Яку оптичну силу має лінза?
Лінзамі називають прозорі тіла, обмежені із двох сторін сферичними поверхнями.
Лінзи бувають двох типів опуклими (збираючими) або увігнутими (розсіювальними). У опуклої лінзи середина товща за краї, у увігнутій навпаки середина тонша за краї.
Вісь, що проходить через центр лінзи, перпендикулярна до лінзи, називається головною оптичною віссю.
Промені, що йдуть паралельно головній оптичній осі, переломлюються проходячи через лінзу і збираються в одній точці, яка називається точкою фокусу лінзи або просто фокус лінзи (для збираючої лінзи). У разі розсіюючої лінзи, промені, що йдуть паралельно головній оптичній осі, розсіюються і розходяться в бік від осі, але продовження цих променів перетинаються в одній точці, яка називається точкою уявного фокусу.
OF - фокусна відстань лінзи (OF=F просто позначають літерою F).
Оптична сила лінзи - це величина, обернена до її фокусної відстані. , Вимірюється в діоптріях [дптр].
Наприклад, якщо фокусна відстань лінзи дорівнює 20 см (F=20см=0,2м), то її оптична сила D=1/F=1/0,2=5 дптр
Для побудови зображення за допомогою лінзи використовують такі правила:
- промінь, що пройшов через центр лінзи, не заломлюється;
- промінь, що йде паралельно головній оптичній осі, переломившись, пройде через точку фокусу;
- промінь, що пройшов через точку фокусу після заломлення, піде паралельно головній оптичній осі;
Розглянемо класичні випадки: а) предмет АВ перебуває за подвійним фокусом d>2F.
зображення: дійсне, зменшене, перевернене.
зображення: уявне, зменшене, пряме.
б) предмет АВ знаходиться між фокусом та подвійним фокусом F
зображення: дійсне, збільшене, перевернене.
зображення: уявне, зменшене, пряме.
в) предмет АВ знаходиться між лінзою та фокусом d
зображення: уявне, збільшене, пряме.
зображення: уявне, зменшене, пряме.
г) предмет АВ знаходиться на подвійному фокусі d=F
зображення: дійсне, рівне, перевернене.
Формула тонкої лінзи:
де F – фокусна відстань лінзи, d – відстань від предмета до лінзи, f – відстань від лінзи до зображення.
Г – збільшення лінзи, h – висота предмета, H – висота зображення.
Завдання оге з фізики: За допомогою лінзи, що збирає, отримано уявне зображення предмета. Предмет щодо лінзи розташований на відстані
1)менше фокусної відстані
2) рівній фокусній відстані
3) більшою подвійної фокусної відстані
4) більшою фокусної та меншою подвійної фокусної відстані
Рішення: Уявне зображення предмета за допомогою лінзи, що збирає, можна отримати тільки у випадку коли предмет по відношенню до лінзи розташований на відстані меншій фокусної відстані. (Див малюнок вище)
Відповідь: 1
Завдання оге з фізики фіпі: На малюнку зображено хід променя, що падає на тонку лінзу з фокусною відстанню F. Ходу променя, що пройшов через лінзу, відповідає пунктирна лінія
Рішення: Промінь 1 проходить через фокус, отже до цього він йшов паралельно головній оптичній осі, промінь 3 паралельний головній оптичній осі, отже до цього він пройшов через фокус лінзи (зліва від лінзи), промінь 2 між ними.
Відповідь: 2
Завдання оге з фізики фіпі: Предмет знаходиться від лінзи, що збирає, на відстані, що дорівнює F. Яким буде зображення предмета?
1) прямим, дійсним
2) прямим, уявним
3) перевернутим, дійсним
4) зображення не буде
Рішення: промінь, що пройшов через точку фокусу, потрапивши в лінзу, йде паралельно головній оптичній осі, отримати зображення предмета фокусу, що знаходиться в точці, неможливо.
