В оптическом черном ящике находятся линза и зеркало. Не разбирая ящик, определите:
1. фокусное расстояние линзы
2. угол между оптической осью линзы и нормалью к зеркалу
3. расстояние между центром линзы и плоскостью зеркала
Оборудование: черный ящик, лазерная указка, лист миллиметровой бумаги, линейка, картон, ножницы и скотч по требованию.
Замечание: будьте аккуратны с черным ящиком, не роняйте его и не наносите пометки на поверхность линзы. Излучение лазера опасно для зрения. Не направляйте луч лазера в глаза себе и другим участникам.
Для начала измерим угол между оптической осью линзы и нормалью к зеркалу. Для этого зафиксируем лазер при помощи картона и скотча на одном краю листа миллиметровой бумаги (точка А), установим линзу так, чтобы луч падал на её центр (точка О), и будем вращать ее до тех пор, пока отраженный от зеркала и прошедший обратно через линзу луч не совместится с лазером. Зафиксируем при этом точку В, лежащую на луче, отраженном от передней поверхности линзы.
Измерив угол AOB при помощи построения на миллиметровой бумаге, найдем искомый угол между линзой и зеркалом как
Следующим шагом найдем F и расстояние между линзой и зеркалом. Направим луч лазера в центр линзы вдоль оптической оси (так чтобы отраженный от передней поверхности линзы луч совместился с лазером).
Отметим на миллиметровке точки O, A, B, и проведем через A прямую, параллельную оптической оси Расстояние между зеркалом и центром линзы тогда можно найти как
Для нахождения фокусного расстояния, измерим угол
при помощи построений на миллиметровке. Составим уравнение для изменения угла при прохождении зеркала в параксиальном приближении:
где x — расстояние от оптического центра линзы до точки, в которой луч пересекает плоскость линзы. Следовательно, фокусное расстояние можно найти как
Ответ:

