Демонстрационный опыт № 19

Геометрическая оптика

Оборудование: ВС-4-12, прибор для изучения законов геометрической оптики.

Общий вид прибора для изучения законов геометрической оптики дан на рисунке 1 (вид спереди) и на рисунке 2 (вид сзади), детали прибора показа­ны на рисунке 3. К деталям относятся полуцилиндрическая линза, цилиндрические двояковыпуклая (F=140 мм и F = 70 мм) и двояковогнутая линзы, прямоугольная и трапециевидная призмы, плоское, выпуклое и вогнутое зеркала, держатель для линз, фильтр.

Подставку с осветителем устанавливают на треноге универ­сального штатива. Держатель, на котором укрепляют осветитель, снабжен противовесом. Стойка имеет кронштейн, на который сво­бодно надевают дисковый экран. На дисковом экране имеются пазы для установки прямоугольного экрана. На цилиндрическом экране смонтирован прижим, позволяющий поджимать под него

Держатель для линз с помощью постоянного маг­нита может удерживаться в любом месте прямоуголь­ного экрана. Держатель снабжен крючком для удер­жания линз (рис. 5).

Осветитель крепят на кронштейне с помощью ша­рового шарнира. Опра­ва с патроном и лампой может пере­мещаться в корпусе ос­ветителя. С пе­редней сто­роны корпус заканчивается камерой, в которой имеется обойма со щелями и плоскими четыре пучка света. Направление пучков можно менять зеркалами. Электрическая лампа осве­тителя рассчитана на напряжение 6 В и может питаться от батареи аккумуляторов или от выпрямителя ВС-4-12.

Опыт 1

Закон отражения света

При подготовке прибора по геометрической оптике к работе регулируют освещение экрана. Для этого ослабляют шаровой шар­нир и поворачивают или смещают осветитель до тех пор, пока средняя полоска света не пройдет через весь экран (по его диа­метру). В этом положении осветитель закрепляют. Если же при этом полоска света будет расплывчатой, не резкой, то, отпустив винт, фиксирующий электропатрон в осветителе, вращают, опуска­ют или поднимают электропатрон до получения четкой полоски света на экране. Если боковые полоски света не доходят до края экрана, то следует изменить наклон осветителя. После наладки все винты надежно закрепляют.

Установку собирают по рисунку 4. С помощью прижима устанавливают плоское зеркало из набора оптических деталей так, чтобы его отражающая поверхность совпала с горизонтальной осью. Оставляют лишь один средний луч. Изменяют угол падения от 0˚ до 90˚, отмечают угол отражения, сравнивают эти углы, делают вывод.

Повторяют опыт, демонстрируя свойства обратимости световых пучков, для чего переводят осветитель из одной части диска в другую. (При демонстрации опытов по геометрической оптике помещение должно быть затемнено.)

Опыт 2

Законы преломления света

а) На экране устанавливают прозрачный полуцилиндр мато­вой стороной к экрану и плоским срезом вверх так, чтобы он со­впадал с горизонтальной осью. Центр полуцилиндра совмещают с центром экрана с помощью риски на матовой поверхности полу­цилиндра (рис. 6).

При демонстрации опыта пользуются средним лучом. Направ­ляют луч в центр полуцилиндра перпендикулярно плоскости (луч проходит без изменения направления). Отклоняют падающий луч от перпендикуляра и замечают, что преломленный луч выходит из полуцилиндра под другим углом. Сравнивают углы падения и пре­ломления, делают вывод. Повторяют опыт при другом угле паде­ния. (Во время опыта следует обратить внимание на раздвоение пучка света на границе раздела двух сред.)

б) Полуцилиндр выпуклой стороной устанавливают к осветите­лю (плоский срез совпадает с горизонтальной осью). Изменяют углы падения, отмечают направление преломленного луча. Сравни­вают эти углы, делают вывод. (При увеличении угла падения яр­кость отраженного пучка возрастает, а преломленного—уменьша­ется.) Увеличивают угол падения до тех пор, пока преломленный луч не исчезнет. При дальнейшем увеличении угла падения будет на­блюдаться только отраженный луч. Наблюдают явление полного отра­жения света.

Опыт 3

Преломление света в линзах

Установку собирают по рисунку 5. На дисковый экран устанавливают прямоугольный экран; линзы устанавливают на экране с помощью магнитных держателей. Чтобы получить цветные лучи, в осветитель вставляют светофильтр.

а) На экране укрепляют большую двояковыпуклую линзу из набора оптических деталей. Открывают среднюю щель и получают на экране соседние две щели, направляют красный и синий пучки вдоль побочных оптических осей. Наблюдают прохождение этих трех пучков света через оптический центр линзы без изменения направления.

б) Направляют боковые пучки на линзу так, чтобы они пересекли главную оптическую ось перед линзой в точке, совпадающей со вторым главным фокусом, Наблюдают параллельные пучки после линзы.