Відповідь: 4
Завдання оге з фізики фіпі: Школяр проводить досліди з двома лінзами, спрямовуючи на них паралельний пучок світла. Хід променів у цих дослідах показаний на малюнках. Згідно з результатами цих дослідів, фокусна відстань лінзи Л2
1) більше фокусної відстані лінзи Л1
2) менше фокусної відстані лінзи Л1
3) дорівнює фокусній відстані лінзи Л1
4) не може бути співвіднесено з фокусною відстанню лінзи Л1
Рішення: після проходження через лінзу Л2 промені йдуть паралельно, отже фокуси двох лінз збіглися, з малюнка видно, що фокусна відстань лінзи Л2 менша за фокусну відстань лінзи Л1
Відповідь: 2
Завдання оге з фізики фіпі: На малюнку зображено предмет S та його зображення S′, отримане за допомогою
1) тонкої збираючої лінзи, яка знаходиться між предметом та його зображенням
2) тонкої лінзи, що розсіює, яка знаходиться лівіше зображення
3) тонкої збираючої лінзи, яка знаходиться правіше за предмет
4) тонкої розсіюючої лінзи, яка знаходиться між предметом та його зображенням
Рішення: з'єднавши предмет S і його зображення S знайдемо де знаходиться центр лінзи, так як зображення S вище ніж предмет S, значить зображення збільшене. Збірна лінза дає збільшене зображення S '. (див вище теоретично)
Відповідь: 3
Завдання оге з фізики фіпі: Предмет знаходиться від збираючої лінзи на відстані меншій 2F і більшій F. Якими порівняно з розмірами предмета будуть розміри зображення?
1) меншими
2) такими ж
3) великими
4) зображення не буде
Рішення: Б) предмет АВ знаходиться між фокусом і подвійним фокусом.
Відповідь: 3
Завдання оге з фізики фіпі: Після проходження оптичного приладу, закритого малюнку ширмою, хід променів 1 і 2 змінився відповідно на 1' і 2'. За ширмою знаходиться
1) збираюча лінза
2) розсіювальна лінза
3) плоске дзеркало
4) плоскопаралельна скляна пластина
Рішення: промені, після проходження оптичного приладу, розходяться, а це можливо тільки після проходження променів через лінзу, що розсіює.
Відповідь: 2
Завдання оге з фізики фіпі: На малюнку зображено оптичну вісь ГО1 тонкої лінзи, предмет А та його зображення А1, а також перебіг двох променів, що беруть участь у освіті зображення.
Згідно з малюнком фокус лінзи знаходиться в точці
1) 1, причому лінза є збираючою
2) 2, причому лінза є збираючою
3) 1, причому лінза є розсіювальною
4) 2, причому лінза є розсіювальною
Рішення: промінь, що йде паралельно головній оптичній осі, після проходження крізь лінзу, переломлюється та проходить через точку фокусу. На малюнку видно, що точка 2 і лінза збирає.
Відповідь: 2
Завдання оге з фізики фіпі: Учень досліджував характер зображення предмета у двох скляних лінзах: оптична сила однієї лінзи D1 = -5 дптр, інший D2 = 8 дптр - і зробив певні висновки. З наведених нижче висновків виберіть два правильні та запишіть їх номери.
1) Обидві лінзи збирають.
2) Радіус кривизни сферичної поверхні першої лінзи дорівнює радіусу кривизни сферичної поверхні другої лінзи.
3) Фокусна відстань першої лінзи по модулю більша, ніж друга.
4) Зображення предмета, створене і тією, і іншою лінзою, завжди пряме.
5) Зображення предмета, створене першою лінзою, завжди уявне, зображення, а створене другою лінзою уявне тільки в тому випадку, коли предмет знаходиться між лінзою та фокусом.
Рішення: Знак мінус показує, що перша лінза розсіює, а друга збирає, отже зображення предмета, створене першою лінзою, завжди уявне, зображення, а створене другою лінзою уявне тільки в тому випадку, коли предмет знаходиться між лінзою і фокусом. Фокусна відстань першої лінзи по модулю більша, ніж фокусна відстань другої лінзи. З формули для оптичної сили лінзи F=1/D тоді F1= 0,2 м. F2= 0,125 м.
Відповідь: 35
Завдання оге з фізики фіпі: У якій із точок буде знаходитись зображення точкового джерела S, створюване лінзою, що збирає, з фокусною відстанню F?
1) 1
2) 2
3) 3
4) 4
Рішення:
Відповідь: 1
Завдання оге з фізики фіпі: Чи може двоопукла лінза розсіювати пучок паралельних променів? Відповідь поясніть.
Рішення: Може, якщо показник заломлення навколишнього середовища буде більшим за показник заломлення лінзи.
Завдання оге з фізики фіпі: На малюнку зображені тонка лінза, що розсіює, і три предмети: А, Б і В, розташовані на оптичній осі лінзи. Зображення якого(-их) предмета(-ів) у лінзі, фокусна відстань якої F, буде зменшеним, прямим та уявним?
1) тільки А
2) тільки Б
3) тільки В
4) всіх трьох предметів
Рішення: Тонка лінза, що розсіює, завжди дає зменшене, пряме і уявне зображення, при будь-якому розташуванні предмета.
Відповідь: 4
Завдання оге з фізики (фіпі): Предмет, що знаходиться між фокусною та подвійною фокусною відстанню лінзи, перемістили ближче до подвійного фокусу лінзи. Встановіть відповідність між фізичними величинами та їх можливими змінами під час наближення предмета до подвійного фокусу лінзи.
Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1) збільшується
2) зменшується
3) не змінюється
Запишіть у таблиці вибрані цифри під відповідними літерами. Цифри у відповіді можуть повторюватися.
Рішення: Якщо предмет знаходиться між фокусом і подвійним фокусом, то його зображення збільшене і знаходиться за подвійним фокусом, при наближенні до подвійного фокусу розміри будуть зменшуватися і зображення стане ближче до лінзи, оскільки, якщо тіло знаходиться на подвійній фокусній відстані, то зображення дорівнює самому собі і знаходиться на подвійному фокусі.
Відповідь: 22
Завдання демонстраційного варіанта ОДЕ 2019: На малюнку зображено три предмети: А, Б та В. Зображення якого(-их) предмета(-ів) у тонкій лінзі, що збирає, фокусна відстань якої F, буде зменшеною, перевернутою і дійсною?
1) тільки А
2) тільки Б
3) тільки В
4) всіх трьох предметів
Рішення: Зображення буде зменшеним, перевернутим і дійсним, якщо предмет знаходиться за подвійним фокусом d>2F (див. теорію вище). Предмет А знаходиться за подвійним фокусом.
Відповідь: 1
Повії та бляді повії Сочі для сексу.
Лінзи. Фокусна відстань та оптична сила лінзи - Оптика - ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
Зазвичай лінзи виготовляються з оптичного скла (Скло спеціального виготовлення з мінімальною кількістю дефектів: бульбашок повітря, включень сторонніх мікрочастинок).
Лінзи бувають опуклі та увігнуті. У опуклих лінз середина товща, ніж краї, у увігнутих - навпаки. У свою чергу, опуклі лінзи діляться на двоопуклі, плоскопуклі і увігнуто-опуклі (рис. 3.98, а). Увігнуті лінзи поділяються на двояковогнуті, плоскогнуті та опукло-увігнуті (рис. 3.98, б).На рисунках 3.98 а, б поруч із зображеннями лінз (праворуч) дано їх умовні позначення на оптичних схемах.
Тонка лінза. Якщо товщина лінзи зневажливо мала порівняно з радіусами кривизни її поверхонь (див. нижні частини рис. 3.98, а, б) і відстанню від предмета до лінзи, її називають тонкою лінзою. Вершини сферичних сегментів тонкої лінзи розташовані так близько, що їх приймають за одну точку, яка називається центром лінзи, і позначають буквою О. Промінь світла, що проходить через оптичний центр лінзи, практично не заломлюється.
Пряма проходить через центри сферичних поверхонь О (рис. 3.98), що обмежують лінзу, називається головною оптичною віссю лінзи. Будь-яку іншу пряму, що проходить через оптичний центр, називають оптичною віссю.
Фокуси лінзи
Випукла (позитивна, або збираюча) лінза. Якщо на опуклу лінзу направити пучок світла паралельно до її головної оптичної осі, то після заломлення в лінзі він збереться в деякій точці F на осі лінзи, яка називається головним фокусом лінзи (Рис. 3.99, а). Тому такі лінзи називаються позитивними, або збираючими. Відстань від центру лінзи До точки F називається фокусною відстанню лінзи. Лінза має два головні фокуси, з кожного боку по одному.
Якщо на лінзу, що збирає, направити пучок світла, паралельний будь-якій з її побічних оптичних осей, він збереться в точці, що лежить на площині, перпендикулярній головній оптичній осі лінзи і проходить через її головний фокус. Ця площина називається фокальною площиною лінзи (Рис. 3.100).
Увігнута (негативна, або розсіювальна) лінза. Пучок світла, спрямований паралельно оптичної осі увігнутої лінзи, після заломлення у ній розходиться (рис. 3.99, б).Якщо ці промені, що розходяться, продовжити у зворотний бік, вони зберуться на оптичній осі лінзи (з боку падаючого пучка) в точку, яка називається уявним фокусом лінзи. Оку, розташованому праворуч, здаватиметься, що пучок променів виходить із точки F. Така лінза називається негативною, або розсіює. Як і у випадку лінзи, що збирає, фокусна відстань вимірюється від оптичного центру до фокуса.
Фокусна відстань лінзи залежить від кривизни поверхонь, що обмежують лінзу. Чим більша кривизна поверхні лінзи, тим менша фокусна відстань.
Оптична сила лінзи
Оптичною силою лінзи називається фізична величина, обернена до фокусної відстані:
Оптична сила вимірюється у діоптріях (дптр). У СІ одиницею оптичної сили є метр мінус першого ступеня (м-1).
Фокусна відстань лінзи, що збирає (і, відповідно, її оптичну силу) умовилися вважати позитивною величиною, т.е. до. лінза, що збирає, має дійсний фокус.
Фокусна відстань лінзи, що розсіює (і, відповідно, її оптична сила) — негативна величина, т.е. до. у лінзи, що розсіює, уявний фокус.
Бібліотека освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та їхніх батьків.
Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.
Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.
Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.
© 2014-2024 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.
§ 14. Лінзи. Оптична сила лінзи
Найімовірніше, ви користувалися фотоапаратом, знайомі з біноклем, підзорною трубою, телескопом, на уроках біології працювали з мікроскопом. Деякі з вас носять окуляри. Всі ці пристрої мають спільне їх основною частиною є лінза. Про те, яке значення мають дані пристрої в житті людини, ви можете розповісти і самі, а ось про те, що таке лінза, які існують види лінз і які властивості, ви дізнаєтеся з цього параграфа.
1. Розрізняємо лінзи
Лінза - прозоре тіло, обмежене з двох сторін сферичними поверхнями*.
*
Одна з поверхонь лінзи може бути площиною, оскільки площину можна як сферу нескінченного радіуса. Лінзи також бувають циліндричними, але такі лінзи зустрічаються рідко.
За формою лінзи ділять на опуклі (рис. 14.1) та увігнуті (Рис. 14.2).
Мал. 14.1. Товщина опуклої лінзи посередині більша, ніж у країв: а — вид; б - різні опуклі лінзи в розрізі
Мал. 14.2. Товщина увігнутої лінзи посередині менша, ніж у країв: а — вид; б - різні увігнуті лінзи в розрізі
Якщо товщина d лінзи набагато менше радіусів сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, таку лінзу називають тонкою. Далі ми розглядатимемо лише тонкі лінзи. Пряму, яка проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, називають головною оптичною віссю лінзи (Рис. 14.3).
Мал. 14.3. Тонка сферична лінза:1Про2 - Головна оптична вісь лінзи; d - Товщина лінзи; R1, R2 - Радіуси сферичних поверхонь, що обмежують лінзу; О - оптичний центр лінзи
Якщо на лінзу направити пучок світлових променів, вони переломляться на поверхнях і змінять свій напрямок. У той же час на головній оптичній осі лінзи є точка, яку промінь світла проходить практично не змінюючи свого напрямку. Цю точку називають оптичним центром лінзи (Див. рис. 14.3).
Направимо на лінзу пучок променів, паралельних її головній оптичній осі. Якщо промені, пройшовши крізь лінзу, йдуть пучком, що сходить, така лінза — збираюча. Точка F, в якій перетинаються заломлені промені, - дійсний головний фокус лінзи (Рис. 14.4).
Мал. 14.4. Хід променів після заломлення в лінзі, що збирає. Точка F – дійсний головний фокус лінзи
Лінза є розсіює, якщо промені, паралельні її головній оптичній осі, пройшовши крізь лінзу, йдуть пучком, що розходиться. Точку F, у якій перетинаються продовження заломлених променів, називають уявним головним фокусом лінзи (Рис. 14.5).
Мал. 14.5. Хід променів після заломлення в лінзі, що розсіює. Точка F - уявний головний фокус лінзи
Зверніть увагу: будь-який пучок паралельних променів, навіть якщо ці промені не паралельні головній оптичній осі, після заломлення в лінзі, що збирає, завжди перетинаються в одній точці (рис. 14.6) (якщо лінза розсіює, в одній точці перетинаються продовження заломлених променів).
Мал. 14.6. Хід паралельних променів після заломлення в лінзі, що збирає
Якщо оптична щільність матеріалу, з якого виготовлена лінза, більша за оптичну щільність середовища (nл > nср), то опукла лінза збиратиме промені (буде збирає), а увігнута лінза розсіюватиме промені (розсіювальною) (див. рис. 14.4, 14.5).
Якщо оптична щільність матеріалу, з якого виготовлена лінза, менша за оптичну щільність середовища (nл < nср), то опукла лінза буде розсіювальною (рис. 14.7, а), а увігнута лінза — збираючою (рис. 14.7, б).
Мал. 14.7. Випукла (а) та увігнута (б) повітряні лінзи у воді
• Збирає або розсіює буде опукла скляна лінза в повітрі? опукла повітряна лінза у склі?
2. Даємо визначення оптичної сили лінзи
Будь-яка лінза має два головні фокуси*, Розташованих на однаковій відстані від оптичного центру лінзи (див. рис. 14.8).
*
Далі головний фокус лінзи, як правило, називатимемо фокусом лінзи.
Відстань від оптичного центру лінзи до головного фокусу називають фокусною відстанню лінзи.
Фокусну відстань, як і фокус, позначають символом F. Одиниця фокусної відстані у СІ — метр:
Фокусну відстань лінзи, що збирає, домовилися вважати позитивною, а розсіювальною — негативною. Очевидно, що чим сильніші заломлюючі властивості лінзи, тим менше за модулем її фокусна відстань (рис. 14.8).
Мал. 14.8. Чим менше радіуси R сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, тим сильніше ця лінза заломлює світло, а отже, тим менша її фокусна відстань F
Фізичну величину, яка характеризує лінзу і є зворотною фокусній відстані лінзи, називають оптичною силою лінзи.
