Условие

Городская олимпиада (3-й этап) 2024 11 класс № Э2

Оборудование: собирающая и рассеивающая линзы на держателях, экран на держателе, лазер на держателе, источник питания для лазера, мерная лента, линейка (см), транспортир.

Внимание!!! Лазер включайте только на время измерений. При длительном включении лазер может перегореть.

Часть 1. Рассеивающая линза и лазер

1.1 Расположите вдоль одной прямой лазер, рассеивающую линзу и экран. Включите лазер, пронаблюдайте образование освещённого пятна на экране. Сделайте схематический рисунок экспериментальной установки с указанием хода лучей и обозначением необходимых физических величин. Получите уравнение зависимости : – линейный размер освещённого пятна на экране, – расстояние между рассеивающей линзой и экраном. Используйте так же следующие обозначения: р – фокусное расстояние рассеивающей линзы, – диаметр поперечного сечения лазерного луча.

1.2 Исследуйте зависимость экспериментально. Результаты эксперимента представьте таблично и графиком линеаризованной зависимости.

1.3 По экспериментальным данным определите диаметр поперечного сечения лазерного луча , и фокусное расстояние рассеивающей линзы р. Результаты запишите в виде: ррр, .

Часть 2. Две линзы и лазер

2.1 Расположите вдоль одной прямой лазер, рассеивающую и собирающую линзы (на некотором расстоянии друг от друга) и экран. Включите лазер, получите освещённое пятно на экране наименьшего диаметра. Сделайте схематический рисунок экспериментальной установки с указанием хода лучей и обозначением необходимых физических величин. Получите уравнение зависимости : – расстояния между собирающей линзой и экраном, – расстояния между рассеивающей и собирающей линзой. Используйте так же следующие обозначения: с – фокусное расстояние собирающей линзы, р – фокусное расстояние рассеивающей линзы. Подсказка: уравнение может быть получено в неявном виде. Для собирающей линзы справедливо уравнение , где - фокусное расстояние, - расстояние от предмета до линзы, - расстояние от изображения до линзы.

2.2 Исследуйте зависимость экспериментально. Результаты эксперимента представьте таблично и графиком линеаризованной зависимости.

2.3 По результатам эксперимента определите фокусное расстояние собирающей линзы с. Результаты запишите в виде: ссс,

Часть 3. Поворот собирающей линзы (пункты 3.1 и 3.2 теоретические)

3.1 Сделайте рисунок: покажите ход параллельного пучка лучей падающего на собирающую линзу вдоль главной оптической оси. На рисунке укажите фокусы линзы*. (Достаточно показать ход двух крайних лучей пучка с одной и другой стороны от главной оптической оси).

3.2 Сделайте рисунок: покажите ход параллельного пучка лучей падающего на собирающую линзу под углом к главной оптической оси. На рисунке обозначьте расстояние от оптического центра до побочного фокуса линзы, в котором сходится пучок лучей. Получите соотношение между и фокусным расстоянием с.

3.3 Расположите вдоль одной прямой лазер собирающую линзу и экран. Перемещая экран, получите освящённое пятно наименьшего диаметра. Измерьте расстояние с.

3.4 Поверните линзу относительно лазерного луча на угол . Перемещая экран, получите на экране освящённое пятно наименьшего диаметра в данном случае. Измерьте расстояние от оптического центра линзы до пятна на экране.

3.5 Соотнесите результат п. 3.4 с результатом п.3.2. Дайте объяснение полученным результатам. Какие параметры нужно учесть, чтобы теория была близка к эксперименту.

Оригинал в архиве олимпиады