Мы ежедневно многократно пользуемся различными оптическими устройствами
: очками, фотоаппаратом, видеокамерой. В каждом из этих устройств используются линзы. Современная линза - высокотехнологичное изделие. Однако «изготовить» самую линзу и наблюдать ее действие можно без труда. Если капля воды или прозрачного клея попадает в печатный текст, то буквы в ней кажутся намного большими. Это и есть самая линза. Другие линзы могут довольно сильно отличаться по форме. Что такое линза в общем случае?
Линзой называют прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Одна из поверхностей может быть и плоской (ее можно считать сферой с очень большим радиусом).
Приводим рисунки различных типов линз, показываем сами линзы.
Линзы, которые в середине толще, чем у краев, называют выпуклыми.
Линзы, которые в середине тоньше, чем у краев, называют вогнутыми.
Мы будем изучать только тонкие линзы (толщиной таких линз можно пренебречь, можно говорить о «плоскость линзы»). Введем для таких линз основные понятия.
Главная оптическая ось линзы - прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы.
Центром линзы называют точку, в которой главная оптическая ось пересекает плоскость линзы.
Посмотрим теперь, как проходит через линзу пучок лучей, параллелен главной оптической оси.
Демонстрация прохождения через линзы параллельного пучка света (на наборе с геометрической оптики).
В сильном классе можно обратить внимание учащихся на то, что для демонстрационных наборов зачастую используют не сферические линзы, а цилиндрические; однако основные закономерности для них такие же. Как видим, после линзы параллельный пучок может стать сходящимся (в данном случае линзу называют собирающей) или расходящимся (такую линзу называют рассеивающей). Можно заметить, что стеклянная выпуклая линза в воздухе есть уборочной, а стеклянная вогнутая линза в воздухе - рассеивающей. Приводим условные обозначения уборочных и рассеивающих линз. Такую закономерность можно объяснить, если мысленно разрезаемые-ти линзу на тонкие призмы. Отметим, что если показатель преломления линзы меньше, чем показатель преломления среды, все будет как раз наоборот: выпуклая линза будет рассеивающей!
Демонстрация прохождения параллельного пучка света через выпуклую воздушную линзу в воде.
Точку, в которой собираются после прохождения через собирательную линзу лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, называют фокусом собирающей линзы.
Точку, в которой собираются после прохождения через рассеивающую линзу продолжения лучей, падающих на линзу параллельно ее главной оптической оси, называют фокусом рассеивающей линзы.
Фокусы линзы обозначают буквой F. Каждая линза имеет два фокуса, расположенные по разные стороны от нее на одинаковом расстоянии от центра. Это расстояние называют фокусным расстоянием линзы и также обозначают буквой F. Ее измеряют в метрах.
Фокусное расстояние рассеивающей линзы считают отрицательной.
Какая из двух различных уборочных линз сильнее преломляет свет?
После обсуждения приходим к выводу: тот, у которого фокусное расстояние меньше.
Оптической силой линзы называют величину D, обращенную к фокусному расстоянию линзы:.
Единицей оптической силы является 1 диоптрия, 1 дптр = 1 м-1. Например, если фокусное расстояние линзы 0,25 м, то ее оптическая сила 4 дптр. Мы говорим, что линза дает изображение светящейся точки. Что это значит? Ведь далеко не каждый прозрачное тело может дать изображение! Смысл приведенного утверждения такой.
Все лучи, вышедшие из светящейся точки A и прошли через линзу, могут:
• собраться в одной точке (это будет действительное изображение точки А);
• рассеяться так, чтобы продолжение всех лучей прошли через одну точку (эта точка - мнимое изображение точки А).
Чтобы найти положение изображения, достаточно найти пересечение двух лучей, вышедших из светящейся точки. Каких именно? Каких-либо! Однако существуют определенные удобные лучи, которыми можно воспользоваться. Таких лучей три:
1. Параллельный к главной оптической оси.
2. Такой, проходящей через фокус.
3. Такой, проходящей через центр линзы.
Целесообразно сделать вместе с учениками (на доске и в тетрадях) отдельные рисунки для уборочной и рассеивающей линзы. Разберем примеры построения изображений в тонкой линзе.
1. Предмет находится перед уборочной линзой на расстоянии, втрое превышает фокусное расстояние. Проводим с точки A вышеперечисленные лучи и убеждаемся: все они пересекаются в точке A1. Эта точка и является действительным изображением точки A. Итак, мы могли бы обойтись любыми двумя лучами из показанных трех. Что касается изображения A1B1 предмета AB, то оно является действительным, обратным и уменьшенным вдвое.
Предмет находится перед уборочной линзой на расстоянии, вдвое меньше фокусного расстояния. Проводим с точки A вышеперечисленные лучи и убеждаемся: они расходятся! Их продолжение пересекаются в точке A1. Эта точка является мнимым изображением точки A. Изображение AB 1 1 предмет AB является мнимым, прямым и увеличенным вдвое (точка B1 совпадает с фокусом линзы).
3. Вы можете легко убедиться, что уборочная линза дает действительные изображения удаленных предметов в так называемой фокальной плоскости. Для этого возьмите уборочные линзы и попробуйте получить на экране изображение окна и предметов за окном (например, деревьев).
Рассмотрите внимательно полученное изображение. Что вы можете о нем сказать?
Оказывается, что существует простая формула, которая позволяет в любом случае определить расстояние f от линзы до изображения, если мы знаем расстояние d от линзы до предмета и фокусное расстояние F линзы.
Линзой называют прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Линзы, которые в середине толще, чем у краев, называют выпуклыми.
Линзы, которые в середине тоньше, чем у краев, называют вогнутыми.
Главная оптическая ось линзы - прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы.
Центром линзы называют точку, в которой главная оптическая ось пересекает плоскость линзы.
Точку, в которой собираются после прохождения через собирательную линзу лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, называют фокусом собирающей линзы.
Точку, в которой собираются после прохождения через рассеивающую линзу продолжения лучей, падающих на линзу параллельно ее главной оптической оси, называют фокусом рассеивающей линзы.
Фокусное расстояние рассеивающей линзы считают отрицательной.
Оптической силой линзы называют величину D, обращенную к фокусному расстоянию линзы:.
Все лучи, вышедшие из светящейся точки A и прошли через линзу, могут:
• собраться в одной точке (это будет действительное изображение точки A);
• рассеяться так, чтобы продолжение всех лучей прошли через одну точку (эта точка - мнимое изображение точки A).
Формула тонкой линзы:.
f - от линзы до изображения, d-от линзы до предмета.
Значение f считают отрицательным, если изображение мнимое.