Оптичну силу лінзи позначають символом D і обчислюють за такою формулою:
1 діоптрія - Це оптична сила лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1 м. Оптична сила лінзи, що збирає, позитивна, а лінзи, що розсіює, — негативна.
Підбиваємо підсумки
Прозоре тіло, обмежене з двох сторін сферичними поверхнями, називають лінзою.Лінза є збирає, якщо пучок паралельних променів, що падає на неї, після заломлення в лінзі перетинається в одній точці (ця точка - дійсний фокус лінзи). Лінза є розсіювальною, якщо паралельні промені, що падають на неї, після заломлення йдуть пучком, що розходиться, а продовження заломлених променів перетинаються в одній точці (ця точка - уявний фокус лінзи).
Контрольні питання
1. Дайте визначення лінзи. 2. Які види лінз вам відомі? 3. Чим лінза, що розсіює, відрізняється від збираючої? 4. Що називають дійсним фокусом лінзи? 5. Чому фокус розсіювальної лінзи називають уявним? 6. Що називають фокусною відстанню лінзи? 7. Дайте визначення оптичної сили лінзи. У яких одиницях її вимірюють? 8. Оптична сила якої лінзи прийнято за одиницю?
Вправа №14
1. Оптична сила однієї лінзи -2 дптр, а другий +2 дптр. Чим вирізняються ці лінзи?
2. Фокусна відстань однієї лінзи +0,5 м, а інший +1 м. Яка лінза має велику оптичну силу?
3. Оптична сила лінзи дорівнює –1,6 дптр. Яка фокусна відстань цієї лінзи? Яка це лінза, що збирає чи розсіює?
4. Дві лінзи, що збирають, виготовлені з одного сорту скла. Як навпомацки визначити, яка лінза має велику оптичну силу?
5. На лінзу направили паралельний пучок світла (рис. 1). Яка це лінза, що збирає чи розсіює? Виміряйте фокусну відстань та з'ясуйте оптичну силу лінзи.
Мал. 1
6. У льоду є порожнина у вигляді увігнутої лінзи. Ця лінза збиратиме або розсіюватиме світло? Поясніть свою відповідь.
7. Які із зображених на рис. 2 трикутники є подібними? Визначте довжину відрізків S1A1 та OF, якщо AO = 10 см, SA = 2 см, ОА1 = 6 див.
Мал. 2
Експериментальне завдання
Запропонуйте метод вимірювання фокусної відстані та оптичної сили збираючої лінзи за допомогою лінійки. Проведіть виміри.
Підказка: промені, що йдуть від віддаленого предмета, паралельні.
Фізика та техніка в Україні
Інститут фізики НАНУ (Київ) — провідна наукова установа щодо вирішення фундаментальних проблем експериментальної та теоретичної фізики. Широко відомі досягнення вчених інституту в галузі фізики твердого тіла та рідких кристалів, оптики, фізичної та квантової електроніки, ядерної енергетики, нанофізики та ін.
З інститутом пов'язані імена таких видатних учених, як В. П. Лінник, Г. В. Пфейффер, В. Є. Лашкарьов, С. І. Пекар, М. В. Пасічник, А. І. Лейпунський, Н. Д. Моргуліс , Г. Д. Латишев, А. С. Давидов, А. Ф. Прихотько, Μ. Т. Шпак та ін.
На базі структурних підрозділів Інституту фізики у складі Академії наук було створено Інститут металофізики, Інститут напівпровідників, Інститут теоретичної фізики, Інститут ядерних досліджень, Інститут прикладної оптики НАНУ. Сьогодні в Інституті фізики працюють видатні науковці, академіки НАНУ О. Г. Наумовець (фізична електроніка) – віце-президент НАНУ, М. С. Бродін (нелінійна оптика) – почесний директор інституту, Л. П. Яценко (когерентна та квантова оптика) - директор інституту з 2008 р.
