Оптическая сила рассеивающей линзы. Линзы. Оптическая сила линзы. Оптическая сила контактных линз при пресбиопии
Главным применением законов преломления света являются линзы.
Что такое линза?
Само слово «линза» означает «чечевица».
Линзой называют прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями.
Рассмотрим, как работает линза на принципе преломления света.
Рис. 1. Двояковыпуклая линза
Линза может быть разбита на несколько отдельных частей, каждая из которых представляет собой стеклянную призму. Верхнюю часть линзы представим в виде трехгранной призмы: падая на нее, свет преломляется и смещается в сторону основания. Все следующие части линзы представим как трапеции, в которых луч света проходит внутрь и снова выходит, смещаясь в направлении (рис. 1).
Виды линз (рис. 2)
Рис. 2. Виды линз
Собирающие линзы
1 - двояковыпуклая линза
2 - плоско-выпуклая линза
3 - выпукло-вогнутая линза
Рассеивающие линзы
4 - двояковогнутая линза
5 - плоско-вогнутая линза
6 - выпукло-вогнутая линза
Обозначение линз
Тонкая линза - это линза, толщина которой много меньше радиусов, ограничивающих ее поверхность (рис. 3).
Рис. 3. Тонкая линза
Видим, что радиус одной сферической поверхности и другой сферической поверхности больше, чем толщина линзы α.
Линза преломляет свет определенным образом. Если линза собирающая, то лучи собираются в одной точке. Если линза рассеивающая, то лучи рассеиваются.
Для обозначения различных линз введен специальный рисунок (рис. 4).
Рис. 4. Схематическое изображение линз
1 - схематическое изображение собирающей линзы
2 - схематичное изображение рассеивающей линзы
Точки и линии линзы:
1. Оптический центр линзы
2. Главная оптическая ось линзы (рис. 5)
3. Фокус линзы
4. Оптическая сила линзы
Рис. 5. Главная оптическая ось и оптический центр линзы
Главная оптическая ось - воображаемая линия, которая проходит через центр линзы и перпендикулярна плоскости линзы. Точка О является оптическим центром линзы. Все лучи, проходящие через эту точку, не преломляются.
Другая важная точка линзы - фокус (рис. 6). Он располагается на главной оптической оси линзы. В точке фокуса пересекаются все лучи, которые падают на линзу параллельно главной оптической оси.
Рис. 6. Фокус линзы
У каждой линзы два фокуса. Мы будем рассматривать равнофокусную линзу, то есть когда фокусы стоят от линзы на одинаковом расстоянии.
Расстояние между центром линзы и фокусом называется фокусным расстоянием (отрезок на рисунке). Второй фокус расположен с обратной стороны линзы.
Следующая характеристика линзы - это оптическая сила линзы.
Оптическая сила линзы (обозначается ) - это способность линзы преломлять лучи. Оптическая сила линзы - обратное значение фокусного расстояния:
Фокусное расстояние измеряется в единицах длины.
За единицу оптической силы выбрана такая единица измерения, при которой фокусное расстояние равно одному метру. Такая единица оптической силы называется диоптрия.
У собирающих линз впереди оптической силы ставится знак «+», а если линза рассеивающая, то перед оптической силой ставится знак «-».
Единица диоптрия записывается следующим образом:
Для каждой линзы существует еще одно важное понятие. Это мнимый фокус и действительный фокус.
Действительный фокус - это такой фокус, который образован лучами, преломившимися в линзе.
Мнимый фокус - это фокус, который образуется продолжениями лучей, прошедших через линзу (рис. 7).
Мнимый фокус, как правило, у рассеивающей линзы.
Рис. 7. Мнимый фокус линзы
Вывод
На данном уроке вы узнали, что такое линза, какие бывают линзы. Познакомились с определением тонкой линзы и главными характеристиками линз и узнали, что такое мнимый фокус, действительный фокус, и в чем их различие.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. /Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Tak-to-ent.net ().
- Tepka.ru ().
- Megaresheba.ru ().
Домашнее задание
- Задание 1. Определите оптическую силу собирающей линзы с фокусным расстоянием 2 метра.
- Задание 2. Каково фокусное расстояние линзы, оптическая сила которой равна 5 диоптрий?
- Задание 3. Может ли двояковыпуклая линза иметь отрицательную оптическую силу?
Видеоурок 2:
Рассеивающая линза - Физика в опытах и экспериментах
Лекция: Собирающие и рассеивающие линзы. Тонкая линза. Фокусное расстояние и оптическая сила тонкой линзы
Линза. Виды линз
Как известно, все физические явления и процессы используются при проектировании техники и иного оборудования. Преломление света не является исключением. Данное явление получило применение при изготовлении камер, биноклей, а также человеческий глаз также является неким оптическим прибором, способным изменять ход лучей. Для этого используется линза.
Линза - это прозрачное тело, которое ограничено с двух сторон сферами.
В школьном курсе физики рассматриваются линзы, выполненные из стекла. Однако, могут использоваться и другие материалы.
Существует несколько основных видов линз, выполняющих определенные функции.
Двояковыпуклая линза
Если линзы выполнены из двух выпуклых полусфер, то они называются двояковыпуклыми. Давайте рассмотрим, как ведут себя лучи при прохождении через такую линзу.
На рисунке A 0 D - это основная оптическая ось. Это луч, что проходит через центр линзы. Относительно данной оси линза симметрична. Все остальные лучи, что проходят через центр, называются побочными осями, относительно их симметрия не наблюдается.
Рассмотрим падающий луч АВ , который из-за перехода в другую среду преломляется. После того, как преломленный луч касается второй стенки сферы, он преломляется еще раз до пересечения с главной оптической осью.
Отсюда можно сделать вывод, что если некоторый луч шел параллельно главной оптической оси, то после прохождения через линзу он пересечет главную оптическую ось.
Все лучи, которые находятся неподалеку от оси, пересекаются в одной точке, создавая пучок. Те лучи, что далеки от оси, пересекаются в месте, находящемся ближе к линзе.
Явление, при котором лучи собираются в одной точке, называется фокусировкой , а точка фокусировки - это фокус .
Фокус (фокусное расстояние) обозначается на рисунке буквой F .
Линза, в которой лучи собираются в одной точке за ней, называется собирающей. То есть двояковыпуклая линза является собирающей .
Любая линза имеет два фокуса - они находятся перед линзой и за ней.
Двояковогнутая линза
Линза, выполненная из двух вогнутых полусфер, называется двояковогнутой .
Как видно из рисунка, лучи, попавшие на такую линзу, преломляются, и на выходе не пересекают ось, а наоборот, стремятся от нее.
Отсюда можно сделать вывод, что такая линза рассеивает, и поэтому называется рассеивающей .
Если лучи, что рассеялись, продолжить перед линзой, то они соберутся в одной точке, которая называется мнимым фокусом .
Собирающие и рассеивающие линзы могут принимать и другие виды, что указаны на рисунках.
1 - двояковыпуклая;
2 - плосковыпуклая;
3 - вогнуто-выпуклая;
4 - двояковогнутая;
5 - плосковогнутая;
6 - выпукло-вогнутая.
В зависимости от толщины линзы, она может либо сильнее, либо слабее преломлять лучи. Чтобы определить, насколько сильно преломляет линза, ввели величину, которая называется оптической силой .
D - оптическая сила линзы (или системы линз);
F - фокусное расстояние линзы (или системы линз).
[D] = 1 дптр . Единицей оптической силы линзы является диоптрия (м -1).
Тонкая линза
При изучении линз мы будем пользоваться понятием тонкой линзы.
Итак, рассмотрим рисунок, на котором изображена тонкая линза. Так вот тонкой линзой называется та, у которой толщина достаточно мала. Однако, для физических законов недопустима неопределенность, поэтому термин "достаточно" использовать рискованно. Считается, что линзу можно назвать тонкой в том случае, когда толщина меньше, чем радиусы двух сферических поверхностей.
Разработки уроков (конспекты уроков)
Линия УМК А. В. Перышкина. Физика (7-9)
Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.
Цели урока:
- выяснить что такое линза, провести их классификацию, ввести понятия: фокус, фокусное расстояние, оптическая сила, линейное увеличение;
- продолжить развитие умений решать задачи по теме.
Ход урока
Пою перед тобой в восторге похвалу
Не камням дорогим, ни злату, но СТЕКЛУ.М.В. Ломоносов
В рамках данной темы вспомним, что такое линза; рассмотрим общие принципы построения изображений в тонкой линзе, а также выведем формулу для тонкой линзы.
Ранее познакомились с преломлением света, а также вывели закон преломления света.
Проверка домашнего задания
1) опрос § 65
2) фронтальный опрос (см. презентацию)
1.На каком из рисунков правильно показан ход луча, проходящего через стеклянную пластину, находящуюся в воздухе?
2. На каком из приведённых ниже рисунков правильно построено изображение в вертикально расположенном плоском зеркале?
3.Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1–4 соответствует преломленному лучу?
4. Котёнок бежит к плоскому зеркалу со скоростью V = 0,3 м/с. Само зеркало движется в сторону от котёнка со скоростью u = 0,05 м/с. С какой скоростью котёнок приближается к своему изображению в зеркале?
Изучение нового материала
Вообще, слово линза - это слово латинское, которое переводится как чечевица. Чечевица - это растение, плоды которого очень похожи на горох, но горошины не круглые, а имеют вид пузатых лепешек. Поэтому все круглые стекла, имеющие такую форму, и стали называть линзами.
Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 год до нашей эры), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь. А возраст самой древней из обнаруженных линз более 3000 лет. Это так называемая линза Нимруда . Она была найдена при раскопках одной из древних столиц Ассирии в Нимруде Остином Генри Лэйардом в 1853 году. Линза имеет форму близкую к овалу, грубо шлифована, одна из сторон выпуклая, а другая плоская. В настоящее время она храниться в британском музее - главном историко-археологическом музее Великобритании.
Линза Нимруда
Итак, в современном понимании, линзы - это прозрачные тела, ограниченные двумя сферическими поверхностями. (записать в тетрадь) Чаще всего используются сферические линзы, у которых ограничивающими поверхностями выступают сферы или сфера и плоскость. В зависимости от взаимного размещения сферических поверхностей или сферы и плоскости, различают выпуклые и вогнутые линзы . (Дети рассматривают линзы из набора «Оптика»)
В свою очередь выпуклые линзы делятся на три вида - плоско выпуклые, двояковыпуклые и вогнуто-выпуклая; а вогнутые линзы подразделяются на плосковогнутые, двояковогнутые и выпукло-вогнутые.
(записать)
Любую выпуклую линзы можно представить в виде совокупностей плоскопараллельной стеклянной пластинки в центре линзы и усеченных призм, расширяющихся к середине линзы, а вогнутую - как совокупностей плоскопараллельной стеклянной пластинки в центре линзы и усеченных призм, расширяющихся к краям.
Известно, что если призма будет сделана из материала, оптически более плотного, чем окружающая среда, то она будет отклонять луч к своему основанию. Поэтому параллельный пучок света после преломления в выпуклой линзе станет сходящимся (такие называются собирающими ), а в вогнутой линзе наоборот, параллельный пучок света после преломления станет расходящимся (поэтому такие линзы называются рассеивающими ).
Для простоты и удобства, будем рассматривать линзы, толщина которых пренебрежимо мала, по сравнению с радиусами сферических поверхностей. Такие линзы называют тонкими линзами . И в дальнейшем, когда будем говорить о линзе, всегда будем понимать именно тонкую линзу.
Для условного обозначения тонких линз применяют следующий прием: если линза собирающая , то ее обозначают прямой со стрелочками на концах, направленными от центра линзы, а если линза рассеивающая , то стрелочки направлены к центру линзы.
Условное обозначение собирающей линзы
Условное обозначение рассеивающей линзы
(записать)
Оптический центр линзы - это точка, пройдя через которую лучи не испытывают преломления.
Любая прямая, проходящая через оптический центр линзы, называется оптической осью.
Оптическую же ось, которая проходит через центры сферических поверхностей, которые ограничивают линзу, называют главной оптической осью.
Точка, в которой пересекаются лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси (или их продолжения), называется главным фокусом линзы . Следует помнить, что у любой линзы существует два главных фокуса - передний и задний, т.к. она преломляет свет, падающий на нее с двух сторон. И оба этих фокуса расположены симметрично относительно оптического центра линзы.
