Віртуальна лабораторна робота № 9. Визначення фокусної відстані та оптичної сили тонкої лінзи (Засєкіна 9 клас)

• Назад до змісту довідника
• Перейти до параграфа § 27. Досліджуємо оптичні прилади

Тема: Визначення фокусної відстані та оптичної сили тонкої лінзи.

Мета: експериментально визначити фокусну відстань та оптичну силу збиральної лінзи двома способами: за віддаленим предметом та за формулою тонкої лінзи.

Обладнання: комп’ютер або смартфон, симуляція PhET «Геометрична оптика» (Geometric Optics).

---

Віртуальна симуляція

🔗 Відкрити симуляцію «Геометрична оптика» (PhET)

Ознайомлення із симуляцією

1. Відкрий симуляцію та знайди елементи: лінза, предмет (джерело/об’єкт), екран.
2. Увімкни відображення променів і шкалу відстаней (лінійку), якщо ці опції доступні.
3. Переміщуй предмет і екран та спостерігай, коли зображення стає чітким.
4. Під час виконання завдань вимірюй відстань від лінзи до предмета ($a$) і відстань від лінзи до екрана із чітким зображенням ($b$). Результати занось до таблиць.

---

Хід роботи

Завдання 1. Визначення фокусної відстані збиральної лінзи

Умова досліду: використовується збиральна лінза. Положення лінзи фіксоване, змінюється положення предмета та екрана.

1. Розташуй предмет досить далеко від лінзи (щоб промені, що падають на лінзу, були майже паралельними).
2. Переміщуй екран, доки зображення не стане максимально різким.
3. Виміряй відстань від лінзи до екрана. Прийми її як наближене значення фокусної відстані $f$.

Таблиця 1. Визначення фокусної відстані

Зроби висновок: як впливає «віддаленість» предмета на точність визначення фокусної відстані?
Висновок: Чим далі розташований предмет від лінзи, тим точніше промені наближаються до паралельного пучка, і тим точніше відстань від лінзи до зображення на екрані відповідає фокусній відстані $f$.

Завдання 2. Перевірка зв’язку між $a$, $b$ та $f$

Для кількох положень предмета отримай чітке зображення на екрані та виміряй $a$ і $b$. За кожним дослідом обчисли $f$ за формулою тонкої лінзи: $\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{a} + \dfrac{1}{b}$, звідки $f = \dfrac{a \cdot b}{a + b}$.

1. Встанови перше положення предмета, наведи різкість, виміряй $a$ та $b$.
2. Повтори для другого і третього положення предмета.
3. Порівняй обчислені значення $f$: чи збігаються вони в межах похибки?

Зроби висновок: чи є фокусна відстань сталою величиною для даної лінзи за різних положень предмета?
Висновок: Розрахована фокусна відстань є постійною величиною ($f = 10{,}0\text{ см}$) незалежно від положення предмета та екрана, що підтверджує закон тонкої лінзи.

Завдання 3. Обчислення оптичної сили лінзи

Використовуючи отримане (середнє) значення фокусної відстані, обчисли оптичну силу лінзи $D = \dfrac{1}{f}$ ($f$ у метрах).

---

Дай відповіді на запитання і зроби висновок

1. Яким способом у роботі визначали фокусну відстань тонкої лінзи?
   Двома способами: наближеним (за зображенням віддаленого предмета) та точним (за формулою тонкої лінзи через вимірювання відстаней $a$ і $b$).
2. Чи узгоджуються обчислені значення $f$ для різних положень предмета?
   Так, для всіх виміряних положень предмета обчислені значення фокусної відстані збігаються в межах похибки вимірювання ($f = 10{,}0\text{ см}$).
3. Як пов’язані фокусна відстань і оптична сила лінзи?
   Оптична сила лінзи є оберненою до її фокусної відстані: $D = \dfrac{1}{f}$. Для збиральної лінзи $D > 0$.