Тема: Линзы Линза – прозрачное тело, ограниченное. Формула для нахождения оптической силы линзы

Линзы, как правило, имеют сферическую или близкую к сферической поверхность. Они могут быть вогнутыми, выпуклыми или плоскими (радиус равен бесконечности). Обладают двумя поверхностями, через которые проходит свет. Они могут сочетаться по-разному, образуя различные виды линз (фото приведено далее в статье):

• Если обе поверхности выпуклые (изогнуты наружу), центральная часть толще, чем по краям.
• Линза с выпуклой и вогнутой сферами называется мениском.
• Линза с одной плоской поверхностью носит название плоско-вогнутой или плоско-выпуклой, в зависимости от характера другой сферы.

Как определить вид линзы? Остановимся на этом подробнее.

Собирающие линзы: виды линз

Независимо от сочетания поверхностей, если их толщина в центральной части больше, чем по краям, они называются собирающими. Имеют положительное фокусное расстояние. Различают следующие виды собирающих линз:

• плоско-выпуклые,
• двояковыпуклые,
• вогнуто-выпуклые (мениск).

Их еще называют «положительными».

Рассеивающие линзы: виды линз

Если их толщина в центре тоньше, чем по краям, то они носят название рассеивающих. Имеют отрицательное фокусное расстояние. Существуют такие виды рассеивающих линз:

• плоско-вогнутые,
• двояковогнутые,
• выпукло-вогнутые (мениск).

Их еще называют «отрицательными».

Базовые понятия

Лучи от точечного источника расходятся из одной точки. Их называют пучком. Когда пучок входит в линзу, каждый луч преломляется, изменяя свое направление. По этой причине пучок может выйти из линзы в большей или меньшей степени расходящимся.

Некоторые виды оптических линз изменяют направление лучей настолько, что они сходятся в одной точке. Если источник света расположен, по меньшей мере, на фокусном расстоянии, то пучок сходится в точке, удаленной, по крайней мере, на ту же дистанцию.

Действительные и мнимые изображения

Точечный источник света называется действительным объектом, а точка сходимости пучка лучей, выходящего из линзы, является его действительным изображением.

Важное значение имеет массив точечных источников, распределенных на, как правило, плоской поверхности. Примером может служить рисунок на матовом стекле, подсвеченный сзади. Другим примером является диафильм, освещенный сзади так, чтобы свет от него проходил через линзу, многократно увеличивающую изображение на плоском экране.

В этих случаях говорят о плоскости. Точки на плоскости изображения 1:1 соответствуют точкам на плоскости объекта. То же относится и к геометрическим фигурам, хотя полученная картинка может быть перевернутой по отношению к объекту сверху вниз или слева направо.

Схождение лучей в одной точке создает действительное изображение, а расхождение - мнимое. Когда оно четко очерчено на экране - оно действительное. Если же изображение можно наблюдать, только посмотрев через линзу в сторону источника света, то оно называется мнимым. Отражение в зеркале - мнимое. Картину, которую можно увидеть через телескоп - тоже. Но проекция объектива камеры на пленку дает действительное изображение.

Фокусное расстояние

Фокус линзы можно найти, пропустив через нее пучок параллельных лучей. Точка, в которой они сойдутся, и будет ее фокусом F. Расстояние от фокальной точки до объектива называют его фокусным расстоянием f. Параллельные лучи можно пропустить и с другой стороны и таким образом найти F с двух сторон. Каждая линза обладает двумя F и двумя f. Если она относительно тонка по сравнению с ее фокусными расстояниями, то последние приблизительно равны.

Дивергенция и конвергенция

Положительным фокусным расстоянием характеризуются собирающие линзы. Виды линз данного типа (плоско-выпуклые, двояковыпуклые, мениск) сводят лучи, выходящие из них, больше, чем они были сведены до этого. Собирающие объективы могут формировать как действительное, так и мнимое изображение. Первое формируется только в случае, если расстояние от линзы до объекта превышает фокусное.

