт | d, м | f, м | F = d·f / (d + f), м | D = 1/F, дптр |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| среднее |
Тот же результат даёт 1/F = 1/d + 1/f; формула F = d·f / (d + f) получается после приведения к общему знаменателю.
Как оформить вывод
Образец (числа учебные, линза с F около 50 мм, как линза 2 комплекта № 4 ОГЭ): «При d = 0,075 м изображение получилось чётким при f = 0,150 м. 1/F = 1/0,075 + 1/0,150 = 13,3 + 6,7 = 20 м⁻¹, поэтому F = 0,050 м и D = 20 дптр. В двух других опытах значения F оказались близкими, среднее F = 0,050 м. Вывод: фокусное расстояние линзы около 5 см, оптическая сила около 20 дптр. Расхождение между опытами связано с тем, что положение резкого изображения определяется с точностью в несколько миллиметров.»
Шаблон: «d = … м, f = … м, F = … м, D = … дптр. Среднее значение F = … м, D = … дптр. Разброс … объясняется … . Вывод: … .»
Где ошибаются
- Меряют расстояния от края оправы. Отсчёт идёт от центра линзы.
- Подставляют сантиметры в D. Оптическая сила в диоптриях получается только при F в метрах.
- Складывают d и f вместо обратных величин. В формуле 1/d + 1/f.
- Берут одно измерение. Положение резкости определяется с разбросом, нужна серия и среднее.
- Путают d с f. Предмет слева, экран справа; не меняй их местами.
Шпаргалка за 30 секунд
Фокусное расстояние
- Формула
- 1/F = 1/d + 1/f
- Ловушка
- сложить d и f
Оптическая сила
- Формула
- D = 1/F (дптр)
- Ловушка
- F в сантиметрах
Проверка
- Формула
- при d = f = 2F размеры равны
- Ловушка
- перепутать 2F и F
Типичная ошибка в выводе: написать D без единицы. Единица — диоптрия, 1 дптр = 1 м⁻¹.
Контрольные вопросы
- Что такое оптическая сила линзы? Величина, обратная фокусному расстоянию, D = 1/F; у собирающей линзы она положительна, у рассеивающей отрицательна.
- Как связаны d, f и F? Формулой тонкой линзы 1/d + 1/f = 1/F.
- Каким должно быть изображение на экране? Действительным и перевёрнутым: мнимое на экране не получить.
- Чему равно D линзы с F = 25 см? D = 1/0,25 = 4 дптр.
- Почему результаты немного расходятся? Положение резкого изображения определяют на глаз с точностью до нескольких миллиметров.
Следующий шаг: открой установку «Линза: построение изображения» и поменяй F ползунком. Предыдущая работа на ту же установку — получение изображения при помощи линзы, 8 класс, а соседняя по 11 классу — показатель преломления стекла. Если F в разных опытах у тебя расходится сильнее, чем на несколько миллиметров, ищем причину на пробном занятии по физике.