Линзы и их свойства. Секрет двояковыпуклой линзы

Кто не знает обычного увеличительного стекла, похо­жего на зёрнышко чечевицы. Если такое стекло - его назы­вают также двояковыпуклой линзой - поме­стить между каким-либо предметом и глазом, то изображе­ние предмета кажется наблюдателю увеличенным в не­сколько раз.

В чём секрет такого увеличения? Чем объяснить, что предметы, если смотреть на них через двояковыпуклую линзу, кажутся нам больше своей действительной величины?

Чтобы хорошо понять причи­ну этого явления, надо вспом­нить о том, как распространяются лучи света.

Повседневные наблюдения убе­ждают нас в том, что свет распро­страняется прямолинейно. Вспом­ните, например, как иногда солн­це, скрытое облаками, пронизы­вает их прямыми, ясно видимыми пучками лучей.

Но всегда ли лучи света пря­молинейны? Оказывается, не всегда.

Проделайте, например, такой опыт.

В ставне, плотно прикрывающем окно вашей комнаты, сделайте Рис. 6< прямолинейный

Небольшое отверстие. Луч света, луч света, попав в дру -

Пройдя сквозь это отверстие, «про - гую среду -В воду, ИЗ -

Чертит» в тёмной комнате прямо - меняет своё направление,

Г « и 1 преломляется,

Линейный след. Но поместите на к

Пути луча банку с водой, и вы увидите, что луч, попав в воду, изменит своё направление, или, как говорят,"прело­мится (рис. 6).

Таким образом, преломление световых лучей можно наблюдать тогда, когда они попадают в другую среду. Так, пока лучи идут в воздухе, они прямолинейны. Но как только на их пути встречается какая-то другая среда, например вода, свет преломляется.

Вот такое же преломление испытывает луч света и в том случае, когда он проходит через двояковыпуклое увеличи­тельное стекло. При этом линза собирает световые лучи
в узкий заострённый пучок (этим, кстати сказать, и объяс­няется то, что с помощью увеличительного стекла, собираю­щего лучи света в узкий пучок, можно на солнце поджечь папиросу, бумагу и пр.).

Но почему же линза увеличивает изображение предмета?

А вот почему. Посмотрите невооружённым глазом на какой-нибудь предмет, например на лист дерева. Лучи света отражаются от листа и сходятся в вашем глазу. Теперь поместите между глазом и листом двояковыпуклую линзу. Световые лучи, проходя через линзу, будут преломляться (рис. 7). Однако человеческому глазу они не кажутся лома­ными. Наблюдатель попрежнему ощущает прямолинейность лучей света. Он как бы продолжает их дальше, за линзу (см. пунктирные линии на рис. 7), и предмет, наблюдаемый через двояковыпуклую линзу, кажется наблюдателю увели­ченным!

Ну, а что произойдёт, если лучи света, вместо того, чтобы попасть в глаз наблюдателя, будут продолжены

Дальше? После пересечения в одной точке, называемой фокусом линзы, лучи вновь разойдутся. Если на их пути поставить зеркало, мы увидим в нём увеличенное изображение того же листа (рис. 8). Однако оно предста­вится нам уже в перевёрнутом виде. И это вполне понятно. Ведь после пересечения в фокусе линзы световые лучи идут дальше в том же прямолинейном направлении. Есте­

Ственно, что при этом лучи от верхушки листа направляются вниз, а лучи, идущие от его основания, отразятся в верхней части зеркала.

Вот это свойство двояковыпуклой линзы - способность собирать лучи света в одной точке - и используется в фотографическом аппарате.

«Собирающая линза» - Плоско-выпуклые. О1О– главная оптическая ось. ? Выяснили основные свойства замечательных лучей в собирающей линзу. Двояковыпуклые. Собирающие линзы. О1О2 – главная оптическая ось. F – главный фокус линзы. - Физическая величина, обратная фокусному расстоянию. Оптическая сила линзы. Луч 2 падая на вторую границу призмы.

«Построение изображения» - Изображение. Построение изображений. Изображение тела лежащего на оси. Недостатки зрения. Прямое мнимое уменьшенное. Собирающая линза. Рассеивающая линза. Характеристикаизображения. Линзы. Перевернутое действительное увеличенное.

«Типы линз» - Собирающие линзы. Предмет. Главный фокус собирающей линзы. Оптический центр линзы. Графическое определение. Построить фокальную плоскость. Линза. Главный фокус. Формула тонкой линзы. Плоско-вогнутая линза. Фокальная плоскость линзы. Линейный предмет. Рассеивающая линза. Точечный источник света. Двояковыпуклая линза.