Отрицательным фокусным расстоянием характеризуются рассеивающие линзы. Виды линз этого типа (плоско-вогнутые, двояковогнутые, мениск) разводят лучи больше, чем они были разведены до попадания на их поверхность. Рассеивающие линзы создают мнимое изображение. И только когда сходимость падающих лучей значительна (они сходятся где-то между линзой и фокальной точкой на противоположной стороне), образованные лучи все еще могут сходиться, образуя действительное изображение.

Важные различия

Следует быть очень внимательными, чтобы отличать схождение или расхождение лучей от конвергенции или дивергенции линзы. Виды линз и пучков света могут не совпадать. Лучи, связанные с объектом или точкой изображения, называются расходящимися, если они «разбегаются», и сходящимся, если они «собираются» вместе. В любой коаксиальной оптической системе оптическая ось представляет собой путь лучей. Луч вдоль этой оси проходит без какого-либо изменения направления движения из-за преломления. Это, по сути, хорошее определение оптической оси.

Луч, который с расстоянием отдаляется от оптической оси, называется расходящимся. А тот, который к ней становится ближе, носит название сходящегося. Лучи, параллельные оптической оси, имеют нулевое схождение или расхождение. Таким образом, когда говорят о схождении или расхождении одного луча, его соотносят с оптической осью.

Некоторые виды которых такова, что луч отклоняется в большей степени к оптической оси, являются собирающими. В них сходящиеся лучи сближаются еще больше, а расходящиеся отдаляются меньше. Они даже в состоянии, если их сила достаточна для этого, сделать пучок параллельным или даже сходящимся. Аналогично рассеивающая линза может развести расходящиеся лучи еще больше, а сходящиеся - сделать параллельными или расходящимися.

Увеличительные стекла

Линза с двумя выпуклыми поверхностями толще в центре, чем по краям, и может использоваться в качестве простого увеличительного стекла или лупы. При этом наблюдатель смотрите через нее на мнимое, увеличенное изображение. Объектив камеры, однако, формирует на пленке или сенсоре действительное, как правило, уменьшенное в размерах по сравнению с объектом.

Очки

Способность линзы изменять сходимость света называется ее силой. Выражается она в диоптриях D = 1 / f, где f - фокусное расстояние в метрах.

У линзы с силой 5 диоптрий f = 20 см. Именно диоптрии указывает окулист, выписывая рецепт очков. Скажем, он записал 5,2 диоптрий. В мастерской возьмут готовую заготовку в 5 диоптрий, полученную на заводе-изготовителе, и отшлифуют немного одну поверхность, чтобы добавить 0,2 диоптрии. Принцип состоит в том, что для тонких линз, в которых две сферы расположены близко друг к другу, соблюдается правило, согласно которому общая их сила равна сумме диоптрий каждой: D = D 1 + D 2 .

Труба Галилея

Во времена Галилея (начало XVII века), очки в Европе были широко доступны. Они, как правило, изготавливались в Голландии и распространялись уличными торговцами. Галилео слышал, что кто-то в Нидерландах поместил два вида линз в трубку, чтобы удаленные объекты казались больше. Он использовал длиннофокусный собирающий объектив в одном конце трубки, и короткофокусный рассеивающий окуляр на другом конце. Если фокусное расстояние объектива равно f o и окуляра f e , то дистанция между ними должна быть f o -f e , а сила (угловое увеличение) f o /f e . Такая схема называется трубой Галилея.

Телескоп обладает увеличением 5 или 6 крат, сравнимым с современными ручными биноклями. Этого достаточно для многих захватывающих Можно без проблем увидеть лунные кратеры, четыре луны Юпитера, фазы Венеры, туманности и звездные скопления, а также слабые звезды в Млечном Пути.

Телескоп Кеплера

Кеплер услышал обо всем этом (он и Галилей вели переписку) и построил еще один вид телескопа с двумя собирающими линзами. Та, у которой большое фокусное расстояние, является объективом, а та, у которой оно меньше - окуляром. Расстояние между ними равно f o + f e , а угловое увеличение составляет f o /f e . Этот кеплеровский (или астрономический) телескоп создает перевернутое изображение, но для звезд или луны это не имеет значения. Данная схема обеспечила более равномерное освещение поля зрения, чем телескоп Галилея, и была более удобна в использовании, так как позволяла держать глаза в фиксированном положении и видеть все поле зрения от края до края. Устройство позволяло достичь более высокого увеличения, чем труба Галилея, без серьезного ухудшения качества.

Оба телескопа страдают от сферической аберрации, в результате чего изображения не полностью сфокусированы, и хроматической аберрации, создающей цветные ореолы. Кеплер (и Ньютон) считал, что эти дефекты невозможно преодолеть. Они не предполагали, что возможны ахроматические виды которых станет известна лишь в XIX веке.

Зеркальные телескопы

Грегори предположил, что в качестве объективов телескопов можно использовать зеркала, так как в них отсутствует цветная окантовка. Ньютон воспользовался этой идеей и создал ньютоновскую форму телескопа из вогнутого посеребренного зеркала и положительного окуляра. Он передал образец Королевскому обществу, где тот находится и по сей день.

Однолинзовый телескоп может проецировать изображение на экран или фотопленку. Для должного увеличения требуется положительная линза с большим фокусным расстоянием, скажем, 0,5 м, 1 м или много метров. Такая компоновка часто используется в астрономической фотографии. Людям, незнакомым с оптикой, может показаться парадоксальной ситуация, когда более слабая длиннофокусная линза дает большее увеличение.

Сферы

Высказывались предположения, что древние культуры, возможно, имели телескопы, потому что они делали маленькие стеклянные шарики. Проблема состоит в том, что неизвестно, для чего они использовались, и они, конечно, не могли бы лечь в основу хорошего телескопа. Шарики могли применяться для увеличения мелких объектов, но качество при этом вряд ли было удовлетворительным.

Фокусное расстояние идеальной стеклянной сферы очень короткое и формирует действительное изображение очень близко от сферы. Кроме того, аберрации (геометрические искажения) значительные. Проблема кроется в расстоянии между двумя поверхностями.

Однако если сделать глубокую экваториальную канавку, чтобы блокировать лучи, которые вызывают дефекты изображения, она превращается из очень посредственной лупы в прекрасную. Такое решение приписывается Коддингтону, а увеличитель его имени можно приобрести сегодня в виде небольших ручных луп для изучения очень маленьких объектов. Но доказательств того, что это было сделано до 19-го века, нет.

Обучающая: сформировать понятия о линзах, видах линз и их основных характеристиках; сформировать практические умения применять знания о свойствах линз для нахождения изображений графическим методом.Развивающая: развивать умения оперировать суждениями; развивать речь учащихся через организацию диалогического общения на уроке; включать детей в разрешение учебных проблемных ситуаций для развития их логического мышления; поддерживать внимание учащихся через смену учебной деятельности.Воспитательная: воспитывать познавательный интерес, интерес к предмету. Цели урока

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными (чаще всего сферическими) или криволинейной и плоской поверхностями. Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными (чаще всего сферическими) или криволинейной и плоской поверхностями. Линза Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 до н. э.), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь. Линза (нем. Linse, от лат..lens - чечевица) – диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями – сферическими или сферической и плоской.. Линза

Глаз – орган зрения Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв в определенные области головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор, или зрительную систему.

Если на собирающую линзу падает пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после преломления в линзе они собираются в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. В фокусе рассеивающей линзы пересекаются продолжения лучей, которые до преломления были параллельны ее главной оптической оси. Фокус рассеивающей линзы мнимый. Главных фокусов два; они расположены на главной оптической оси на одинаковом расстоянии от оптического центра линзы по разные стороны от нее. Фокус линзы фокус линзы (F) оптический центр линзы главная оптическая ось линзы

Размеры и расположение изображения предмета в собирающей линзе зависят от положения предмета относительно линзы. В зависимости от того, на каком расстоянии от линзы находится предмет, можно получить или увеличенное изображение (F 2F). или уменьшенное (d > 2F). Вывод 2F). или уменьшенное (d > 2F). Вывод">

0 для собирающих линз. D 0 для собирающих линз. D 24 Оптическая сила линзы дптр D > 0 для собирающих линз. D 0 для собирающих линз. D 0 для собирающих линз. D 0 для собирающих линз. D 0 для собирающих линз. D title="Оптическая сила линзы дптр D > 0 для собирающих линз. D

Гигиена зрения 1. Читайте только при хорошем освещении. 2. При дневном свете рабочий стол должен стоять так, чтобы окно находилось слева. 3. При искусственном освещении настольная лампа должна находиться слева и быть обязательно прикрытой абажуром. 4. Не следует смотреть телевизор слишком долго. 5. После каждых минут работы на компьютере необходима пауза.

Зрение и правильное питание Большое значение для хорошего зрения имеет правильное питание, включающее достаточное количество витаминов, особенно D и A. Витамин D содержится в таких продуктах, как говяжья и свиная печень, сельдь, желток яиц, сливочное масло. Витамином А наиболее богаты печень трески, говяжья и свиная печень, желток куриного яйца, сливки, сливочное масло. Каротин – вещество, из которого организм человека синтезирует витамин А – в больших количествах содержится в моркови, сладком перце, облепихе, шиповнике, зеленом луке, петрушке, щавеле, абрикосах, шпинате, салате.

1. Почему в солнечный летний день нельзя поливать цветы в саду? 2. Склеив два выпуклых стекла от часов, можно получить воздушную выпуклую линзу. Если такую линзу поместить в воду, то будет ли она собирающей линзой? 3. Сравни два рисунка. Что общего? Чем они отличаются? Подумай и ответь

С помощью линзы на экране получено перевернутое изображение пламени свечи. Как изменятся размеры изображения, если часть линзы заслонить листом бумаги? 1. Часть изображения пропадет. 2. Размеры изображения не изменятся. 3. Размеры увеличатся. 4. Размеры уменьшатся. Вопрос 2

Применение линз Применение линз Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем. Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем. Двояковыпуклые линзы используются в большинстве оптических приборов, такой же линзой является хрусталик глаза. Линзы-мениски широко применяются в очках и контактных линзах. Двояковыпуклые линзы используются в большинстве оптических приборов, такой же линзой является хрусталик глаза. Линзы-мениски широко применяются в очках и контактных линзах. В сходящемся пучке за собирающей линзой световая энергия сосредотачивается в фокусе линзы. На этом принципе основано выжигание с помощью лупы.

Рефлексия (отметьте свой вариант ответа в таблице) Суждения ДаНет Не знаю На уроке я: 1)узнал много нового; 2)показал свои знания; 3)с интересом общался с учителем и одноклассниками. На уроке я чувствовал себя: 1)свободно; 2)скованно; 3)уютно. На уроке мне понравилось: 1)коллективное решение познавательных задач и вопросов; 2)наглядность; 3)другое (указать).

Спасибо за внимание, спасибо за урок! Домашнее задание § (Генденштейн Л.Э.. Физика. 8 класс. – М.: Мнемозина, 2009). (Генденштейн Л.Э.. Физика. 8 класс. – М.: Мнемозина, 2009).

Выполнила: учитель Кузнецкой СОШ Пряхина Н.В.

