Меню

Что такое фокус линзы и как его найти



Линза. Виды линз. Фокусное расстояние.

теория по физике 🧲 оптика

Мы уже познакомились с явлением преломления света на границе двух плоских сред. Но на практике особый интерес представляет явление преломления света на сферических поверхностях линз.

Линза — прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.

Какими бывают линзы?

По форме различают следующие виды линз:

  • Выпуклые — линзы, которые посередине толще, чем у краев.
  • Вогнутые — линзы, которые посередине тоньше, чем у краев.

Выпуклые линзы тоже имеют разновидности:

  • Двояковыпуклая — линза, ограниченная с обеих сторон выпуклыми сферическими поверхностями (СП). Такая линза изображена ниже на рисунке 1.
  • Плосковыпуклая — линза, ограниченная выпуклой СП с одной стороны и плоской поверхностью с другой (рис. 2)
  • Вогнуто-выпуклая — линза, ограниченной с одной стороны вогнутой СП, а с другой — выпуклой СП (рис. 3).

Разновидности вогнутых линз:

  • Двояковогнутая — линза, ограниченная с обеих сторон вогнутыми СП (рис. 4).
  • Плосковогнутая — линза, ограниченная вогнутой СП с одной стороны и плоской поверхностью с другой (рис. 5)
  • Выпукло-вогнутая — линза, ограниченной с одной стороны выпуклой СП, а с другой — вогнутой СП (рис. 6).

Тонкая линза

Мы будем говорить о линзах, у которых толщина l = AB намного меньше радиусов сферических поверхностей этой линзы R1 и R2. Такие линзы называют тонкими.

Тонкая линза — линза, толщина которой пренебрежимо мала по сравнению с радиусами сферических поверхностей, которыми она ограничена.

Главная оптическая ось тонкой — прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы (на рисунке она соответствует прямой O1O2).

Оптический центр линзы — точка, расположенная в центре линзы на ее главной оптической оси (на рисунке ей соответствует точка О). При прохождении через оптический центр линзы лучи света не преломляются.

Побочная оптическая ось — любая другая прямая, проходящая через оптический центр линзы.

Изображение в линзе

Подобно плоскому зеркалу, линза создает изображения источников света. Это значит, что свет, исходящий из какой-либо точки предмета (источника), после преломления в линзе снова собирается в точку (изображение) независимо от того, какую часть линзы прошли лучи.

Оптическое изображение — картина, получаемая в результате действия оптической системы на лучи, испускаемые объектом, и воспроизводящая контуры и детали объекта.

Практическое использование изображений часто связано с изменением масштаба изображений предметов и их проектированием на поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. д.). Основой зрительного восприятия предмета является его изображение, спроектированное на сетчатку глаза.

Изображения разделяют на действительные и мнимые. Действительные изображения создаются сходящимися пучками лучей в точках их пересечения (см. рисунок а). Поместив в плоскости пересечения лучей экран или фотоплёнку, можно наблюдать на них действительное изображение.

Если лучи, выходящие из оптической системы, расходятся, но если их мысленно продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке (см. рисунок б). Эту точку называют мнимым изображением точки-объекта. Она не соответствует пересечению реальных лучей, поэтому мнимое изображение невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое изображение способно играть роль объекта по отношению к другой оптической системе (например, глазу или собирающей линзе), которая преобразует его в действительное.

Собирающая линза

Обычно линзы изготавливают из стекла. Все выпуклые линзы являются собирающими, поскольку они собирают лучи в одной точке. Любую из таких линз условно можно принять за совокупность стеклянных призм. В воздухе каждая призма отклоняет лучи к основанию. Все лучи, идущие через линзу, отклоняются в сторону ее главной оптической оси.

Если на линзу падают световые лучи, параллельные главной оптической оси, то при прохождении через нее они собираются на одной точке, лежащей на оптической оси. Ее называют главным фокусом линзы. У выпуклой линзы их два — второй главный фокус находится с противоположной стороны линзы. В нем будут собираться лучи, которые будут падать с обратной стороны линзы.

Главный фокус линзы обозначают буквой F.

Фокусное расстояние — расстояние от главного фокуса линзы до их оптического центра. Оно обозначается такой же букой F и измеряется в метрах (м).

В однородных средах главные фокусы собирающих линз находятся на одинаковом расстоянии от оптического центра.

Пример №1. Что произойдет с фокусным расстоянием линзы, если ее поместить в воду?

Вода — оптически более плотная среда, поэтому преломленные лучи будут располагаться ближе к перпендикуляру, восстановленному к разделу двух сред. Следовательно, фокусное расстояние увеличится. На рисунке лучам, выходящим из линзы в воздухе, соответствуют красные линии. Лучам, выходящим из линзы в воде — зеленые. Видно, что зеленые линии больше приближены к перпендикуляру, восстановленному к разделу двух сред, что соответствует закону преломления света.

Направим три узких параллельных пучка лучей от осветителя под углом к главной оптической оси собирающей линзы. Мы увидим, что пересечение лучей произойдет не в главном фокусе, а в другой точке (рисунок а). Но точки пересечения независимо от углов, образуемых этими пучками с главной оптической осью, будут располагаются в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси линзы и проходящей через главный фокус (рисунок б). Эту плоскость называют фокальной плоскостью.

Поместив светящуюся точку в фокусе линзы (или в любой точке ее фокальной плоскости), получим после преломления параллельные лучи.

Если сместить источник дальше от фокуса линзы, лучи за линзой становятся сходящимися и дают действительное изображение.

Когда же источник света находится ближе фокуса, преломленные лучи расходятся и изображение получается мнимым.

Рассеивающая линза

Вогнутые линзы обычно являются рассеивающими (лучи, выходя из них, не собираются, а рассеиваются). Это бывает если, поместить вогнутую линзу в оптически менее плотную среду по сравнению с материалом, из которого изготовлена линза. Так, стеклянная линза в воздухе является рассеивающей.

Если направить на вогнутую линзы световые лучи, являющиеся параллельными главной оптической оси, то образуется расходящийся пучок лучей. Если провести их продолжения, то они пересекутся в главном фокусе линзы. В этом случае фокус (и изображение в нем) является мнимым. Этот фокус располагается на фокусном расстоянии, равном F.

Другой мнимый фокус находится по другую сторону линзы на таком же расстоянии при условии, что среда по обе стороны линзы одинаковая.

Оптическая сила линзы

Оптическая сила линзы — величина, характеризующая преломляющую способность симметричных относительно оси линз и центрированных оптических систем, состоящих из таких линз.

Обозначается оптическая сила линзы буквой D. Единица измерения — диоптрий (дптр). Оптической силой в 1 дптр обладает линза с фокусным расстоянием 1 м.

Оптическая сила линзы равна величине, обратной ее фокусному расстоянию:

D > 0, если линза собирающая, D D = − 1 | F | . .

| F | = − 1 D . . = − 1 − 5 . . = 0 , 2 ( м )

Источник статьи: http://spadilo.ru/linza-vidy-linz-fokusnoe-rasstoyanie/

Линзы. Построение изображений, даваемых линзой

Цель: познакомить учащихся с типами линз, геометрическими характеристиками, характерными лучами, с получением изображений при помощи линз.

1. Постановка учебной проблемы

Человек всегда мечтал увидеть мелкие предметы лучше и поближе. Но невооруженным глазом сделать это крайне тяжело. На помощь человеку приходят … Линзы.

Что такое линза?
Какие виды линз бывают?
Как с помощью линз получить различные изображения?

2. План урока

1. Линзы. Типы линз.
2. Геометрические характеристики линз. Характерные лучи.
3. Получение изображения с помощью линзы.

3. Изучение нового материала

Линзы – это прозрачные для света тела, ограниченные сферическими поверхностями, одна из которых может быть плоской.

Какие типы линз вы знаете (демонстрация типов линз)?

По форме ограничивающих поверхностей различают шесть типов линз:

Выпуклые линзы являются собирающими.

Собирающие линзы – линзы, преобразующие параллельный пучок световых лучей в сходящийся.

Вогнутые линзы являются рассеивающими.

Рассеивающие линзы – линзы, преобразующие параллельный пучок световых лучей в расходящийся.

Тонкая линза – линза, толщина которой пренебрежительно мала по сравнению с радиусами кривизны её поверхности.

Геометрические характеристики линз. Характерные лучи.

О – главный оптический центр линзы
О1О2 – главная оптическая ось линзы
АВ – побочная оптическая ось линзы

Фокус собирающей линзы – точка на главной оптической оси, в которой собираются лучи, падающие параллельно главной оптической оси, после преломления их в линзе.

Почему фокус рассеивающей линзы называется мнимым?

Фокус рассеивающей линзы – точка на главной оптической оси, через которую проходят продолжения расходящегося пучка лучей, параллельных главной оптической оси.

Фокальная плоскость линзы (MN) – плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси.

Оптическая сила линзы – величина обратная фокусному расстоянию.

Решение задач:

1. Практическое задание: Используя удаленный источник света (Солнце), с помощью линзы получите на экране четкое изображение. Измерьте фокусное расстояние и вычислите оптическую силу линзы.

Приборы: линзы, экран.

Результаты внесите в таблицу:

Оптическая сила линзы, дптр

2. Решите устно:

– Оптическая сила у очков соответственно равна 1,25 дптр; 4 дптр. Каковы фокусные расстояния этих линз?
– Чем отличаются друг от друга линзы, оптическая сила одной из которых равна +1,5 дптр, а другой –1,5 дптр?
– Может ли оптическая сила линзы быть равна 0 дптр?

Построение изображения в линзе:

– Луч, падающий на линзу параллельно оптической оси, после преломления идет через фокус линзы.
– Луч, проходящий через оптический центр линзы не преломляется.
– Луч, проходя через фокус линзы после преломления идет параллельно оптической оси.

Решение задач:

1. Постройте изображения предметов в тонких линзах и заполните таблицу:

Относительный размер d > 2F d = 2F F

2. Постройте изображение и определите его вид:

Задачи на построение в линзах

1. Построить изображение в линзах:

2. С помощью построений определить центр линзы, вид линзы и ее фокус:

3. Найти изображение светящейся точки, лежащей на главной оптической оси:

1. Построить изображение в линзах:

2. С помощью построений определить центр линзы, вид линзы и ее фокус:

3. Найти изображение светящейся точки, лежащей на главной оптической оси:

Закрепление:

1. Какую линзу называют собирающей, рассеивающей?
2. Зависит ли фокусное расстояние линзы от показателя преломления среды, в которой она находится?
3. Можно ли получить мнимое изображение источника на экране или фотопластинке?
4. Всегда ли двояковогнутая линза является рассеивающей?
5. Как нужно расположить две собирающие линзы, чтобы пучок параллельных лучей, пройдя через обе линзы, снова стал параллельным?

Домашние задание:

Применение линз (сообщения).

Список литературы:

1. Физика: Оптика. Квантовая физика. 11 класс. Г.Я. Мякишев. А.З. Синяков.
2. Физика 11 класс. В.А. Касьянов.
3. Репетитор по физике. И.Л. Касаткина.
4. Сборник заданий и самостоятельных работ 11 класс. Л.А. Кирик, Ю.И. Дик
5. Занимательные материалы к урокам. Физика 8 класс. А.И. Сёмке.

Источник статьи: http://urok.1sept.ru/articles/655805


Adblock
detector