Изучаем характеристики линзы

Г.

Урок 33 (11 класс)

Тема. Линзы

1. Знакомимся с разными видами линз

Линзой (сферической) называют прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями (в частности, одна из поверх­ностей может быть плоскость). По форме линзы делятся на выпуклые (рис. 3.50) и вогнутые (рис. 3.51).

Если толщина линзы d во много раз меньше радиусов R₁ и R₂ сферических поверхностей, которые образуют линзу, то такую линзу называют тонкой линзой (рис. 3.52). Дальше, говоря о линзе, мы всегда будем иметь в виду такую линзу.

Обычно выпуклые линзы являются собирающими: параллельные лучи, которые падают на собирающую линзу, пройдя сквозь нее, пересекаются в одной точке (рис. 3.53).

Вогнутые линзы чаще всего бывают рассеивающими: параллельные лучи после прохождения сквозь рассеивающую линзу выходят расходящим­ся пучком (рис. 3.54).

Рис.3.50. Различные виды выпуклых линз в разрезе: а — двояковыпуклая линза; б — плоско-выпуклая линза; в — вогнуто-выпуклая линза

Рис. 3.51. Различные виды вогнутых линз в раз­резе: а — двояковогнутая линза; б — плоско-вогнутая линза; в — выпукло-вогнутая линза

Рис. 3.52 Тонкая сферическая линза: d «R ₁ d «R₂

Рис. 3.53 Параллельные лучи, преломляясь в собирающей линзе, пересекаются в одной точке (справа — условное изображение соби­рающей линзы)

Рис. 3.54 Параллельные лучи, преломляясь в рассеивающей линзе, расходятся (спра­ва — условное изображение рассеивающей линзы)

 

Изучаем характеристики линзы

 

Проведем прямую, которая проходит через центры сферических поверх­ностей, ограничивающих линзу. Эту прямую называют главной оптической осью линзы. Точку линзы, которая расположена на главной оптической оси и через которую луч светапроходит, не изменяя своего направления, назы­вают оптическим центром линзы (рис. 3.55). На рисунках оптический центр линзы обычно обозначают буквой О.

Точку, в которой собираются после преломления лучи, параллельные главной оптической оси собирающей линзы, называют действительным фо­кусом собирающей линзы (рис. 3.56).

Если пучок лучей, параллельных главной оптической оси, направить на рассеивающую линзу, то после преломления они выйдут расходящимся пучком.

 

Рис. 3.55 Прямая AB, проходящая через центры O₁ и O₂ сферических поверхностей, ограничиваю­щих линзу, называется главной оптической осью линзы. Точка О — оптический центр линзы

Рис. 3.56. Действительный фокус собирающей линзы - точка F

Рис. 3.57. Мнимый фокус рассеивающей линзы -точка F

Однако их продолжения соберутся в одной точке на главной опти­ческой оси линзы (рис. 3.57). Эту точку называют мнимым фокусом рассеи­вающей линзы.

На рисунках фокус линзы обозначают буквой F.

Расстояние от оптического центра линзы до фокуса называют фокус­ным расстоянием линзы.

Фокусное расстояние обозначается символом F и измеряется в метрах.

Фокусное расстояние собирающей линзы договорились считать положитель­ным (F 0), а рассеивающей — отрицательным (F <0).

Очевидно, что чем сильнее преломляющие свойства линзы, тем мень­шим будет ее фокусное расстояние (рис. 3.58).

Физическая величина, характеризующая преломляющие свойства линзы и обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы.

Оптическая сила линзы обозначается символом D и вычисляется по формуле

где F — фокусное расстояние линзы.

Единицей оптической силы является диоптрия.

Рис. 3. 58. Чем меньше радиусы сферических поверхностей, ограничивающих линзу, тем сильнее эта линза преломляет свет, следовательно, тем меньше ее фокусное расстояние F
1 диоптрия (дптр) — это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой равняется 1 м.

Если линза собирающая, то ее оптическая сила положительна. Оптическая сила рассеивающей линзы отрицательна. Например, оптическая сила линз в бабушкиных очках +3 дптр, а в маминых -3 дптр. Это означает, что в ба­бушкиных очках стоят собирающие линзы, а в маминых — рассеивающие.

3. Учимся решать задачи

Оптическая сила линзы равняется -1,6 дптр. Каково фокусное рассто­яние этой линзы? Эта линза собирающая или рассеивающая?

 

· Подводим итоги

- Прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверх­ностями, называют линзой. Линзы бывают собирающими и рассеивающи­ми, а по форме — выпуклыми и вогнутыми.

- Линза называется собирающей, если пучок параллельных лучей, пада­ющий на нее, после преломления в линзе пересекается в одной точке. Эту точку называют действительным фокусом линзы.

- Линза называется рассеивающей, если параллельные лучи, падающие на нее, после преломления в линзе идут расходящимся пучком, однако продолжения этих преломленных лучей пересекаются в одной точке. Эта точка называется мнимым фокусом линзы.

- Физическая величина, характеризующая преломляющие свойства лин­зы и являющаяся обратной фокусному расстоянию линзы, называется оп­тической силой линзы . Оптическая сила линзы измеряется в ди­оптриях (дптр).

 

Домашнее задание:

1. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. Классический курс. Физика. 11 класс, «Просвещение», 2014. Читать §50 (с.191-194).

2. Конспектировать и учить лекционный материал.

3. Ответить на вопросы:

1. Что называют линзой?

2. Какие виды линз вам известны?

3. Чем рассеивающая линза отличается от собирающей?

4. Что называют действительным фокусом линзы?

5. Почему фокус рассеивающей линзы называют мнимым?

6. Что называют фокусным расстоянием линзы?

7. Какую физическую величину называют оптической силой линзы?

8. Назовите единицу оптической силы линзы.

9. Оптичес­кая сила какой линзы принята за единицу?

 

Упражнения

1. На линзу направили параллель­ный пучок света (см. рисунок). Определите, какая это линза — собирающая или рассеивающая. Перенесите рисунок в тетрадь. Обозначьте оптический центр и фокус линзы. Измерьте фокус­ ное расстояние линзы и опреде­лите ее оптическую силу.

2. Оптическая сила одной линзы равняется -2 дптр, а другой — +2 дптр. Чем отличаются эти линзы друг от друга?

3. Фокусное расстояние одной линзы равняется +0,5 м, а другой — +1 м. Какая линза имеет большую оптическую силу?

4. Почему нельзя поливать растения на клумбах в солнечный день?

5. В стекле имеется полость в виде двояковыпуклой линзы. Эта линза будет собирать или рассеивать лучи? Обоснуйте ответ.

6. Дано две двояковыпуклых линзы, изготовленные из одного сорта стекла. Как на ощупь определить, какая линза имеет большую оп­тическую силу?

Начало формы