План урока

Этапы урока, содержание	Форма	Деятельность учителя	Деятельность учеников
1.Повторение домашнего задания 5 мин
2.1. Введение понятия линзы	Мысленный эксперимент	Проводит мысленный эксперимент, объясняет, демонстрирует модель, рисует на доске	Проводят мысленный эксперимент, слушают, задают вопросы
2.2. Выделение признаков и свойств линзы		Ставит проблемные вопросы, приводит примеры
2.3. Объяснение хода лучей в линзе		Ставит проблемные вопросы, рисует, объясняет	Отвечают на вопросы, делают выводы
2.4. Введение понятия фокуса, оптической силы линзы		Ставит наводящие вопросы, рисует на доске, объясняет, показывает	Отвечают на вопросы, делают выводы, работают с тетрадью

2.5. Построение изображения	Объяснение	Рассказывает, демонстрирует модель, показывает транспаранты	отвечают на вопросы, рисуют в тетради
3.Закрепление нового материала 8 мин
3.1. Принцип построения изображения в линзах		Ставит проблемные вопросы	Отвечают на вопросы, делают выводы
3.2. Решение теста	Работа в парах	Коррекция, индивидуальная помощь, контроль	Отвечают на вопросы теста, помогают друг другу
4.Домашнее задание 1 мин
§63,64, упр.9 (8) Уметь составлять рассказ по конспекту.

Урок. Линза. Построение изображения в тонкой линзе .

Цель: Дать знания о линзах, их физических свойствах и характеристиках. Сформировать практические умения применять знания о свойствах линз для нахождения изображения графическим методом.

Задачи : изучить виды линз, ввести понятие тонкой линзы как модели; ввести основные характеристики линзы – оптический центр, главная оптическая ось, фокус, оптическую силу; формировать умения строить ход лучей в линзах.

Использовать решение задач для продолжения формирования расчетных навыков.

Структура урока: учебная лекция (в основном новый материал излагает преподаватель, но учащиеся ведут конспект и по ходу изложения материала отвечают на вопросы преподавателя).

Межпредметные связи: черчение (построение лучей), математика (расчеты по формулам, использование микрокалькуляторов для сокращения затрат времени на вычисления), обществоведение (понятие о законах природы).

Учебное оборудование: фотографии и иллюстрации физических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по физике».

Конспект урока.

С целью повторения пройденного, а также проверки глубины усвоения знаний учащимися, проводится фронтальный опрос по изученной теме:

Какое явление называется преломлением света? В чем его суть?

Какие наблюдения и опыты наводят на мысль об изменении направления распространения света при переходе его в другую среду?

Какой угол – падения или преломления – будет больше в случае перехода луча света из воздуха в стекло?

Почему, находясь в лодке, трудно попасть копьем в рыбу, плавающую невдалеке?

Почему изображение предмета в воде всегда менее ярко, чем сам предмет?

В каком случае угол преломления равен углу падения?

2. Изучение нового материала:

Линза – оптически прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.�

Выпуклые линзы бывают: двояковыпуклые(1), плосковыпуклые (2), вогнуто-выпуклые (3).

Вогнутые линзы бывают: двояковогнутые (4), плосковогнутые (5), выпукло-вогнутые (6).

В школьном курсе мы будем изучать тонкие линзы.

Линза, толщина которой много меньше радиусов кривизны ее поверхностей называют тонкой линзой.

Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в сходящийся и собирают его в одну точку называют собирающими линзами.

Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в расходящийся называют рассеивающими линзами.�Точка в которой лучи после преломления собираются, называется фокусом . Для собирающей линзы – действительный. Для рассеивающей – мнимый.

Рассмотрим ход пучков света через рассеивающую линзу:

Вводим и показываем основные параметры линз:

Оптический центр линзы;

Оптические оси линзы и главную оптическую ось линзы;

Главные фокусы линзы и фокальную плоскость.

Построение изображений в линзах:

Точечный объект и его изображение всегда лежат на одной оптической оси.

Луч, падающий на линзу параллельно оптической оси, после преломления через линзу проходит через фокус, соответствующий этой оси.

Луч, проходящий через фокус до собирающей линзы, после линзы распространяется параллельно оси, соответствующей этому фокусу.

Луч, параллельный оптической оси, пересекается с ней после преломления в фокальной плоскости.

d – расстояние предмета до линзы

F – фокусное расстояние линзы.

1. Предмет находится за двойным фокусным расстоянием линзы: d > 2F .