«Урок Линзы» - Главная оптическая ось. Урок-презентация по физике по теме «Линза. Применение линз. Построение изображения в линзе". Самостоятельное построение по заданным рисункам. Рассеивающая линза. Постойте изображения предмета. Вогнутые линзы. Учимся строить самостоятельно по предложенным рисункам: Собирающая линза.

«Оптическая сила линзы» - Изображение: мнимое, увеличенное, прямое. Что такое линза? Виды изображений: Оптическую силу собирающей линзы условились считать положительной величиной. Рассеивающие. Виды линз. Самостоятельно постройте изображения по рисункам: Вогнутые – линзы, у которых края толще, чем середина. Изображения, даваемые линзой.

«Линза» - Если предмет находится в двойном фокусе, то изображение получится действительное, равное, обратное. Линза – оптически прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Построение в рассеивающей линзе: Построение изображения в линзе: Если предмет находится в фокусе, то изображения нет. Если предмет находится между фокусом и оптическим центром, то изображение мнимое, прямое, увеличенное.

Всего в теме 15 презентаций

Луч света, переходя из одной прозрачной среды в другую, изменяет свое направление, или, как говорят, преломляется . При этом если луч света переходит из среды, слабее преломляющей, в среду, сильнее преломляющей, то он приближается к перпендикуляру, опущенному на границу среды в точке пересечения ее лучом.

Вода преломляет свет сильнее, чем воздух; поэтому всякий предмет, находящийся в воде, кажется расположенным выше, чем он есть на самом деле. Луч АБ, выходя из воды, отклоняется от перпендикуляра ДБ. Если человек хочет попасть в рыбу, находящуюся под водой, он должен прицелиться не в рыбу, а ниже нее (рис. ниже).

При нагревании плотность воздуха изменяется, а вместе с ней изменяется и его преломляющая сила; поэтому при прицеливании из ружья с нагретым стволом стрелок замечает, как контуры мишени начинают колебаться. Потоки поднимающегося нагретого воздуха все время изменяют его плотность и преломляющую силу. Такая же картина наблюдается в жаркую погоду при стрельбе низко над землей на дальние дистанции.

На свойствах света изменять свое направление при переходе из одной среды в другую построен ряд оптических приборов, в том числе и ружейный оптический прицел .

Если стекло плоское и стороны его параллельны (рис. выше), луч света АБ, входя в стекло, преломляется и приближается к перпендикуляру ДБ. Направление луча в стекле будет БВ. Выходя из стекла, луч света отклонится от перпендикуляра на ту же величину, на какую он отклонился, входя в стекло, но в противоположную сторону и таким образом примет свое прежнее направление ВГ. Если стороны стекла не параллельны, как это бывает в призме , то луч света, входя в стекло и выходя из него, отклонится оба раза в одну и ту же сторону и изменит свое направление, приблизившись к основанию призмы (рис. ниже). И чем больше преломляющий угол призмы, тем больше отклонится проходящий через нее луч.

Линзы

В ружейных оптических прицелах употребляются обычно не призмы, а линзы . Линзою называется стекло, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Иногда одна сторона линзы делается плоской. Ход лучей в линзе легко понять, если представить себе линзу состоящей из большого числа призм (рис. ниже: слева - двояковыпуклая линза, справа - двояковогнутая ). Чем ближе к краям, тем больше преломляющий угол у призм, составляющих линзу. Вследствие этого по краям линзы лучи преломляются сильнее; чем ближе к середине, тем преломление становится слабее, и, наконец, в середине линзы, на ее оптической оси, есть такая точка, которая совсем не преломляет проходящие через нее лучи. Точка эта называется оптическим центром линзы.

Понятно также, что чем больше выпуклость линзы, тем сильнее она преломляет проходящие через нее лучи света. В зависимости от сочетания сферических поверхностей получается шесть родов линз - двояковыпуклая, плосковыпуклая, выгнутовыпуклая, двояковогнутая, плосковогнутая и выпукловогнутая (рис. ниже).

Прямая, перпендикулярная к поверхностям, ограничивающим линзу, называется ее оптической осью .

Первые три рода линз можно рассматривать так, словно они состоят из ряда призм, повернутых основанием к оптической оси. Падающие на них лучи будут сближаться, отклоняясь к оптической оси. Такие линзы называются собирательными . Края их всегда тоньше, чем середина. Остальные три рода линз можно также рассматривать так, словно они состоят из ряда призм, но повернутых основанием от оптической оси. Разумеется, падающие на эти линзы лучи будут расходиться, удаляясь от оптической оси. Такие линзы называются рассеивающими . Их края всегда толще середины.

Действие линз

Если на собирающую линзу направить пучок световых лучей, параллельных ее оптической оси, то они, преломившись у обеих поверхностей линзы, соберутся за ней в одной точке. Точка эта лежит на оптической оси и называется фокусом линзы, а расстояние от фокуса до линзы называется фокусным расстоянием.

