ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ЛИНЗЫ В РЕАЛЬНЫХ И ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Аннотация

В статье рассматриваются понятие фокусного расстояния линз, его физическая сущность, а также методы его определения. Фокусное расстояние является одной из основных оптических характеристик линзы, по которой определяется, как линза собирает или рассеивает свет. В статье изучены методы экспериментального определения фокусного расстояния, в частности, на основе формулы эквивалентного фокусного расстояния, взаимосвязи между размерами и расстояниями изображения. Также освещены различия фокусных расстояний для различных типов линз (собирающих и рассеивающих) и их практическое применение. Результаты исследования служат теоретической основой для проектирования оптических систем с линзами и их применения в различных научно-технических областях. Цель работы. Определение фокусного расстояния собирающей линзы с использованием различных методов. Необходимое оборудование. Оптическая скамья, держатели (4 шт.), источник света, масштабный экран, собирающие линзы, объект. Экран, источник света и линзы размещаются вдоль одной оптической оси, как показано на рисунке 1. Белый источник света, установленный на оптической скамье, питается от блока питания, подключённого к сети. Свет от источника падает на поверхность объекта, выполненного в форме буквы P. Изображение объекта формируется на экране E с помощью собирающей линзы SL. Объектив может перемещаться по оптической скамье с помощью держателей. Выпуск журнала №-26 Часть–1_ Май –2025 336 MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT Введение. Одним из важных разделов оптики является изучение преломления и направления световых лучей с помощью линз. Линзы — это оптические элементы, собирающие или рассеивающие световые лучи, с помощью которых формируются изображения, изменяется направление света и создаются многочисленные прикладные технологические устройства — фотоаппараты, телескопы, микроскопы, очки и другие. Одной из основных характеристик линзы является её фокусное расстояние, определяющее её оптическую силу и способность формировать изображения. Определение фокусного расстояния в лабораторных условиях способствует формированию важных практических навыков у студентов. При этом проверяются на практике основные законы геометрической оптики — закон Снеллиуса, формула линзы и типы изображений. В настоящее время, наряду с традиционными (реальными) лабораторными методами, всё шире используются виртуальные лаборатории для определения фокусного расстояния. Виртуальные эксперименты, с применением современных информационно- коммуникационных технологий, обеспечивают безопасную, удобную и интерактивную среду для проведения учебных опытов. В данной лабораторной работе рассматриваются теоретические основы определения фокусного расстояния линзы как в реальной среде, так и на виртуальных симуляционных платформах, описываются экспериментальные установки, методика измерений и методы анализа результатов. В ходе эксперимента студенты знакомятся с различными методами — измерением расстояний, наблюдением изображений, графическим анализом и расчётами по формулам, а также могут сравнить преимущества и недостатки реального и виртуального эксперимента. Методика измерения фокусного расстояния. Существует несколько методов для определения фокусного расстояния линзы. Наиболее распространённые из них следующие: Измерение фокусного расстояния методом перемещения линзы. Если расстояние A между предметом и его изображением больше четырёх фокусных Выпуск журнала №-26 Часть–1_ Май –2025 337 MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT расстояний (A > 4f), то изображение предмета может быть получено при двух различных положениях линзы. Расстояние между предметом и экраном должно превышать 4f. В этом случае несложно убедиться в наличии двух положений объектива, в которых на экране формируются чёткие изображения объекта — увеличенное в одном случае и уменьшенное в другом. Поскольку изображения в обоих случаях получаются с помощью одной и той же линзы, в соответствии с формулой (1) можно записать следующее: 𝐿2 − 𝑙2 𝑓 = 4𝐿 Формула используется в методе Бесселя для определения главного фокусного расстояния собирающих линз. Разместив предмет и экран на расстоянии A > 4f, между ними помещается выпуклая линза. Перемещая линзу вдоль оптической скамьи, добиваются получения чёткого изображения предмета. Положение линзы фиксируется по шкале, установленной на оптической скамье. Затем линзу смещают, чтобы получить второе чёткое изображение, и также фиксируют её положение. Заключение. Фокусное расстояние линзы — это основная характеристика оптической системы, определяющая её способность собирать (собирающая линза) или рассеивать (рассеивающая линза) световые лучи. Фокусное расстояние измеряется как расстояние от центра линзы до её фокуса. Реальная лаборатория позволяет проводить точные измерения и физические эксперименты, но требует ресурсов и времени. Виртуальная лаборатория обеспечивает быстрые, гибкие и безопасные условия, но может не полностью отражать тонкости реальных физических процессов. Оба подхода важны для понимания фокусного расстояния ли