Линзы
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными (чаще всего сферическими) или криволинейной и плоской поверхностями. Линзы делятся на выпуклые и вогнутые.
Линзы, у которых середина толще, чем края, называются выпуклыми. Линзы, у которых середина тоньше, чем края, называются вогнутыми.
Если показатель преломления линзы больше, чем показатель преломления окружающей среды, то в выпуклой линзе параллельный пучок лучей после преломления преобразуется в сходящий пучок. Такие линзы называются собирающими (рис. 89, а). Если в линзе параллельный пучок преобразуется в расходящийся пучок, то эти линзы называются рассеивающими (рис. 89, б). Вогнутые линзы, у которых внешней средой служит воздух, являются рассеивающими.
O 1 , О 2 — геометрические центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Прямая О 1 О 2 , соединяющая центры этих сферических поверхностей, называется главной оптической осью. Обычно рассматриваем тонкие линзы, у которых толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, поэтому точки C 1 и С 2 (вершины сегментов) лежат близко друг к другу, их можно заменить одной точкой О, называемой оптическим центром линзы (см. рис. 89а). Всякая прямая, проведенная через оптический центр линзы под углом к главной оптической оси, называется побочной оптической осью (А 1 A 2 B 1 B 2 ).
Если на собирающую линзу падает пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после преломления в линзе они собираются в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы (рис. 90, а).
В фокусе рассеивающей линзы пересекаются продолжения лучей, которые до преломления были параллельны ее главной оптической оси (рис. 90, б). Фокус рассеивающей линзы мнимый. Главных фокусов — два; они расположены на главной оптической оси на одинаковом расстоянии от оптического центра линзы по разные стороны.
Величина, обратная фокусному расстоянию линзы, называется ее оптической силой . Оптическая сила линзы — D.
За единицу оптической силы линзы в СИ принимают диоптрию. Диоптрия — оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.
Оптическая сила собирающей линзы положительная, рассеивающей — отрицательная.
Плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно к главной оптической оси, называется фокальной (рис. 91). Пучок лучей, падающих на линзу параллельно какой-либо побочной оптической оси, собирается в точке пересечения этой оси с фокальной плоскостью.
Построение изображения точки и предмета в собирающей линзе.
Для построения изображения в линзе достаточно взять по два луча от каждой точки предмета и найти их точку пересечения после преломления в линзе. Удобно пользоваться лучами, ход которых после преломления в линзе известен. Так, луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через главный фокус; луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется; луч, проходящий через главный фокус линзы, после преломления идет параллельно главной оптической оси; луч, падающий на линзу параллельно побочной оптической оси, после преломления в линзе проходит через точку пересечения оси с фокальной плоскостью.
Пусть светящаяся точка S лежит на главной оптической оси.
Выбираем произвольно луч и параллельно ему проводим побочную оптическую ось (рис. 92). Через точку пересечения побочной оптической оси с фокальной плоскостью пройдет выбранный луч после преломления в линзе. Точка пересечения данного луча с главной оптической осью (второй луч) даст действительное изображение точки S — S`.
Рассмотрим построение изображения предмета в выпуклой линзе.
Пусть точка лежит вне главной оптической оси, тогда изображение S` можно построить с помощью любых двух лучей, приведенных на рис. 93.
Если предмет расположен в бесконечности, то лучи пересекутся в фокусе (рис. 94).
Если предмет расположен за точкой двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, уменьшенным (фотоаппарат, глаз) (рис. 95).
Если предмет расположен в точке двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, равным предмету (рис. 96).
Если предмет расположен между фокусом и точкой двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, увеличенным (фотоувеличитель, киноаппарат, фильмоскоп) (рис. 97).
Если предмет расположен в фокусе, то изображение будет в бесконечности (изображения не будет) (рис. 98).
Если предмет расположен между фокусом и оптическим центром линзы, то изображение будет мнимым, прямым, увеличенным (лупа) (рис. 99).
При любом расстоянии от предмета до рассеивающей линзы она дает мнимое, прямое, уменьшенное изображение (рис. 100).
Линзы
ЛИНЗЫ ЛИНЗЫ Построение изображения в Построение изображения в собирающих линзах собирающих линзах Автор: учитель физики и информатики Александрова З. В. , Автор: учитель физики и информатики Александрова З. В. , МОУ СОШ №5 п. Печенга, Мурманская область. Показать больше
ЛИНЗЫ ЛИНЗЫ Построение изображения в Построение изображения в собирающих линзах собирающих линзах Автор: учитель физики и информатики Александрова З. В. , Автор: учитель физики и информатики Александрова З. В. , МОУ СОШ №5 п. Печенга, Мурманская область, 2008 г. МОУ СОШ №5 п. Печенга, Мурманская область, 2008 г. (8 класс) (8 класс) Спрятать
- Похожие публикации
- Поделиться
- Код вставки
- Добавить в избранное
- Комментарии
Физика — изображения, даваемые линзой
Концепция линз является одним из фундаментальных элементов оптики, физики, и инженерных наук. Линзы используются в широком спектре приборов, начиная от очков и камер до микроскопов и телескопов. В своей простейшей форме, линза представляет собой прозрачный объект с изогнутой поверхностью, который может изменять направление падающих на нее лучей света. Изображения, создаваемые линзами, могут быть увеличены или уменьшены, и они могут быть фокусированными или нефокусированными, что делает линзы незаменимыми инструментами во многих областях.
Линзами называют прозрачные тела, ограниченные с двух сторон сферическими поверхностями.
Линзы бывают двух видов — выпуклые и вогнутые.
Линза, у которой края намного тоньше, чем середина, является выпуклой.
Линза, у которой края толще, чем середина, является вогнутой.
Прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется оптической осью.
Собирающая линза
Если мы направим световые лучи, идущие параллельно оптической оси, на выпуклую линзу, то после их прохождения через линзу они сойдутся в одной точке. Эта точка, называемая фокусом линзы, является результатом фокусировки лучей и находится на оптической оси.
Справа на рисунке показано, как схематично изображают выпуклую линзу.
У каждой выпуклой линзы два фокуса — по одному с каждой стороны.
Расстояние от линзы до её фокуса называется фокусным расстоянием линзы и обозначается буквой F.
Выпуклая линза называется собирающей линзой.
Рассеивающая линза
Вогнутая линза обладает обратными оптическими свойствами по сравнению с собирающей линзой.
Если мы направляем на вогнутую линзу лучи света, которые параллельны оптической оси, то они будут рассеиваться в разные стороны, а не фокусироваться в одной точке, как это происходит с лучами света, падающими на собирающую линзу.
Поэтому у вогнутой линзы нет одной точки, которую можно назвать фокусом. Однако, если мы продолжим лучи, которые после прохождения через линзу идут под углом к оптической оси, то они в конечном итоге пересекутся в одной точке за линзой.
Эта точка называется мнимым фокусом.
Справа на рисунке показано, как схематично изображают вогнутую линзу.
Вогнутая линза называется рассеивающей линзой.
Изображения, даваемые собирающей линзой
1. Предмет находится между собирающей линзой и фокусом (0
Чтобы построить изображение предмета, находящегося между фокусом и собирающей линзой, нужно воспользоваться следующей схемой для каждой точки, которую мы хотим отобразить.
Проводим два луча: один идёт через центр линзы, другой рисуется параллельно оптической оси. Луч, проходящий через центр линзы, не преломляется. Луч, который идёт параллельно оптической оси, после преломления в линзе, пройдёт через фокус.
Мы берём именно эти два луча, т.к. точно известно их поведение при работе с линзами.
Само изображение за линзой не может получится, т.к. эти два луча не пересекаются.
Изображение будет получатся на стороне предмета в точке пересечения продолжений этих двух лучей.
Изображение, которое получается в результате пересечения продолжений расходящихся лучей за линзой, называется мнимым. Изображение, называется действительным, если оно получено в результате пересечения реальных преломлённых лучей. Действительное изображение может быть получено на экране.
Мнимое изображение — это оптическое изображение предмета, создаваемое расходящимся пучком лучей, прошедшим оптическую систему, если мысленно продолжить их в обратном направлении до пересечения. В отличие от действительного, мнимое изображение нельзя получить на экране или фотоплёнке.
Схематично можно изобразить построение предмета, находящегося между фокусом и линзой (0
Изображение получается прямым (не перевернутым), мнимым, увеличенным.
2. Предмет находится в фокусном расстоянии (d = F).
Когда предмет находится в фокусе собирающей линзы, лучи света, о которых мы говорили ранее, исходящие из каждой точки предмета, становятся параллельными, после прохождения через линзу. А значит, они не пересекаются между собой, и не создают изображения. Вместо этого, лучи расходятся и создают бесконечно удаленное изображение, которое на самом деле не существует.
Изображения нет.
3. Предмет находится между фокусом и двойным фокусом (F
Изображение получается действительным, увеличенным, перевёрнутым.
Изображение получается за двойным фокусным расстоянием.
4. Предмет находится на двойном фокусном расстоянии (d = 2F).
От каждой точки предмета изобразим два луча. Один луч направлен параллельно оптической оси и после прохождения через линзу пройдет через фокус. Второй луч идет через центр линзы и не преломляется. Точка, где эти два луча пересекаются после прохождения через линзу, является изображением данной точки предмета.
Изображение получается действительным, перевёрнутым, в натуральную величину.
Изображение получается на двойном фокусном расстоянии по ту сторону линзы от предмета.
5. Предмет находится от собирающей линзы дальше, чем 2F (d > 2F).
Для построения изображения каждой точки предмета необходимо провести два луча: луч, параллельный оптической оси и проходящий после преломления через фокус линзы, и луч, идущий через центр линзы без преломления. Точка пересечения этих лучей определяет положение изображения.
Изображение получается действительным, перевёрнутым, уменьшенным.
Изображения, даваемые рассеивающей линзой
Рассеивающая линза даёт уменьшенное, мнимое и прямое (не перевёрнутое) изображение, которое находится по ту же сторону от линзы, что и предмет. Оно не зависит от положения предмета относительно линзы.
При прохождении лучей, параллельных оптической оси, через рассеивающую линзу, они рассеиваются и после выхода из линзы продолжают расходиться в разные стороны. Если продолжить направление этих лучей назад, то они пересекутся в мнимом фокусе рассеивающей линзы.
Поэтому для построения изображения точки предмета, даваемого рассеивающей линзой, рисуют два луча: первый луч идет от точки предмета и проходит через центр линзы без преломления, второй луч идет параллельно оптической оси линзы, рассеивается и мысленно продолжается в обратную сторону к мнимому фокусу. При пересечении этих двух лучей получается мнимое изображение данной точки.
Изображение в рассеивающей линзе всегда получается уменьшенным, мнимым, прямым (не перевёрнутым).
Итак, мы рассмотрели основные принципы построения изображений с помощью линз, как собирающих, так и рассеивающих. Оказывается, что наш глаз тоже действует как оптическая система, с помощью которой мы воспринимаем окружающий мир. Изображения, которые мы видим, также формируются благодаря преломлению света в глазу. Понимание принципов оптики позволяет нам лучше понимать окружающий мир и создавать новые устройства и технологии, такие как линзы для камер, микроскопов, телескопов и других оптических приборов. Надеюсь, что эта статья была полезной и помогла вам лучше понять мир оптики.
Линзы. Оптическая сила линзы
Для того, чтобы управлять пучками света, а именно изменять направление лучей, придумали специальные приборы, например очки. Многие люди носят очки. А задумывались ли вы, что собой представляют очки и какова их роль? Очки — это линзы. И на этом уроке мыузнаем, что такое линза и какую линзу называют тонкой. А также познакомимся с основными видами линз и их характеристиками.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Линзы. Оптическая сила линзы»
На прошлом уроке мы рассматривали явление преломления света. Напомним, что оно заключается в том, что при переходе из среды с одной оптической плотностью в среду с другой оптической плотностью световой луч на границе раздела сред испытывает преломление.
Для того, чтобы управлять пучками света, а именно изменять направление лучей, придумали специальные приборы, например, такие, как очки. Многие люди носят очки.
