- 1 -
UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KATOWICACH
I PRACOWNIA FIZYCZNA
Ć W I C Z E N I E 79
BADANIE WAD SOCZEWEK
CEL ĆWICZENIA
Badanie aberacji sferycznej, chromatycznej i astygmatyzmu soczewek .
WYMAGANIA DO KOLOKWIUM
1.Względny i bezwzględny współczynnik załamania światła - definicje.
2.Zjawisko odbicia i załamania światła na granicy dwóch ośrodków.
3.Dyspersja światła.
4.Bieg promieni świetlnych przez pryzmat i soczewki.
5. Wzory soczewkowe.
6. Wady soczewek.
POMOCE POTRZEBNE DO WYKONANIA ĆWICZENIA
1. Ława optyczna.
2. Zestaw soczewek.
3. Diodowy projektor światła.
4. Trzy matryce do projektora (1,2,3)
5. Pięć przesłon do soczewki (A,B,C,D,E)
- 2 -
Rys.79.1.
Ława optyczna: 1- diodowy projektor światła., 2 – uchwyt soczewki ze wskaźnikiem
kąta skręcenia soczewki, 3 – ekran, 4 – szyna
Rys.79.2.
Diodowy projektor światła z matrycą nr 2 przygotowany do
badania aberacji chromatycznej.
Długość fali dla barwy:
czerwonej..
.
-658nm
Ŝółtej..........
-598nm
zielonej......
.
-524nm
niebieskiej..
-
477nm
1
2
3
4
a
b
- 3 -
Rys.79.3.
Obrazy matryc do projektora światła
Rys .79 .4. Obrazy przesłon do soczewki
1
3
2
- 4 -
PRZEBIEG ĆWICZENIA
I. Aberacja sferyczna.
1.
Skompletuj ławę optyczną zgodnie z rys. 79.1.
2.
Nasuń matrycę nr
1
(rys.79.3.) na projektor światła i przesłonę
A
(rys.79.4.) na soczewkę.
3.
Podłącz przewód zasilacza z czerwoną wtyczką do białego gniazda „
a
” projektora,
a z czarną wtyczką do gniazda czarnego (patrz rys.79.2.).
4.
Włącz projektor przez włoŜenie wtyczki transformatora do kontaktu elektrycznego.
5.
Ustaw ekran w odległości ok.10 cm od końca szyny. Przesuwając soczewkę uzyskaj ostry
obraz wzoru matrycy. Zanotuj odległość matrycy (przedmiotu) od soczewki –X, oraz
odległości ekranu od soczewki –Y.
6.
Zakładaj kolejno przesłony pierścieniowe
B, C, D, E
na soczewkę i postępuj dalej tak jak
w punkcie 6. KaŜdorazowo notuj wartości X i Y.
7. Zdjąć matryce z projektora i soczewki.
II. Aberacja chromatyczna.
1. Nasuń matrycę nr
2
na projektor światła.
2.
Podłącz przewód zasilacza z czerwoną wtyczką do Ŝółtego gniazda „
b
” projektora,
a z czarną wtyczką do gniazda czarnego ( patrz rys.79.2.).
3.
Przesuwając ekran, dla ustalonej juŜ pozycji soczewki, uzyskaj ostre obrazy kolejno
dla kaŜdej barwy. Za kaŜdym razem zapisuj odległości ekranu od soczewki – Y, oraz
odległość matrycy od soczewki –X.
III. Astygmatyzm.
1.
Nasuń matrycę nr
3
na projektor światła.
2.
Podłącz przewód zasilacza z czerwoną wtyczką do białego gniazda „
a
” projektora,
a z czarną wtyczką do gniazda czarnego ( patrz rys.79.2.).
3.
Ustaw ekran w odległości ok..10cm od końca szyny. Przesuwając soczewkę uzyskaj
ostry obraz krzyŜa matrycy. Wskaźnik kąta skręcenia soczewki powinien wskazywać
połoŜenie zerowe na tarczy kątowej uchwytu soczewki. Zapisz odległość matrycy
(przedmiotu) od soczewki –X, oraz odległości ekranu od soczewki – Y
0
.
4.
Nie zmieniając połoŜenia soczewki, obróć soczewkę o kąt
αααα
= 5
o
i przesuwając
ekranem uzyskaj kolejno ostre obrazy dla pionowego i poziomego ramienia krzyŜa.
Zanotuj odpowiednie wartości Y
α
αα
α
pion
,
Y
α
αα
α
poz.
5.
Zwiększając kąt
αααα
co 5
o
przeprowadź pomiary dla kolejnych kątów
α
, dla których
moŜliwa będzie obserwacja obrazów dla pionowego i poziomego ramienia krzyŜa.
UWAGA!
Ustal z prowadzącym ćwiczenie wymagane ilości pomiarów.
- 5 -
OPRACOWANIE WYNIKÓW
I. Aberacja sferyczna
1. Korzystając ze wzoru soczewkowego oblicz ogniskową soczewki F
o
dla świetlnych
promieni przyosiowych (dla przesłony A) i ogniskowe F
rX
*
dla kolejnych przesłon.
2. Jako miarę aberacji sferycznej przyjmij
∆∆∆∆
F
rX
= F
rX
– F
o
.
3. Uzyskane wyniki nanieś na wykres
∆∆∆∆
F (r).
4. Określ niepewności pomiarowe pomierzonych wartości.
*
- rX oznacza średnią wartość geometrycznego promienia pierścienia przesłony.
Przyjmij: r
B
= 0.015m, r
C
= 0.025m, r
D
= 0.035m, r
E
= 0.045m
II. Aberacja chromatyczna.
1. Korzystając ze wzoru soczewkowego oblicz ogniskową soczewki F
b
dla poszczególnych
barw.
2. Oblicz średnią wartość ogniskowej F
śr
. = (F
czerw
. + F
nieb
.)/2.
3. Jako miarę aberacji chromatycznej dla poszczególnych barw przyjmij
∆∆∆∆
F= F
śr
– F
b
.
4. Uzyskane wyniki nanieś na wykres
∆∆∆∆
F (λ). Oś wartości λ określ w granicach od 450nm do
700nm.
5. Określ niepewności pomiarowe pomierzonych wartości.
III. Astygmatyzm.
1. Oblicz osobno dla pionowego i poziomego obrazu ramienia krzyŜa wartość
∆∆∆∆
Y
α
αα
α
pion.
= Y
α
αα
α
pion.
– Y
o
oraz
∆∆∆∆
Y
α
αα
α
poz.
= Y
α
αα
α
poz.
– Y
o
dla kaŜdego kąta
αααα
.
2.
Za miarę astygmatyzmu przyjmij
∆∆∆∆
Y =
∆∆∆∆
Y
α
αα
α
pion
-
∆∆∆∆
Y
α
αα
α
poz.
Uzyskane w punkcie 1 i 2 wyniki nanieś na wspólny wykres jako funkcję kąta α.
3.
Określ niepewności pomiarowe pomierzonych wartości.
LITERATURA
1.
T. Hanc "Pomiary optyczne"
2.
T Dryński "Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki"
3.
F. Kohlrausch "Fizyka laboratoryjna"
4.
Sz. Szczeniowski " Fizyka doświadczalna cz.IV- optyka"
5.
D. Holliday, R. Resnick "Fizyka"
6.
H. Szydłowski "Pracownia fizyczna”
7.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/aberrcon.html