Классы
Предметы

Изображения, даваемые линзой

В ходе данного урока вы повторите основные точки и линии линзы. Также вы научитесь строить изображения предметов, даваемые линзой, узнаете их характеристики и познакомитесь с устройством лупы.

Основные точки и линии линзы

Все, что будет рассмотрено на этом уроке, будет рассмотрено на примере тонкой собирающей линзы, поскольку эта линза является самой распространенной.

Давайте вспомним основные точки и линии линзы. К этим точкам относится оптический центр, главная оптическая ось и точки фокуса линзы.

Обратимся к рисунку (рис. 1)

Рис. 1. Основные точки линзы

На схеме видно, что собирающая линза располагается перпендикулярно главной оптической оси. Пересечение главной оптической оси с линзой (точка ) является оптическим центром линзы, два фокуса (), две точки двойного фокуса (). В данном случае мы рассматриваем линзу равнофокусную, когда справа и слева у линзы одинаковые фокусные расстояния.

В первом случае предмет будет находиться на расстоянии большем, чем двойной фокус. Предмет изображен в виде стрелки .

Построение изображения предмета, удаленного от фокуса собирающей линзы

Для построения точки достаточно двух лучей. Поэтому выбирают лучи, ход которых известен.

Из точки  на линзу направим луч  параллельно главной оптической оси. По свойству линз, этот луч преломится и пройдет через точку фокуса. Второй луч мы направим из точки через оптический центр. По свойству линз, этот луч пройдет сквозь линзу, не испытав преломления. На пересечении двух лучей мы получаем изображение точки  (рис. 2).

Рис. 2. Схема построения изображения точки

Таким же образом построим точку . Из точки  направим на линзу луч  параллельно главной оси, этот луч преломится и пройдет через фокус. Луч  пройдет из точки  через оптический центр. На пересечении этих лучей получим точку  (рис. 3).

Рис. 3. Схема построения изображения предмета

Соединив точки  и  мы получаем изображение предмета.

Необходимо отметить, что изображение перевернутое, уменьшенное и действительное. Точку  мы видим ниже оптической оси, тогда как у самого предмета точка  выше оптической оси.

Изображение создается лучами, прошедшими через линзу, поэтому такое изображение называется действительным.

Чем дальше предмет от линзы, тем ближе к фокусу изображение предмета. В случае когда предмет расположен совсем далеко от линзы, мы получаем изображение точно в фокусе линзы.

Построение изображения предмета, расположенного между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы

Рассмотрим следующий рисунок.

Предмет  находится между двойным фокусом и фокусом линзы. Воспользуемся теми же лучами для получения изображения точек. Соединив их, получим изображение предмета (рис. 4).

Рис. 4. Схема построения изображения, когда предмет находится между  

Чем ближе источник света или предмет к фокусу, тем больше становится изображение предмета. Изображение предмета осталось перевернутым, стало увеличенным и осталось действительным.

Построение изображения предмета, попавшего в фокус собирающей линзы

На следующем рисунке построим изображение предмета, попавшего точно в фокус или фокусную плоскость. Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через фокус, называется фокальной или фокусной плоскостью (рис. 5).

Рис. 5. Схема построения изображения предмет, попавшего в

Обратим внимание, что если предмет расположен в фокусной плоскости, то никакого изображения мы не получим. Лучи, которые мы направляем, располагаются параллельно друг другу, и поэтому изображения они не дадут. В этом случае мы будем наблюдать через линзу размытое поле.

Построение изображения предмета, попавшего между фокусом и собирающей линзой

Рассмотрим случай, когда предмет расположен между фокусом и линзой (рис. 6).

Рис. 6. Схема построения изображения предмета, находящегося ближе

Берем те же лучи. Из точки  луч попадает на линзу, преломляется, проходит через фокус. Луч, который проходит из точки  через оптический центр, не преломляется. Эти два луча являются расходящимися, значит, они не пересекутся. Но пересекутся их продолжения. Именно они дадут нам изображение точки  – точку .

Точно так же мы построим точку . Один луч пройдет через фокус, второй луч – через оптический центр, пересечение продолжений даст точку Б́.

В данном случае изображение будет мнимым, поскольку оно получено не при помощи самих лучей, а при помощи их продолжений. Изображение будет прямое и увеличенное.

Оптический прибор лупа

На основе этого свойства собирающих линз построен такой прибор, как лупа. При помощи лупы получают увеличенные, мнимые, прямые изображения. Лупа – это линза, вставленная в оправу и имеющая большую кривизну. У такой линзы очень короткое фокусное расстояние, поэтому ее называют короткофокусной. В результате такая линза дает очень хорошее увеличение, когда мы рассматриваем небольшие предметы.

Нужно отметить, что многие оптические приборы, такие как микроскоп, телескоп, состоят из многого числа линз. В том числе в их состав входят рассеивающие линзы.

Построение изображения предмета в рассеивающей линзе

Посмотрим на рисунок, посвященный рассеивающей линзе (рис. 7).

Рис. 7. Рассеивающая линза

На главной оптической оси находится рассеивающая линза. У рассеивающей линзы тоже два фокуса, но фокусы – мнимые, поскольку создаются не лучами, прошедшими через линзу, а их продолжениями.

Расположим предмет  за рассеивающей линзой. Воспользуемся теми же лучами. Первый луч пошлем из точки  на рассеивающую линзу. Этот луч преломится. Сам он пойдет в таком направлении, что его продолжение обязательно пройдет через фокус (рис. 8).

Рис. 8. Схема построения точки

Второй луч проходит через оптический центр насквозь, и на пересечении мы получаем изображение точки . Точка  строится таким же образом (рис. 9).

Рис. 9. Схема построения изображения предмета

Изображение будет мнимым, прямым и уменьшенным.

Рассеивающая линза, где бы мы ни поставили предмет, будет создавать изображение прямое, уменьшенное и мнимое.

Вывод

В ходе урока вы научились строить изображения, получаемые с использованием различных линз.

 

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. /Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Tepka.ru (Источник).
  2. Tak-to-ent.net (Источник).
  3. Fizika.in (Источник).

 

Домашнее задание

  1. Задание 1. Постройте изображение предмета, находящегося в двойном фокусе собирающей линзы. Укажите свойства этого изображения.
  2. Задание 2. Предмет расположен на расстоянии  от собирающей линзы. Его передвигают, приближая к линзе. Как будет меняться изображение предмета? Куда оно будет перемещаться?