일반물리학실험 | 얇은 렌즈의 초점거리 측정

 

 

 

TIP

 

 

얇은 렌즈 방정식을 통해 볼록렌즈와 오목렌즈의 초점거리를 측정한다

 

 

 

렌즈의 초점

그림과 같이 볼록렌즈와 오목렌즈 각각의 경우의 초점을 살펴보면, 볼록렌즈의 경우 렌즈에 입사한 평행광선들이 모이는 곳이 초점이 되고, 오목렌즈의 경우 입사한 평행광선들이 구부러져 나갈 때 그 발산한 광선들이 나오는 점이 초점이 된다. 특히, 오목렌즈의 경우 굴절하여 반사될 때에 그 광선의 연장선이 렌즈 뒷면에서 모이는 가상적인 점을 초점이라 하므로 허초점(虛焦點)이라고 한다.

 

그림 볼록렌즈와 오목렌즈의 초점

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실험 방법

1. 블록렌즈

1) 블록렌즈의 초점거리 측정방법에는 평행관선법과 부합방법이 있다.

 

2) 렌즈의 초점거리를 근사적으로 측정하려면, 2m쯤(1m 이상) 떨어진 광원 뒤에 볼록렌즈를 두고 스크린에 상을 맺게 한다. 여기서, 다음 렌즈와 스크린까지의 거리가 블록렌즈 초점거리의 근삿값이다.

 

3) 광학대의 좌측 끝에 광원을 두고 전원을 켠다(광원 앞에 화살표 표시가 된 물체를 둘 수 있다.) 모양의 물체를 두고, 물체의 뒤편에서 스크린을 광학대의 우측 끝에 스크린을 둔다. 그 둘 사이에 블록렌즈를 광원에 가깝게 위치시킨다(그림 3 참조).

 

4) 스크린 위에 선명한 상이 생기도록 렌즈 O와 스크린 B를 잘 조절한다.

 

5) 렌즈로부터 물체와의 거리(a)와 스크린까지의 거리(b)를 측정하여 기록한다. 또한, 물체의 크기와 상의 크기를 측정하여라.

 

6) 위의 과정 1)～4)를 5회 이상 반복하여 측정한다.

 

7) 렌즈공식(식 (1))을 이용하여 초점거리를 구한다.

 

8) 물체거리 a를 변화시킨 다음 3)～6)을 반복한다.

 

2. 오목렌즈

1) 오목렌즈 그 자체는 빛을 발산시키기 때문에 실상을 만들 수 없다. 따라서 앞의 실험에서 사용한 블록렌즈를 함께 사용하여 초점거리를 측정한다.

 

2) 실험에서와 같이 블록렌즈를 두고 스크린에 선명한 상이 맺히게 한다. 이때 스크린을 뒤로 움직일 수 있도록 공간을 둔다.

 

3) 렌즈와 스크린의 위치를 측정한다.

 

4) 블록렌즈와 스크린 사이에 오목렌즈를 둔다. 오목렌즈의 발산하는 성질 때문에 볼록렌즈에 의해서 생긴 상보다 먼 곳에 상이 생기게 된다.

 

5) 스크린을 움직여서 선명한 상이 맺히게 거리를 조정하고, 오목렌즈와 스크린의 사이의 거리를 측정한다.

 

6) 그림과 같이 a₂(<0)와 b₂를 계산하여 식 (1)로부터 오목렌즈의 초점거리(f)를 구한다(여기서 a₂의 값은 –부호가 된다. 왜냐하면 볼록렌즈의 경우 빛이 좌에서 우로 진행한 것과 반대로, 오목렌즈의 경우는 상 I₁이 오목렌즈 L₂쪽으로(우측에서 좌측으로)빛이 진행하는 것처럼 생각하기 때문이다.

 

 

 

7) 물체거리 a1을 변화시킨 다음 3)～5)를 반복한다.

 

 

 

[일반물리학실험]얇은 렌즈의 초점거리 측정 레포트