Лінзи. Оптична сила та фокусна відстань лінзи. Формула тонкої лінзи. Отримання зображень за допомогою лінзи

 
 

Межа розділу двох, прозорих для світла, тіл може бути викривленою. Якщо прозоре тіло обмежити викривленими поверхнями, отримаємо лінзу (нім. linse - «сочевиця»).

Лінза — це прозоре тіло, обмежене двома опуклими або вгнутими прозорими поверхнями, які заломлюють промені світла.

Одна з поверхонь лінз може бути плоскою. Лінзи виготовляють з якої-небудь прозорої для світла речовини: скла, кварцу, різних пластмас, кам’яної солі, але найчастіше - із спеціальних сортів скла.

Найбільшого поширення набули лінзи, обмежені сферичними поверхнями. Залежно від взаємного розміщення сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, розрізняють 6 типів лінз: двоопукла, плоско-опукла, увігнуто-опукла (мал. 165, а, б, в); двоввігнута, плоско-ввігнута, опукло-ввігнута (мал. 165, г, д, е).

Будь-яка лінза має характерні точки і лінії. З’ясуємо, які саме.

1. Пряму, що проходить через центри С1 і Ссферичних поверхонь, які обмежують лінзу, називають головною оптичною віссю (мал. 166).

2. Точку О, що лежить на головній оптичній осі в центрі лінзи, називають оптичним центром лінзи (мал. 166).



 

Дослід 1. Спрямуємо на лінзу пучок променів, паралельних її головній оптичній осі. Проходячи через лінзу, світлові промені заломлюються і перетинаються в одній точці, яка лежить на головній оптичній осі лінзи (мал. 167).

Цю точку називають головним фокусом лінзи F.

3. Головний фокус лінзи F - точка, у якій сходяться всі, паралельні головній оптичній осі, промені після їх заломлення в лінзі.

4. Фокусна відстань лінзи F - відстань від оптичного центра лінзи О до головного фокуса F.

Кожна лінза має два головних фокуси.

Будь-яка тонка лінза характеризується двома основними параметрами - фокусною відстанню та оптичною силою. Оптичну силу лінзи позначають великою літерою D та визначають за формулою:

Одиницею оптичної сили є одна діоптрія (1 дптр),

Як видно з досліду, лінза перетворює пучок паралельних променів на той, що сходиться, тобто збирає його в одну точку. Таку лінзу називають збиральною лінзою.

Збиральна лінза — це лінза, яка світлові промені, що падають на неї паралельно її головній оптичній осі, після заломлення збирає на цій осі в одну точку.


Дослід 2. Візьмемо лінзу іншого типу і спрямуємо на неї паралельний головній оптичній осі пучок світлових променів. Промені, заломившись на межі повітря-скло, виходять з лінзи пучком, що розходиться або розсіюється (мал. 168).

Таку лінзу називають розсіювальною лінзою.

Розсіювальна лінза — це лінза, яка світлові промені, що падають на неї паралельно її головній оптичній осі, після заломлення відхиляє від цієї осі.

Якщо пучок променів, що виходить з розсіювальної лінзи, продовжити у протилежному напрямку, то продовження променів перетнуться в точці F, яка лежить на оптичній осі з того боку, з якого світло падає на лінзу. Цю точку F називають уявним головним фокусом розсіювальної лінзи (мал. 169). Отже, розсіювальна лінза має уявний головний фокус.

Дослід 3. Пропустимо світлові промені тільки через оптичні центри лінз. У результаті досліду переконуємося (мал. 170), що світлові промені, які проходять через оптичний центр лінзи, не заломлюються, тобто не змінюють свого напрямку.

За допомогою лінз можна не тільки збирати або розсіювати світлові промені, але й будувати зображення предметів. Якраз завдяки цій властивості лінзи широко використовують у практичних цілях.

Яким же чином будуються зображення предметів за допомогою лінз?

Зображення предмета — це відтворення виду, форми і кольору предмета світловими променями, що пройшли через оптичну систему лінз, які мають одну загальну оптичну вісь.

Якщо зображення предмета утворено перетином самих променів, то його називають дійсним, якщо їхнім продовженням - уявним.

Визначити хід променів, відбитих усіма точками поверхні тіла, неможливо. Тому для побудови зображення використовуватимемо такі промені, хід яких відомий:

1. Промінь, що проходить через оптичний центр лінзи, не заломлюється (мал. 171, а).

2. Промінь, паралельний головній оптичній осі лінзи, після заломлення в лінзі проходить через головний фокус лінзи (мал. 171, б).

3. Промінь, що проходить через головний фокус лінзи, після заломлення в ній, проходить паралельно головній оптичній осі (мал. 171, в).

Розглянемо випадки, за яких виходить те або інше зображення, та особливості цих зображень.

1. Предмет АВ розміщений між лінзою і Ті фокусом F.

Побудуємо зображення точки А, використавши для цього згадані вище промені. Промінь АС (мал. 172), паралельний головній осі лінзи, заломившися в лінзі, пройде через головний фокус, а промінь АО не змінить свого напрямку. Як видно з малюнка, ці промені розходяться. Щоб побудувати зображення точки А, потрібно продовжити промені у протилежному напрямку до перетину, це буде точка А1.

Це зображення точки є уявним. Таку саму побудову ходу променів можна виконати для всіх точок предмета, які знаходяться між точками А і В. Зобра

ження цих проміжних точок лежатимуть між А1 і В1. Таким чином, A1B1 -зображення предмета АБ.

Якщо предмет розміщують між лінзою та її фокусом, то отримують збільшене, пряме, уявне його зображення, розміщене далі від лінзи, ніж сам предмет.

Таке зображення отримують, коли користуються лупою - приладом для розглядання дрібних предметів (наприклад, читання дрібного тексту).

2. Предмет, розміщений у головному фокусі лінзи F.

Для побудови зображення предмета АБ знову скористаємося променями АС і АО (мал. 173). Після проходження променів крізь лінзу ми побачимо, що вони паралельні між собою. Отже, зображення предмета АБ ми не отримаємо.

Якщо в головному фокусі розмістити джерело світла, то ми перетворимо пучок променів, що розходяться, на пучок паралельних променів, який добре освітлює віддалені предмети.

Якщо предмет розміщений у головному фокусі лінзи F, зображення предмета отримати не можна.

3. Предмет розміщений між головним фокусом лінзи F і подвійним фокусом лінзи 2F.

Під час побудови зображення (мал. 174) ми бачимо, що промені АС і АО після проходження лінзи перетинаються в точці А1. У цій точці утворюється дійсне зображення точки А. Зображення A1B1 предмета АБ також буде дійсним.

Якщо предмет розміщений між фокусом F і подвійним фокусом 2F лінзи, то утворюється збільшене, перевернуте і дійсне зображення предмета; воно розміщене з протилежного відносно предмета боку лінзи на відстані, що більша за подвійну фокусну відстань.

Таке зображення використовують у проекційному апараті, кіноапараті. Щоб зображення на екрані було прямим, діапозитиви або кінострічку встановлюють в апарат у перевернутому вигляді.

4. Предмет, розміщений у подвійному фокусі лінзи 2F.

У цьому випадку лінза дає (мал. 175) перевернуте, дійсне зображення предмета такого самого розміру, що й він сам. Це зображення розміщене в її подвійному фокусі 2F з протилежного відносно предмета боку лінзи.

5. Якщо предмет розміщений за подвійним фокусом лінзи 2F (мал. 176), лінза дає зменшене, перевернуте і дійсне зображення предмета, яке розміщено між її головним фокусом F і подвійним фокусом 2F з протилежного відносно предмета боку лінзи.

Таке зображення використовують у фотоапараті.

Отже, розміри зображення предмета і місце, де воно утворюється, залежать від взаємного розміщення предмета і лінзи.


ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Що називають лінзою? Які бувають лінзи?

2. Які головні точки і лінії має будь-яка лінза?

3. Які зображення предметів можна отримати за допомогою лінзи?

4. Від чого залежать розміри зображення предмета?

Лабораторна робота № 5

Визначення фокусної відстані та оптичної сили тонкої лінзи

Мета роботи: навчитися отримувати зменшені та збільшені зображення предметів за допомогою збиральної лінзи, через геометричні побудови визначити її фокусну відстань, визначити оптичну силу лінзи, уміти користуватися формулою тонкої лінзи.

Прилади і матеріали: збиральна лінза на підставці; лампа для кишенькового ліхтарика на підставці із джерелом живлення або свічка; білий екран; вимірювальна лінійка.

X і д роботи

1. Одержте на екрані чітке зменшене зображення джерела світла. Виміряйте в метрах відстань d від джерела світла до лінзи та відстань f від лінзи до екрана.

Побудовою з дотриманням масштабу знайдіть положення головних фокусів лінзи. Визначте фокусну відстань лінзи F та оптичну силу лінзи D за формулою:

Визначаючи оптичну силу лінзи, фокусну (і всі інші) відстань слід брати в метрах, лише тоді оптичну силу можна визначити в діоптріях.

2. Одержте на екрані збільшене зображення джерела світла і виконайте всі дії, що описано в пункті 1.

3. Установіть, де потрібно розмістити джерело світла, щоб на екрані було його зображення такого самого розміру, як і джерело. Перевірте свій висновок на досліді.

Для допитливих

Візьміть окуляри для короткозорих і далекозорих людей. Побудуйте зображення предметів, які дають ці окуляри.

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

Розв’язуємо разом

1. Чому не рекомендується поливати рослини вдень, коли вони освітлені сонячними променями, особливо ті, на листі яких залишаються крапельки води?

Відповідь: тому що крапельки відіграють роль лінз, які фокусують сонячні промені, і рослини отримують опіки.

2. На малюнку 177 показано хід променів у лінзах. Які це лінзи?

Відповідь: (зліва-направо) джерело світла, збиральна лінза, розсіюваль-на лінза.

Рівень А

106. Які бувають лінзи? Назвіть їх.

107. Як, використовуючи сонячні промені, визначити фокусну відстань збиральної лінзи?

108. Наповніть прозору пляшку водою, поставте її так, щоб вона освітлювалася сонячними променями або світлом від електролампи, і помістіть за нею аркуш паперу. Як впливає вода у пляшці на поширення світла?

109. Чи можна розмістити дві збиральні лінзи так, щоб паралельні промені, падаючи на одну лінзу, з другої виходили також паралельними?

110. Побудуйте зображення предмета АВ у збиральній лінзі (мал. 178).

111. Яку лінзу поклали на аркуш паперу в клітинку (мал. 179)?

112. Як збиральні лінзи змінюють хід світлових променів?

113. Як на дотик відрізнити збиральну лінзу від розсіювальної?

114. Є дві лінзи - одна збиральна, друга розсіювальна. Як, подивившись через ці лінзи на предмет, відрізнити одну від другої?

Рівень Б

115. Поясніть результати віртуального (комп’ютерного) досліду, зображеного на малюнку 180.

116. Де потрібно розмістити предмет перед збиральною лінзою, щоб отримати його дійсне і збільшене зображення?

117. Де потрібно розмістити предмет перед збиральною лінзою, щоб отримати його дійсне і зменшене зображення?

118. Чи можна побачити зображення предмета, якщо його помістити у фокусі збиральної лінзи? Чому?

119. Як зміниться зображення предмета, якщо, не змінюючи положення лінзи, поміняти місцями екран і предмет?

120. Чи можна за допомогою льоду запалити сірник?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.