 |
Лекция 62. Преломление света. Построение изображения в линзах
|
|
|
|
Цель занятия: рассказать студентам о линзах, их физические свойства и характеристики; научить студентов получать изображения в собирающей и рассеивающей линзах.
Тип занятия: занятие изучения нового материала.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Контроль знаний | 1. Закон отражения света. 2. Закон преломления света. 3. Полное отражение. |
| Демонстрации | 1. Выпуклые и вогнутые линзы. 2. Прохождение света через собирательную линзу. 3. Прохождение света сквозь рассеивающую линзу. 4. Получение изображений с помощью линз. |
| Изучение нового материала | 1. Основные элементы линзы. 2. Собирающая и рассеивающую линзы. 3. Физические величины, характеризующие линзу. 4. Построение изображений, которые дает тонкая линза. |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Основные элементы линзы
Важнейшим элементом многочисленных оптических приборов и систем, начиная от очков и заканчивая гигантскими телескопами, является линза.
Ø Линзой называется оптически прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.
Ø Линзу, толщина которой значительно меньше радиусов кривизны ее поверхностей, называют тонкой линзой.
Различают выпуклые линзы (рис. а), посередине толще, чем у краев, и вогнутые линзы (рис. б), которые посередине тоньше, чем у краев.
Для тонкой линзы можно считать, что вся линза лежит в одной плоскости, которую называют плоскостью линзы.
Точку плоскости линзы, где максимальная толщина линзы (для выпуклой линзы) или минимальное (для вогнутой линзы), называют оптическим центром линзы.
Через центр линзы перпендикулярно к плоскости линзы проходит главная оптическая ось линзы.
2. Собирающая и рассеивающую линзы
Основные параметры и действия собирательной линзы рекомендуется сначала изучать экспериментально с помощью двояковыпуклой линзы. Демонстрируя действие уборочной двояковыпуклой линзы, важно обратить внимание студентов на то, что указанное отклонение лучей уборочной линзой всегда наблюдается за любого угла падения луча на линзу.
|
|
|
Ø Линзу, которая преобразует параллельный пучок лучей в сходящийся, называют уборочной.
Лучи, падающие на собирательную линзу параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе пересекаются в одной точке, называют фокусом линзы и обозначают F.
Демонстрируя действие рассеивающей линзы, убеждаемся, что независимо от расположения светящейся точки относительно двояковогнутой линзы, последняя всегда формирует только расходящийся пучок света.
Ø Линзу, которая преобразует параллельный пучок лучей в расходящийся, называют рассеивающей.
Параллельные лучи, падающие на рассеивающую линзу, после преломления в линзе идут так, что их продолжения пересекаются в одной точке, расположенной по ту сторону линзы, откуда падает пучок.
Точку, в которой пересекаются продолжения загнутых в рассеивающей линзе лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси, называют фокусом линзы и обозначают F.
Фокус рассеивающей линзы называют мнимым, потому что в этой точке пересекаются не сами лучи, а их продолжения.
3. Физические величины, характеризующие линзу
В рассеивающей линзе, так же как и в собирающей, есть два фокуса, которые расположены по разные стороны линзы на равных расстояниях от нее.
Расстояние от плоскости линзы до ее фокуса называют фокусным расстоянием линзы и обозначают F.
Фокусное расстояние линзы зависит от степени кривизны ее поверхностей. Линза с более выпуклыми поверхностями преломляет лучи сильнее, чем линза с менее выпуклыми поверхностями, и поэтому имеет меньшее фокусное расстояние.
|
|
|
Ø Оптической силой линзы называют величину D, оборотную фокусном расстоянии линзы:
D = 1/F.
Единицей фокусного расстояния в СИ является 1 метр. Оптическую же силу линзы в СИ измеряют в 1/м (эту единицу оптической силы часто называют диоптрией). Например, оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 2 м равна 0,5 1/м.
Чем меньше фокусное расстояние линзы, тем больше ее оптическая сила, то есть тем сильнее она преломляет лучи на нее падают.
Ø В собирательной и рассеивающей линз оптические силы отличаются знаком. Для собирающей линзы F > 0: D > 0, для рассеивающей - F 0: D 0.
4. Построение изображений, которые дает тонкая линза
Построим изображение точки S, что получается с помощью линзы. Для этого необходимо найти точку пересечения S1 лучей, которые выходят из точки S и проходят сквозь линзу. Поскольку в точке S1 пересекаются все лучи, выходящие из точки S, то для построения изображения достаточно двух лучей из трех, показанных на рисунке. Точка S1 будет действительным изображением точки S, если в точке S1 пересекаются лучи, преломленные линзой. Точка S1 будет мнимым изображением точки S, если в точке S1 пересекаются продолжения лучей, загнутых линзой.
Построим изображение предмета AB, находящегося на расстоянии, большем 2F. Для построения изображения точки Bвоспользуемся двумя правилами: 1) точка и ее изображение всегда лежат на одной прямой, проходящей через оптический центр линзы; 2) луч, падающий на собирательную линзу параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через ее фокус.
Мы видим, что если предмет расположен за двойным фокусным расстоянием собирающей линзы, то его изображение оказывается уменьшенным, перевернутым, действительным.
Если предмет расположен между фокусом и линзой, то изображение предмета будет увеличенным, прямым, мнимым.
Построение изображения предмета, полученного с помощью рассеивающей линзы, показывает, что рассеивающую линза всегда дает мнимое, уменьшенное, прямое изображение.
Решение задач
1. На рисунке показаны светящаяся точка S и ее изображения S1, полученное с помощью линзы, а также главная оптическая ось KN этой линзы. Определите положение оптического центра линзы и ее фокусов. Какая это линза - собирающая или рассеивающую?
|
|
|
2. На рисунке показаны светящаяся точка S и ее изображения S1, полученное с помощью линзы, а также главная оптическая ось KN этой линзы. Определите положение оптического центра линзы и ее фокусов. Какая это линза - собирающая или рассеивающую?
3. Постройте изображение данного предмета в линзе. Охарактеризуйте полученное изображение.
Контрольные вопросы
Первый уровень
1. По какому признаку можно узнать: эта линза собирательная или рассеивающую, если судить только по форме?
2. Почему выпуклую линзу называют уборочной, а вогнутую линзу - рассеивающей?
3. В зависимости от чего меняется изображение, что дает собирательная линза?
4. Почему вогнутая линза не дает действительного изображения?
Второй уровень
1. С помощью линзы получили изображение некоторого предмета. В каком случае его можно увидеть на экране - когда это изображение является действительным или когда оно мнимое?
2. С помощью линзы на экране получено изображение пламени свечи. Изменится ли это изображение и как, если половину линзы закрыть непрозрачным экраном?
3. От чего зависит характер изображения, что дает собирательная линза?
4. В стекле есть пустота в виде двояковыпуклой линзы. Какая это линза - собирающая или рассеивающую? Ответ обоснуйте.
5. Собирательная линза дает изображение предмета, находящегося за ее фокусом. Как изменится тип изображение, если предмет поместить между линзой и ее фокусом?
6. Во время выжигания линзу держат на расстоянии 25 см от дощечки. Какова оптическая сила линзы?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 41 (п. 1, 2, 3); Учебник-2: § 20 (п. 1).
2. Сборник задач.:
Уровень1 № 13.4; 13.5; 13.6; 13.7.
Уровень2 № 13.49; 13.50; 13.51; 13.52.
Уровень3№ 13.53, 13.54; 13.59.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
|
|
|
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
