Задание для группы №2. Изложение нового материала. История. Получение новых знаний

Задание для группы №2

Дата: 29.10.2020

Срок выполнения: до 03.11.2020

Занятие № 25

Тема:Линза. Построение изображения в линзе.

Цель: изучить понятие линзы, построение изображения предмета в линзах.

Тип урока: урок изучения нового материала.

После изучения данной темы студенты должны знать:

– понятия: линза, собирающая линза, рассеивающая линза, фокус собирающей линзы, фокус рассеивающей линзы, главная оптическая ось, главная плоскость линзы, фокальная плоскость линзы, тонкая линза;
– основные лучи для построения изображения предмета в собирающей и рассеивающей линзах;

студенты должны уметь:

– определять вид линзы;
– строить изображение предмета в линзах.

Изложение нового материала

История

Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 г. до н. э.), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь.

Известно, что римский император Нерон часто смотрел гладиаторские бои
через отшлифованный изумруд. Предполагается, что он использовал оптическую линзу из изумруда для коррекции зрения.

Получение новых знаний

Линзы являются главной частью большинства оптических приборов (микроскоп, фотоаппарат, телескоп).

Линза - это прозрачное тело (обычно стеклянное), ограниченное двумя сферическими поверхностями с радиусами кривизны R1 и R2.

Линза, у которой края тоньше, чем середина, называется выпуклой. Одна из поверхностей линзы может быть плоской. По форме ограничивающих поверхностей различают двояковыпуклые, плосковыпуклые, вогнуто-выпуклые линзы.

Линза, у которой края толще, чем середина, называется вогнутой. Различают двояковогнутые, плосковогнутые и выпукло-вогнутые линзы. (Для определения типа линзы аккуратно провести рукой по ее поверхности).

Прямая, проходящая через центры С1 и С2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называетсяглавной оптической осью линзы.Мы будем рассматривать линзы, толщина которых мала по сравнению с радиусами поверхностей. Такие линзы называются тонкими. В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, т.к. вершины сферических поверхностей (точки О 1 и О2) практически совпадают. Эту точку называют оптическим центром линзы (точка O).

Направим на выпуклую линзу пучок лучей, параллельный главной оптической оси. После преломления в линзе эти лучи пересекутся в одной точке F, которая находится на главной оптической оси. Эта точка называется главным фокусом линзы. Если световой пучок пропустить с другой стороны, то будет наблюдаться та же картина, у каждой линзы два фокуса – по одному с каждой стороны.

Если справа и слева от линзы одна и та же среда, то оба эти фокуса располагаются на одинаковых расстояниях от линзы. Расстояние от линзы до ее фокуса называется фокусным расстоянием линзы и обозначается F.

Итак, 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, расположеннойвне главнойоптической 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.

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.

Домашнее задание:

1. Ознакомиться с лекцией и составить краткий конспект

2. Решить задачи:

a. Фокусное расстояние собирающей линзы F = 20 см, расстояние от предмета до фокуса l = 10 см. Линейные размеры предмета 5 см. Определите размеры изображения H.

b. С помощью линзы на вертикальном экране получено действительное изображение электрической лампочки. Как изменится изображение, если закрыть верхнюю половину линзы?

Задание отправлять на электронную почту: ludmilakorotcenkova@gmail.com
или сообщением в ВК по адресу: https://vk.com/id592950981

При отправлении задания четко указать ФИО, группу, дату, тему