Конспект уроку: Лінза. Фокусна відстань і оптична сила лінзи

Лінзи

В дзеркалах, про застосування котрих ми говорили на попередніх уроках, отримуємо уявне зображення предмета в результаті відбивання світла від їхнє поверхні.

Але, існує чимало оптичних приладів в котрих використовується явище заломлення світла. Своєрідні частиною більшості із них являється лінзи.

Лінза - прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями чи сферичною поверхнею та площиною.

Типи лінз. Опуклі лінзи

Залежно від того, котрими поверхнями обмежене тіло лінзи, розрізняють подібні типи лінз:

1. Лінзи, обмежені двома опуклими сферичними поверхнями.

2. Лінзи, обмежені опуклою поверхнею та площиною.

3. Лінзи, обмежені опуклою та увігнутою сферичними поверхнями.

Всі дані лінзи посередині товщі, аніж по краях.

Лінзи, що посередині товщі, аніж по краях, звуть опуклими.

Увігнуті лінзи

Увігнуті лінзи, на відміну від опуклих, товщі по краях, аніж посередині.

Розрізняють подібні увігнуті лінзи:

1. Утворені проміжком між двома сферичними поверхнями, заповненим прозорою речовиною.

2. Утворені сферичною поверхнею та площиною.

3. Утворені двома сферичними поверхнями.

Пізніше ми переконаємося, що, заломлюючись у увігнутих та опуклих лінзах, промені ведуть від себе неоднаково.

Характеристики лінз

Перш аніж вести мову про хід променів в лінзах, введемо основні поняття, котрими характеризуватимемо їхніх.

1. Будемо вивчати тільки лінзи, товщина котрих, у порівнянні із їхніх діаметром, мала. Їх звуть тонкими лінзами.

2. Точка посередині тонкої лінзи - її оптичний центр.

3. Через оптичний центр перпендикулярно до площини лінзи проходить її головна оптична вісь.

Як проходить світло через лінзу

Потрапивши на лінзу, промінь двічі зазнає заломлення: коли входить в лінзу та коли виходить із неї.

Можна побудувати хід будь-якого променя, однак найпростіше визначити напрям подібних променів:

1. Промені, що проходять паралельно до головної оптичної осі, заломившися у лінзі, перетинаються у одній точці. Її звуть - фокусом лінзи.

Відстань від фокуса F до її центра - фокусна відстань. Її позначають великою літерою F.

2. Промені, що проходять через оптичний центр лінзи, проходять через неї не заломлюючись.

3. Промені, що проходять через фокус лінзи, заломившись у ній, проходять паралельно головній оптичній осі.

Побудова зображення точки у опуклій лінзі

Промені, випромінювані джерелом чи відбиті від предмета, потрапивши на лінзу, заломлюються у ній й створюють зображення предмета.

Аби побудувати зображення предмета, треба спочатку навчитися знаходити зображення світної точки.

Для даного потрібно знайти точку, у котрій перетинаються два промені, що вийшли із однієї точки.

На екрані показано побудову зображення світної точки S із використанням двох різноманітних променів.

Промені перетинаються, саме тому зображення точки являється дійсним.

Побудова зображення точки у увігнутій лінзі

Промені, що потрапили на увігнуту лінзу, розходяться, тобто реально не перетинаються. Якщо продовжити їхнє у протилежному напрямі, одержимо точку, котру звуть фокусом лінзи.

Промені, що виходять з світної точки, пройшовши через лінзу, теж не перетинаються, саме тому її зображення являється уявним.

Оптична сила лінзи

Лінзи, утворені поверхнями сфер різного радіуса, отримали неоднакові фокусні відстані. Саме тому фокусна відстань являється однією із важливих характеристик лінзи.

Іншою характеристикою лінзи являється величина, обернена фокусній відстані. Її звуть оптичною силою лінзи.

D=1/F

Фокусну відстань вимірюють у метрах, а оптичну силу у діоптріях.

Діоптрія - оптична сила лінзи, фокусна відстань котрої 1м.

Формула лінзи

Зображення предмета у лінзі - це зображення всіх його точок.

Якщо змінювати відстань між лінзою й предметом, змінюється відстань між лінзою та зображенням предмета.

Це свідчить про те, що між фокусною відстанню F, відстанню від лінзи до предмета d та від лінзи до зображення f являється зв'язок. Його відображає формула лінзи:

1/F=1/d+ 1/f

Збиральні і розсіювальні лінзи

Лінзи, що збирають паралельні промені у одній точці, звуть збиральними.

Лінзи, пройшовши через що, промені розходяться, звуть розсіювальними.

Коли світло переходить із повітря у опуклу лінзу, вона являється збиральною, а увігнута лінза - розсіювальною.

При розв'язуванні задач в формулі лінз при утворенні уявного зображення ставимо знак мінус, перед відстанню до зображення.

Від'ємною вважаємо та фокусну відстань розсіювальної лінзи.

Нові поняття

Головна оптична вісь лінзи - лінія, що проходить через центр лінзи, перпендикулярно до площини тонкої лінзи

Діоптрія - одиниця вимірювання оптичної сили лінзи

Збиральна лінза - лінза, після проходження через котру паралельні промені перетинаються у одній точці

Лінза - прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями чи сферичною поверхнею та площиною Застосовують у оптичних приладах

Оптична сила лінзи - величина, обернена фокусній відстані

Оптичний центр - точка на головній оптичній осі посередині лінзи

Опукла лінза - лінза, посередині товща, аніж по краях

Розсіювальна лінза - лінза, після проходження через котру промені, що вийшли із однієї точки, не перетинаються. Зображення точки не існує, тобто уявне

Вузька лінза - лінза, товщина котрої мала, у порівняні із її діаметром

Увігнута лінза - лінза, посередині тонша, аніж по краях

Фокус - точка, у котра перетинаються промені, паралельні до головної оптичної осі лінзи (чи їхніх продовження) після заломлення у лінзі

Фокусна відстань - відстань між фокусом й центром лінзи

Формула лінзи - залежність між відстанню від лінзи до предмета, від лінзи до його зображення й фокусною відстанню лінзи.