[자연과학][물리학 실험] 렌즈[오목렌즈와 볼록렌즈]의 초점 거리 측정

1. 볼록 렌즈

(1) 렌즈의 초점거리를 근사적으로 측정한다. 먼 거리에 있는 물체, 즉 실험실 밖 의 나무나 건물을 볼록렌즈에 의해 스크린에 상을 맺게 하고 렌즈와 스크린 간의 거리를 측정하면 초점거리의 근사 값을 구할 수 있다. 이유는 [식 1-1)]에서 의 값이 충분히 커서 의 값이 0에 수렴하면 의 관계가 성립하고, 렌즈에서 멀리 있는 물체의 상이 생기는 지점까지의 거리가 초점거리이다.

(2) 광학대에 전구로부터 순서대로 십자 슬릿(물체), 볼록렌즈, 스크린을 올려놓는다. 이때 각각의 받침대가 광학대에 수직이 되도록 한다.

(3) 3개의 받침대의 높이 조절나사를 풀고 높이를 조절하여 물체의 중심, 렌즈의 중심 및 스크린의 중심이 일직선이 되도록 맞춘다.

(4) 십자슬릿(물체)과 스크린을 임의의 위치에 고정시킨 다음 거리 ()를 측정한다. 이 때, 십자슬릿(물체)과 스크린 사이의 거리는 초점거리의 약 5배 (60~80cm) 정도가 좋다.

(5) 렌즈를 물체 가까이에 놓고 스크린에 확대된 상을 관찰하면서 렌즈를 조금씩 움직여 스크린에 가장 선명한 상이 나타나도록 렌즈의 위치를 조정한다. 상이 생기지 않는 경우는 상이 스크린 밖에 생기는 경우이므로 십자슬릿(물체)이나 스크린의 높이를 조절하여 상이 생기게 한다.

(6) 렌즈로부터 물체와의 거리 와 스크린까지의 거리 를 측정하여 기록한다.(광학대 옆에 부착된 자를 이용한다.) 또한 스크린에 생긴 상의 크기를 측정한다.

(7) 렌즈를 스크린 가까이 움직여 축소된 선명한 상이 스크린에 나타나도록 하여렌즈와 물체와의 거리 와 렌즈와 스크린과의 거리 를 측정하여 기록한다. 또한, 스크린에 생긴 상의 크기를 측정한다.(이때 스크린의 위치는 과정 (6)과 동일함)

(8) 를 여러 가지로 변화시킨 뒤 위의 과정 (3)~(6)을 반복하여 측정한다.

(9) 렌즈공식 [식 (1-1)]을 이용하여 초점거리 를 구한다.

(10) 과정 (4)와 (6)에서 렌즈의 움직인 거리를 라 할 때 (), 렌즈의 초점거리는 다음과 같다.([그림 1-3] 참고)

(11) 확대된 상과 축소된 상의 크기와 물체의 크기로부터 구한 렌즈의 배율[식(1-2)]과 물체와 상의 거리()로부터 구한 렌즈의 배율을 비교하라.