Визначення фокусної відстані сферичного дзеркала

Зазвичай дзеркала (плоскі або сферичні) для оптичних систем виготовляють зі скла, на поверхню яких наноситься випаровуванням у вакуумі або хімічним шляхом шар металу (срібла, алюмінію, міді), що дає високий коефіцієнт відбиття (# 961;) світла, тобто # 961; → 1.

Поряд з таким способом застосовується спосіб виготовлення їх з цільного шматка металу, наприклад, алюмінію. такі відбивачі великого розміру можуть бути застосовані для цілей астрономії, в прожекторних системах.

Розглянемо явище відбиття світла від сферичного дзеркала. Всі міркування проведемо для променів, незначно віддалених від оптичної осі дзеркала. Такі промені називаються параксіальними. У цьому випадку через малість кутів нахилу світлових променів до оптичної осі і нормалі до поверхні, що відбиває можна замінити значення тангенсів і синусів цих кутів значеннями самих кутів (в радіальної міру).

Визначення фокусної відстані сферичного дзеркала

На рис.1 промінь світла від точкового джерела S, лежачого на оптичної осі ОР, падає на поверхню увігнутого дзеркала в точку М під кутом i до нормалі і відбивається від неї під кутом i / (i = i /). Нормаль до поверхні в точці М є радіусом R, проведеним з центру кривизни Про дзеркала в точку М. Відбитий в точці М промінь перетинає оптичну вісь в точці S /. У свою чергу промінь SР, що йде уздовж оптичної осі, відіб'ється в точці Р, що є вершиною дзеркала, і піде назад уздовж оптичної осі. Отже, точка S / є зображенням точки S.

Введені на рис.1 позначення мають наступний сенс:

а = SР - відстань від вершини дзеркала до джерела світла;

в = S / Р - відстань від вершини дзеркала до зображення джерела;

R = ОМ = ОР - радіус кривизни дзеркала (нормаль до її поверхні);

f = FР - фокусна відстань;

h-відстань точки М від оптичної осі.

З трикутників SМО і ОМS / можна записати:

Склавши (4) і (5), отримаємо:

Для кутів u, u / і # 945; (Через їхню малість) можна записати:

Підставляючи значення цих кутів в формулу (6), отримаємо:

Якщо а → ∞, то в =. Точка F, в якій виходить зображення, в цьому випадку називається головним фокусом дзеркала. Відстань f від точки F до вершини дзеркала Р називається фокусною відстанню, причому

Величина, зворотна фокусної відстані, називається оптичною силою сферичного дзеркала

З формул (5) і (6) маємо, що

тобто оптична сила сферичного дзеркала залежить тільки від радіуса кривизни сферичного дзеркала.

З формул (4) і (5) отримаємо:

Фізичний сенс формули (8):

при строго заданому положенні предмета - положення зображення визначається однозначно.

Визначити фокусну відстань увігнутого сферичного дзеркала за допомогою оптичної лави.

Для цього: I) зібрати установку згідно з рисунком 2

1 сферичне дзеркало,

2 світився, (напруга на лампу 6В)

3 матовий екран.

2) Переміщуючи предмет або матовий екран уздовж направляючої, отримати збільшене зображення предмета. Вимірювання провести три рази при різних відстанях між дзеркалом і предметом. За допомогою лінійки і косинця виміряйте в цих випадках відстань від предмета до дзеркала і від дзеркала до зображення. Використовуючи формулу (5) для сферичного дзеркала, визначити його фокусна відстань.

Дані занесіть в таблицю 2.