Линза даст уменьшенное,перевернутое, действительное изображение предмета.

Предмет находится между фокусом линзы и ее двойным фокусом: F< d < 2F

Линза дает увеличенное, перевернутое, действительное изображение предмета.�

Предмет помещен в фокус линзы: d = F

Изображение предмета будет размыто.

4. Предмет находится между линзой и ее фокусом: d < F

изображение предмета увеличенное, мнимое, прямое и расположено по ту же сторону от линзы, что и предмет.

5. Изображения, даваемые рассеивающей линзой.

линза не дает действительных изображений, лежащих по ту же сторону от линзы, что и предмет.

Формула тонкой линзы:

Формула для нахождения оптической силы линзы:

величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы. Чем короче фокусное расстояние, тем оптическая сила линзы больше.

Оптические приборы:

фотоаппарат

Киноаппарат

Микроскоп

Тест.

Какие линзы изображены на рисунках?

С помощью какого прибора можно получить изображение показанное на рисунке.

а. фотоаппарат б. киноаппарат в. лупа

Какая линза изображена на рисунке?

а. собирающая

б. рассеивающая

вогнутые

Линза представляет собой тело, прозрачное и ограниченное. Ограничителями тела линзы чаще всего выступают либо две криволинейные поверхности, либо одна криволинейная, а другая плоская. Как известно, линзы бывают выпуклыми и вогнутыми. Соответственно выпуклой является линза, у которой середина плоскости утолщена относительно ее краев. Вогнутые линзы представляют собой другую картины: их середина тоньше относительно поверхности края. Если показатель преломления лучей окружающей среды меньше по-сравнению с этим же показателем выпуклой линзы, то в ней пучок, образованный параллельными лучами, преломляется преобразуясь в сходящийся пучок. Вогнутые линзы с такими свойствами получили название - собирающихся линз. Если же в вогнутой линзе пучок параллельно направленных лучей при преломлении превращается в расходящийся, то это рассеивающиеся вогнутые линзы, у них воздух выполняет роль внешней среды.

Линза представляет собой сферические поверхности с геометрическими центрами. Прямая, которая соединяет центры, является главной оптической осью. У тонких линз толщина меньше радиуса их искривления. Для таких линз верно утверждение, что их вершины сегментов близко расположены и представляют собой оптический центр. При этом побочной осью признается любая прямая, проходящая через центр под углом к прямой, соединяющей центры сферических поверхностей. А вот чтобы определить главный фокус линзы, достаточно представить себе, что на собирающую вогнутую линзу попадает пучок лучей. При этом эти лучи параллельны по отношению к главной оси. После преломления же такие лучи соберутся в одной точке, которая и будет фокусом. В фокусе можно увидеть продолжения лучей. Это лучи до преломления направленные параллельно главной оси. Но этот фокус мнимый. Существует и главный фокус рассеивающей линзы. Вернее два главных фокуса. Если представить себе главную оптическую ось, то главные фокусы будут на ней на равном удалении от центра. Если мы рассчитаем величину, которая будет обратной по отношению к фокусному расстоянию, то мы получим оптическую силу.

Единицей оптической силы линзы принят диоптрий, если мы имеем в виду систему СИ. Что характерно, у собирающей линзы ее оптическая сила представляет собой положительную величину, в то время как у рассеивающей она будет отрицательной. Если плоскость имеет свойство проходить через главный фокус линзы и при этом перпендикулярно к главной оси, то это фокальная плоскость. Достоверно известно, что лучи в виде пучка, направленные на линзу и при этом являющиеся параллелями к побочной оптической оси, соберутся в пересечении оси и фокальной плоскости. Способности линз отражать и преломлять используют в оптическом приборостроении.

Все мы знаем примеры бытового применения линз: лупа, очки, фотоаппарат, в науке и исследованиях это микроскоп. Значение открытия свойства линзы для человека огромно. В оптике как раз чаще всего используются линзы сферические. Их изготавливают из стекла и ограничивают сферами.