У всякой линзы имеются два фокуса , расположенных на равном расстоянии по обе ее стороны.

Плоскость, проведенная через фокус перпендикулярно к оптической оси, называется фокусной (фокальной) плоскостью . Пучок световых лучей, выходящих из фокуса, пройдя через линзу, становится параллельным ее оптической оси. Пучок параллельных лучей света, составляющих с оптической осью небольшой угол, сходится после преломления в одной точке, лежащей в фокусной плоскости.

Мы уже знаем, что лучи, проходящие через оптический центр, не преломляются. Свойство оптического центра пропускать лучи без преломления позволяет получить изображение любой светящейся точки с помощью построения хода только двух лучей. Пусть F светящаяся точка. Луч, идущий от нее параллельно оптической оси, после преломления пройдет через фокус. Луч, идущий через оптический центр, не преломится. В месте пересечения этих двух лучей и будет находиться изображение точки (рис. ниже)

Зрительное восприятие всякого предмета возможно потому, что из всех его точек исходят световые лучи. Предмет как бы состоит из бесчисленного множества светящихся точек, каждая из которых оставляет свой след в глазу. Из совокупности точек создается образ предмета. Изображение каждой точки может быть получено так, как указано на рисунках, и тогда получится изображение всего предмета.

Построение изображения светящейся точки при помощи хода двух лучей:

• S - светящаяся точка
• S" - изображение светящейся точки
• F - фокус линзы
• O - оптический центр линзы

Влияние расположения предметов относительно линзы

В оптике различают три основных положения предмета по отношению к двояковыпуклой собирательной линзе.

Предмет АБ находится между линзой и фокусом (рис. ниже). Луч, идущий от точки А параллельно оптической оси, после преломления пройдет через фокус. Луч, идущий через оптический центр линзы, не изменит своего направления. За линзой получаются два расходящихся луча. Мнимое прямое изображение предмета

Глаз, помещенный на пути расходящихся лучей, увидит точку А в месте воображаемого пересечения лучей, т. е. в А". Точно так же может быть найдено изображение точки Б. Глаз увидит прямое и увеличенное изображение предмета. Находиться оно будет с той же стороны линзы, где и предмет. Это изображение называется мнимым, так как только воображаемое пересечение лучей дает изображение предмета. Получить его на экране нельзя.

Чем ближе к фокусу находится предмет, тем больше его изображение. На способности собирательной двояковыпуклой линзы рассеивать лучи, падающие от предметов, находящихся в пределах фокусного расстояния, основано применение увеличительного стекла, или лупы.

Если предмет АБ находится дальше фокуса , но ближе двойного фокусного расстояния (рис. ниже), то луч, идущий от точки А параллельно оптической оси, после преломления пройдет через фокус. Луч, идущий через оптический центр линзы, не изменит своего направления. За линзой получатся два сходящихся луча, пересекающихся за двойным фокусным расстоянием. Точка встречи лучей - А" даст изображение точки А. Так же может быть найдено изображение точки В. Изображение предмета получится с противоположной стороны линзы, за двойным фокусным расстоянием. Изображение это действительное - оно образовано действительно пересекающимися лучами, но обратное (так как верхняя часть предмета находится внизу) и увеличенное. Чем дальше предмет от фокуса, тем меньше его изображение.

Если предмет АБ находится за двойным фокусным расстоянием (рис. ниже), то, сделав построение так же, как и в предыдущем случае, получим действительное, обратное и уменьшенное изображение предмета. Находиться оно будете противоположной стороны линзы, между фокусным и двойным фокусным расстоянием. Причем чем дальше предмет, тем ближе к фокусной плоскости будет получаться его изображение. Если предмет находится на весьма большом удалении, то от каждой точки его на линзу будут падать лучи практически параллельные; а параллельные лучи после преломления пересекаются в фокусной плоскости. Следовательно, и все изображение предмета, удаленного на большое расстояние, получится в фокальной (фокусной) плоскости.

Таким образом, в зависимости от удаленности предмета изображение его будет получаться на разных расстояниях от линзы. Конечно, положение изображения предмета зависит не только от удаленности самого предмета, но и от выпуклости линзы. Чем больше эта выпуклость, тем сильнее преломляются проходящие через нее лучи, тем короче ее фокусное расстояние и ближе изображение предмета.

Линзы с разной кривизной

Заменяя линзы с большей или меньшей кривизной, можно от одного и того же предмета получить изображения, удаленные на разные расстояния от линзы (рис. ниже: верхняя схема - при меньшей кривизне сферы линз; нижняя схема - при большей кривизне сферы линз).