Geometrisk optik. Innehåll. Inledning. Litteraturhänvisning. Förberedelseuppgifter. Geometrisk optik

HTML
DOWNLOAD

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Geometrisk optik. Innehåll. Inledning. Litteraturhänvisning. Förberedelseuppgifter. Geometrisk optik"

Göran Ivarsson
för 8 år sedan
Visningar:

Geometrisk optik Innehåll Inledning... 1 Litteraturhänvisning... 1 Förberedelseuppgifter... 1 Utförande 1. Undersökning av tunna positiva linser... 3 2. Undersökning av tunna negativa linser... 3 3.

1 Geometrisk optik Innehåll Inledning... 1 Litteraturhänvisning... 1 Förberedelseuppgifter... 1 Utförande 1. Undersökning av tunna positiva linser Undersökning av tunna negativa linser Galileikikaren Keplerkikaren Mikroskopet Digitalkameran... 4 Svarshäfte... 5 Inledning Till denna laboration behöver du inte skriva en utförlig rapport utan du fyller bara i dina resultat i svarshäftet i slutet av handledningen. Litteraturhänvisning Physics for scientists and engineers (sixth edition), Kap 32. Förberedelseuppgifter 1. En digitalkamera har ett objektiv med brännvidden 10 mm. Bildsensorn, dvs. den ljuskänsliga delen i kameran, har bildelement med storleken 7,5 x 7,5 μm. En testkarta med en mängd olika tätt liggande linjepar (se figuren) befinner sig 1,0 m från objektivet. Hur smala kan de svarta strecken (på testkartan) vara om de ska kunna upplösas av digitalkameran? Observera att i det här fallet begränsas upplösningen enbart av bildelementens storlek. Svar: 0,74 mm 2. En positiv lins är uppställd på en optisk bänk. Om optiska axeln är en x axel så är den positiva linsen placerad på x = 0 mm. Bilden från den positiva linsen finns på x = 1200 mm. Om en lins L2 placeras på x = 1000 mm kommer bilden att finnas på x = 1400 mm. Bestäm brännvidden hos lins L2. Svar: 400 mm Laborationsinstruktioner För E1 1

2 3. Brännvidden för en positiv lins kan bestämmas på följande sätt. Om avståndet L mellan objekt och bild är större än 4 f så finns det två linsplaceringar som ger skarp bild. Kalla avståndet mellan linsens två möjliga placeringar d. (Se figuren.) Med hjälp av L och d kan f bestämmas. 2 2 L d Visa att f 4 L Ledning: Eftersom s 2 ' = s 1 blir L = 2s 1 + d. Notera också att s 1 ' = L s 1 4. För att bestämma bildsensorns och bildelementens storlek i en digitalkamera fotograferades två korsade linjaler med zoomobjektivets brännvidd inställd på 17,5 mm. Avståndet mellan objektivet och linjalerna var 365 mm. När man tittade på bilden syntes 115 mm av den horisontella linjalen och 86 mm av den vertikala. Behandla objektivet som en tunn lins och lös följande uppgifter. a) Hur långt ifrån objektivets brännpunkt ska bildsensorn sitta om bilden ska bli skarp? b) Hur stor är kamerans bildsensor? c) Kameran har 4,0 miljoner kvadratiska bildelement. Hur stor sida har bildelementen? Svar: a) 0,9 mm b) 4,33 mm x 5,79 mm c) 2,50 μm. 2 Laborationsinstruktioner För E1

3 Utförande Uppgifterna 1 och 2 genomförs vid de långa optiska bänkarna medan uppgifterna 3, 4 och 5 genomförs vid de korta. 1. Undersökning av tunna positiva linser a) Placera en ljuskälla, ett föremål, linsen märkt L1 samt en skärm på den optiska bänken. Se till att avståndet mellan föremål och skärm är större än 1 meter. Skapa en skarp bild av föremålet på skärmen. Notera att det finns två möjligheter ett projektorläge och ett kameraläge. Använd projektorläget och mät de sträckor som behövs för att bestämma L1:s brännvidd och avbildningens lateralförstoring m. b) Bestäm brännvidden med metoden som beskrivs i förberedelseuppgift 3. Notera att d är just avståndet mellan linsens projektor- och kameraläge. c) Använd valfri metod för att bestämma brännvidd och brytningsstyrka på en av de positiva glasögonlinserna. d) Beräkna avståndet s + s' uttryckt i linsen L1:s brännvidd när lateralförstoringen m = 1. Kontrollera resultatet med hjälp av den optiska bänken. 2. Undersökning av tunna negativa linser Bestäm brännvidden på lins L2 med hjälp av linsen L1 enligt metoden som används i förberedelseuppgift Galileikikaren a) Bygg med hjälp av lämpliga linser en Galileikikare (teaterkikare) med vinkelförstoringen M = 3. Normalställ kikaren genom att beräkna kikarlängden L för de linser du valt, och ställ in detta avstånd mellan objektiv och okular. Titta på väggkartan med strecken. Kikaren behöver säkert justeras något eftersom avståndet till väggen inte är särskilt långt. Försök se på strecken med båda ögonen öppna (dvs. genom kikaren och bredvid) och kontrollera på så vis att vinkelförstoringen verkligen är 3 gånger. Rita strålgången genom din normalställda teaterkikare i svarshäftet. b) Bygg med hjälp av samma linser som i a-uppgiften en kikare med vinkelförstoringen M = 1/3. I vilka sammanhang används denna typ av kikare? Laborationsinstruktioner För E1 3

4 4. Keplerkikaren a) Bygg med hjälp av lämpliga linser en Keplerkikare med vinkelförstoringen M = 4. Normalställ kikaren genom att beräkna kikarlängden L för de linser du valt, och ställ in detta avstånd mellan objektiv och okular. Justera linsavstånden så att strecken på väggkartan syns skarpt. Försök se på strecken både genom kikaren och bredvid och kontrollera på så vis att vinkelförstoringen verkligen är 4 gånger. Rita strålgången genom din normalställda Keplerkikare i svarshäftet. Vad skiljer framför allt Keplerkikaren från Galileikikaren? b) Nu ska du med hjälp av tre positiva linser med brännvidderna 50 mm, 100 mm och 200 mm bygga en terresterkikare, dvs. en Keplerkikare med en bildvändarlins (m = 1) i mitten. Börja med att beräkna avstånden och gör kikaren så kompakt som möjligt! 5. Mikroskopet Bygg ett normalställt mikroskop med hjälp av två positiva linser med brännvidderna 50 mm och 100 mm. Tublängden (avståndet mellan objektivets och okularets brännpunkter) ska vara 160 mm. Beräkna mikroskopets förstoring och kontrollera att svaret är rimligt genom att använda mikroskopet. Använd en belyst mattglasskiva som föremål och justera mikroskopbilden genom att flytta på föremålet. 6. Digitalkameran a) Bestäm, med hjälp av metoden i förberedelseuppgift 4, hur stor bildsensorn i en digitalkamera är. b) Beräkna bildelementens storlek. Du får förutsätta att dessa är kvadratiska. 4 Laborationsinstruktioner För E1

5 Svarshäfte Geometrisk optik 1. Undersökning av tunna positiva linser a) Uppmätta sträckor: Linsens brännvidd f : Avbildningens lateralförstoring m: b) Uppmätta sträckor: Linsens brännvidd f : c) Uppmätta sträckor: Glasögonlinsens brännvidd f : Glasögonlinsens brytningsstyrka P: d) Sträckan s + s' uttryckt i f : Rita strålgången när m = 1 i figuren och markera sträckorna s, s' och f. 2. Undersökning av tunna negativa linser Uppmätta sträckor: Linsens brännvidd f : Laborationsinstruktioner För E1 5

6 3. Galileikikaren a) Använda linsers brännvidder: Normalställd kikarlängd L: Rita strålgången genom din normalställda Galileikikare skalenligt på sista sidan i svarshäftet. Markera alla brännpunkter. b) I vilka sammanhang används denna typ av Galileikikare (med M = 1/3)? 4. Keplerkikaren a) Använda linsers brännvidder: Normalställd kikarlängd L: Vad skiljer framför allt Keplerkikaren från Galileikikaren? Rita strålgången genom din normalställda Keplerkikare skalenligt på sista sidan i svarshäftet. Markera alla brännpunkter. b) Objektivets brännvidd f : Okularets brännvidd f : Bildvändarlinsens brännvidd f : Kikarens vinkelförstoring M : Normalställd kikarlängd L : 5. Mikroskopet Objektivets brännvidd f : Okularets brännvidd f : Mikroskopets förstoring : 6. Digitalkameran a) Uppmätta sträckor: Objektivets brännvidd : Bildsensorns bredd: Bildsensorns höjd: b) Bildelementets area: 6 Laborationsinstruktioner För E1

7 Laborationsinstruktioner För E1 7

Relevanta dokument

Geometrisk optik. Laboration FAFF25/FAFA60 Fotonik 2017

Geometrisk optik. Laboration FAFF25/FAFA60 Fotonik 2017 Avsikten med denna laboration är att du ska få träning i att bygga upp avbildande optiska system, såsom enkla kikare och mikroskop, och på så vis få en god förståelse för dessas funktion. Redogörelsen