Global EE

Лабораторная работа по физике, 11 класс: оптическая сила и фокусное расстояние линзы

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

  1. Установи линзу на скамью между свечой и экраном. Свечу поставь на расстоянии d больше фокусного.
  2. Двигай экран, пока изображение не станет чётким. Измерь d и f до центра линзы.
  3. Повтори для трёх-пяти разных d.
  4. Для каждого опыта вычисли F по формуле 1/F = 1/d + 1/f, затем оптическую силу D = 1/F (F в метрах).
  5. Найди среднее F и среднее D. Оцени разброс значений.
  6. 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

  1. Меряют расстояния от края оправы. Отсчёт идёт от центра линзы.
  2. Подставляют сантиметры в D. Оптическая сила в диоптриях получается только при F в метрах.
  3. Складывают d и f вместо обратных величин. В формуле 1/d + 1/f.
  4. Берут одно измерение. Положение резкости определяется с разбросом, нужна серия и среднее.
  5. 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

  1. Что такое оптическая сила линзы? Величина, обратная фокусному расстоянию, D = 1/F; у собирающей линзы она положительна, у рассеивающей отрицательна.
  2. Как связаны d, f и F? Формулой тонкой линзы 1/d + 1/f = 1/F.
  3. Каким должно быть изображение на экране? Действительным и перевёрнутым: мнимое на экране не получить.
  4. Чему равно D линзы с F = 25 см? D = 1/0,25 = 4 дптр.
  5. 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.

Частые вопросы

Как определить оптическую силу линзы?

Измерь d и f при чётком изображении, найди F из формулы тонкой линзы и вычисли D = 1/F в диоптриях.

Какой вывод писать про фокусное расстояние линзы?

Назови найденные F и D с единицами, отметь разброс по серии опытов и назови его причину.

Как проверить результат без расчёта?

Найди такое положение свечи и экрана, при котором изображение пламени на экране резкое и по высоте равно самому пламени. Это возможно только при d = f = 2F, поэтому F — половина расстояния от свечи до линзы. Ещё грубее: поймай на экране изображение далёкого окна, расстояние до экрана почти равно F.

Разберёмся вместе?

Начни с пробного занятия — найди слабую тему и разбери её с преподавателем.

Попробовать