А задумывались ли вы над вопросами: что они собой представляют и какова их роль? Очки есть не что иное, как линзы. Ни один оптический прибор (от простой лупы до сложных телескопов) не обходится без линз. Так что же такое линза?
Линза — это прозрачное тело, ограниченное криволинейными (чаще всего сферическими) или криволинейной и плоской поверхностями.
Как правило, материалом для линз служит оптическое или органическое стекло.
Вообще, слово линза — это слово латинское, которое переводится как чечевица. Чечевица — это растение, плоды которого очень похожи на горох, но горошины не круглые, а имеют вид пузатых лепёшек. Из-за такого сходства все круглые стекла и стали называть линзами.
Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака», датируемая 424 г. до н. э., где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь.
А возраст самой древней из обнаруженных линз более трёх тысяч лет.
Это линза Нимруда, которая была найдена О. Лэйардом при раскопках древней столицы Ассирии Нимруде в 1853 г. Сейчас она храниться в британском музее.
Принято различать два основных вида линз — это выпуклая линза и вогнутая.
Выпуклой является линза, у которой края намного тоньше, чем середина.
Линза, у которой края толще чем середина, называется вогнутой.
Прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы.
Если толщина линзы мала по сравнению с радиусами кривизны её поверхностей, то линза называется тонкой. Для такой линзы вершины сферических поверхностей практически совпадают, и эту точку называют оптическим центром линзы.
А как линзы изменяют направление падающих на них лучей? Ответим на этот вопрос с помощью опыта. Поместим в центр оптической шайбы двояковыпуклую линзу и направим на неё луч света вдоль главной оптической оси. Как видим, луч прошёл через линзу без преломления.
Если направить луч света через оптический центр под некоторым углом к главной оптической оси, то он также не изменит своего первоначального направления.
Значит можно сделать вывод, что через оптический центр линзы лучи света проходят без преломления.
Видоизменим опыт. Направим на линзу пучок света, лучи которого параллельны главной оптической оси.
Как видим, они пересеклись в одной точке, лежащей на главной оптической оси. Значит, двояковыпуклая линза собирает преломлённые лучи. Поэтому такая линза называется собирающей.
Заменим линзу на двояковогнутую и повторим эксперимент.
Не трудно заметить, что все лучи, кроме центрального, расходятся. Значит, двояковогнутая линза рассеивает параллельный пучок падающих на неё лучей. Поэтому такую линзу называют рассеивающей.
Точка, в которой пересекаются преломлённые линзой лучи, падающие параллельно главной оптической оси, или их продолжения, называется главным фокусом линзы.
Главных фокусов у линзы два — передний и задний. Это обусловлено тем, что лучи света можно пустить как с одной, так и с другой стороны линзы.
Обратите внимание, что у собирающей линзы в фокусе пересекаются сами преломлённые лучи, а у рассеивающей линзы — их продолжения. Поэтому условились считать фокус собирающей линзы действительным, а рассеивающей — мнимым.
А в какой точке линза собирает лучи, идущие под углом к главной оптической оси? Оказывается, эта точка находится в плоскости, проходящей через главный фокус перпендикулярно главной оптической оси. Она называется фокальной плоскостью, а точка, в отличие от главного фокуса, называется побочным фокусом или просто — фокусом.
Расстояние от оптического центра до главного фокуса линзы называется фокусным расстоянием. Его тоже принято обозначать буквой F.
[F] = [м].
Чтобы количественно оценить преломляющую способность линзы, вводят величину, называемую оптической силой линзы, которая обратно пропорциональна фокусному расстоянию:
В записанной формуле знак «плюс» берётся для собирающей линзы, а «минус» — для рассеивающей, так как у неё фокус мнимый.
Очевидно, что оптическая сила равна одному диоптрию, если фокусное расстояние линзы равно одному метру:
Теперь для вас не будет загадкой рекомендация врача-окулиста: «Вам нужны очки со стёклами +1,5 дптр или –2 дптр».
И последнее. Для того, чтобы каждый раз не вырисовывать собирающую и рассеивающую линзы, для них придумали специальные обозначения: