Информационные источники (основные учебники по предмету)
Группа № 23 ФИЗИКА
Урок 15
Тема: Линза. Построение изображения в линзе. Формула тонкой линзы.
Цели: сформировать понятие линзы. Рассмотреть виды линз и назвать их основные характеристики, нааучить строить и описывать изображения предмета, даваемые тонкими линзами.
Задачи урока:
- обеспечить усвоение основных понятий: линза, фокус, фокусное растояние, оптическая сила линзы;
- формировать умения применять полученные знания при решении задач;
- содействовать трудолюбию, самостоятельности;
- развивать познавательный интерес
ПЛАН
1. Изучение нового материала
2. Решение задач
Проработка теоретического материала
Линза – прозрачное тело, ограниченное криволинейными поверхностями.
Оптический центр линзы – это точка, проходя через которую лучи не меняют своего направления.
Главная оптическая ось – прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы.
Побочная оптическая ось – любая прямая, кроме главной оптической оси, проходящая через оптический центр.
Главный оптический фокус – точка, в которой после преломления пересекаются все лучи, падающие на линзу, параллельно главной оптической оси.
Фокусное расстояние – расстояние от линзы до ее фокуса.
Фокальная плоскость – плоскость, проведенная через главный фокус перпендикулярно главной оптической оси.
Оптическая сила линзы – величина, обратная фокусному расстоянию.
|
|
|
Линейное увеличение – отношение линейного размера изображения к линейному размеру предмета.
Мениск – вогнуто-выпуклая или выпукло-вогнутая линза, ограниченная двумя сферическими поверхностями.
Простейшей оптической системой является линза.
Виды линз: выпуклые и вогнутые.
Выпуклые линзы: двояковыпуклая, плоско-выпуклая, вогнуто-выпуклая.
Вогнутые линзы: двояковогнутая, плоско-вогнутая, выпукло-вогнутая.
Физической моделью реальной линзы является тонкая линза.
Если толщина линзы d пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны R1 и R2 сферических поверхностей, линзу называют тонкой
Основные элементы и характеристики тонкой линзы:оптический центр, главная оптическая ось, побочная оптическая ось, фокус, фокусное расстояние, фокальная плоскость, оптическая сила.
Основное свойство линзы: световые лучи, исходящие из какой-либо точки предмета (источника), проходя через линзу, пересекаются в одной точке (изображении) независимо от того через какую часть линзы прошли.
Для построения изображения точки, расположенной вне главной оптической оси линзы , можно пользоваться любыми двумя из трёх «удобных» лучей, ход которых через линзу известен: 1) луч, проходящий через оптический центр; 2) луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси; 3) луч, проходящий через фокус.
|
|
|
Чтобы построить изображение точки, расположенной на главной оптической оси, необходимо применить метод побочных осей: надо провести вспомогательную побочную оптическую ось и рассматривать данную точку как находящуюся вне проведенной оптической оси.
Собирающая линза может давать различные изображения в зависимости от того, на каком расстоянии d от линзы расположен предмет: увеличенное, уменьшенное, прямое, перевернутое, действительное, мнимое.
Для рассеивающей линзы положение предмета относительно линзы не имеет значения. Изображение предмета в линзе всегда мнимое, прямое и уменьшенное.
Приступим непосредственно к построению изображений. Для начала рассмотрим собирающую линзу, фокусы и оптический центр которой заранее известны. Для удобства, расстояние от предмета до линзы будем обозначать маленькой латинской буквой d, а расстояние от линзы до изображения — f.
Построим изображение плоского предмета AB, находящегося на различных расстояниях от линзы.
Для начала рассмотрим случай, когда предмет находится за двойным фокусом линзы.
|
|
|
Чтобы построить изображение точки B, направим луч BD параллельно главной оптической оси линзы. После преломления, этот луч, как известно, пойдет через главный фокус линзы. Второй луч BC можно направить через фокус, тогда после преломления в линзе он будет идти параллельно главной оптической оси. В точке пересечения этих двух лучей и будет находиться изображение нашей точки B.
Т.к. наш предмет перпендикулярен главной оптической оси, то теперь достаточно опустить перпендикуляр из точки B1, чтобы получить вторую точку нашего изображения — точку A1. Но важно помнить, что так можно делать только тогда, когда предмет перпендикулярен главной оптической оси.
Можно было бы использовать и луч BO, проходящий через оптический центр линзы.
Таким образом, можно сделать главный вывод о том, что для построения изображения точки достаточно использовать два из трех «удобных» лучей, ход которых через линзу нам заранее известен.
Теперь охарактеризуем полученное изображение. Во-первых, оно действительное, так как получилось на пересечении преломленных лучей. Во-вторых, оно перевернутое. В-третьих, как можно видеть из построения, оно уменьшенное.
Аналогичным способом, можно построить и охарактеризовать изображение предмета, находящегося на других расстояниях от линзы:
|
|
|
Между первым и вторым фокусом
В главном фокусе линзы
Между фокусом и линзой.
Обратите внимание, что когда предмет располагается между фокусом и линзой, то преломленные лучи расходятся, а пересекаться будут только их продолжения. Поэтому, в этом случае, изображение предмета будет мнимым, увеличенным, прямыми находится со стороны изображаемого предмета.
При построении изображения действительного предмета в рассеивающей линзе поступают точно также как и в случае с собирающей. Единственное отличие состоит в том, что у рассеивающей линзы фокус мнимый. Поэтому изображение, даваемое рассеивающей линзой, всегда мнимое, уменьшенное, прямое и находится между линзой и ее фокусом со стороны изображаемого предмета.
А что делать, если основание предмета находится на главной оптической оси, но сам предмет не перпендикуляре ней? Как строиться изображение в этом случае?
Основная трудность заключается в построении изображения точки, являющейся основанием предмета. А дело в том, что все три «удобных» луча будут сливаться в один, который совпадает с главной оптической осью линзы.
Для удобства уберем наш предмет, оставив только точку, изображение которой нам надо построить.
Чтобы найти, где образуется изображение нашей точки, проведем два луча: первый луч АО, вдоль главной оптической оси (он проходит через оптический центр линзы, не испытывая преломления), а второй луч, например AK, падающий на линзу в произвольной точке K. Здесь главное помнить, что такой луч, после преломления в линзе, не пойдет через ее главный фокус. Для того чтобы найти дальнейший ход этого луча нам необходимо совершить несколько операций.
Во-первых, проведем побочную оптическую ось, параллельную нашему лучу AK.
Затем начертим заднюю фокальную плоскость в случае собирающей линзы или переднюю — в случае рассеивающей линзы.
Как можно заметить, наша побочная оптическая ось пересеклась с фокальной плоскостью в точке, которую называют побочным фокусом линзы F’. Через этот побочный фокус и пойдут все параллельные побочной оптической оси лучи после преломления в собирающей линзе, или их продолжения в рассеивающей, а следовательно, и наш луч AK. Преломленный луч (или его продолжение) пересечет оптическую ось в точке A1,которая и является изображением точки А.
Основные формулы и уравнения:
Оптическая сила линзы:
где F – фокусное расстояние.
Или 
где где R1 и R2 – радиусы кривизны поверхностей; n – показатель преломления линзы в веществе.
Единица измерения оптической силы линзы - 1 диоптрия (дптр).
Оптическая сила сложной системы равна сумме оптических сил составляющих систем.
Уравнение, связывающее фокусное расстояние F, расстояние от линзы до изображения 
и расстояние от предмета до линзы d, называют формулой тонкой:
Линейным увеличением (Г) называется отношение линейного размера изображения (H) к линейному размеру предмета (h):
При расчетах числовые значения действительных величин всегда подставляются со знаком «+», а мнимых со знаком «-».
Если после преломления лучи, идущие от источника, пересекаются в одной точке за линзой, то они образуют действительное изображение. Изображение является мнимым, когда прошедшие через линзу лучи расходятся и изображение находится в точке пересечения их продолжений.
Линзы являются основной частью многих оптических приборов. Например, глаз, как орган зрения, тоже является уникальной оптической системой, в которой роль линзы выполняют роговица и хрусталик.
Линзы применяют на практике для получения изображений высокого качества. Однако, изображение, даваемое простой линзой, в силу ряда недостатков не удовлетворяет этим требованиям. Недостатки оптических систем, приводящие к искажению изображений на выходе из оптической системы, называются аберрациями. Виды аберраций: сферическая аберрация, хроматическая аберрация, кома, астигматизм, дисторсия.
Решение задач
1. Фокусное расстояние тонкой собирающей линзы равно 20 см. Предмет малых размеров расположен на её главной оптической оси, при этом изображение предмета находится на расстоянии 60 см от линзы. Предмет расположен от линзы на расстоянии ___ см.
Дано:
F = 20 см =0,2 м
f = 60 см = 0,6 м
Найти d - ?
Решение:
Формула тонкой линзы:
отсюда получаем формулу для расчета расстояния от линзы до предмета:
Ответ: 30 см.
Домашнее задание: Проработать § 50, 51, рассмотреть примеры решения задач 1, 2 стр.199
Информационные источники (основные учебники по предмету)
1. Мякишев Г.Я. Физика. 11класс. Учеб. для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой – М.: Просвещение, 2016. – 432 с.: ил. – (Классический курс).
2. https://uchebnik-skachatj-besplatno.com/Физика/Учебник%20Физика%2011%20класс%20Мякишев%20Буховцев%20Чаругин/index.html
Интернет-ресурс ы
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 13; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!