Собирающая линза
(зарисовать)
Рассеивающая линза
(зарисовать)
Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса, называется фокусным расстоянием .
Фокальная плоскость
- это плоскость, перпендикулярная главной оптической оси линзы, проходящая через ее главный фокус.
Величину, равную обратному фокусному расстоянию линзы, выраженному в метрах, называют оптической силой линзы.
Она обозначается большой латинской буквой D
и измеряется в диоптриях
(сокращенно дптр).
(Записать)
Впервые, полученную нами формулу тонкой линзы, вывел Иоганн Кеплер в 1604 году. Он изучал преломления света при малых углах падения в линзах различной конфигурации.
Линейное увеличение линзы - это отношение линейного размера изображения к линейному размеру предмета. Обозначается оно большой греческой буквой G.
Решение задач (у доски) :
- Стр 165 упр 33 (1,2)
- Свеча находится на расстоянии 8 см от собирающей линзы, оптическая сила которой равна 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?
- На каком расстоянии от линзы с фокусным расстоянием 12см надо поместить предмет, чтобы его действительное изображение было втрое больше самого предмета?
Дома: §§ 66 №№1584, 1612-1615 (сборник Лукашика)
(вогнутые или рассеивающие). Ход лучей в этих видах линз различен, но свет всегда преломляется , однако, чтобы рассмотреть их устройство и принцип действия, надо ознакомиться с одинаковыми для обоих видов понятиями.
Если дорисовать сферические поверхности двух сторон линзы до полных сфер, то прямая, проходящая сквозь центры этих сфер, будет являться оптической осью линзы. Фактически, оптическая ось проходит сквозь самое широкое место выпуклой линзы и самое узкое у вогнутой.
Оптическая ось, фокус линзы, фокусное расстояние
На этой оси находится точка, где собираются все лучи, прошедшие через собирающую линзу. В случае же рассеивающей линзы можно провести продолжения расходящихся лучей, и тогда мы получим точку, также расположенную на оптической оси, где сходятся все эти продолжения. Эта точка называется фокусом линзы.
У собирающей линзы фокус действительный, и расположен он с обратной стороны от падающих лучей, у рассеивающей фокус мнимый, и располагается он с той же стороны, с которой свет падает на линзу.
Точка на оптической оси ровно посередине линзы называется ее оптическим центром. А расстояние от оптического центра до фокуса линзы – это фокусное расстояние линзы.
Фокусное расстояние зависит от степени кривизны сферических поверхностей линзы. Более выпуклые поверхности будут сильнее преломлять лучи и, соответственно, уменьшать фокусное расстояние. Если фокусное расстояние короче, то данная линза будет давать большее увеличение изображения.
Оптическая сила линзы: формула, единица измерения
Для характеристики увеличивающей способности линзы ввели понятие «оптическая сила». Оптическая силы линзы – это величина, обратная ее фокусному расстоянию. Оптическая сила линзы выражается формулой:
где D – оптическая сила, F – фокусное расстояние линзы.
Единицей измерения оптической силы линзы является диоптрия (1 дптр). 1 диоптрия – это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой равно 1 метру. Чем меньше фокусное расстояние, тем большей будет оптическая сила, то есть тем сильнее данная линза увеличивает изображение.
Так как фокус у рассеивающей линзы мнимый, то условились считать ее фокусное расстояние величиной отрицательной. Соответственно, и ее оптическая сила - тоже отрицательная величина. Что касается собирающей линзы, то ее фокус действительный, поэтому и фокусное расстояние и оптическая сила у собирающей линзы – величины положительные.
Преломление света широко используется в различных оптических приборах: фотоаппаратах, биноклях, телескопах, микроскопах. Непременной и самой существенной деталью таких приборов является линза. А оптическая сила линзы - одна из основных величин, характеризующая любой
Оптическая линза или оптическое стекло - это проницаемое для света стеклянное тело, которое ограничено с обеих сторон сферическими или иными кривыми поверхностями (одна из двух поверхностей может быть плоской).
По форме ограничивающих поверхностей они могут быть сферическими, цилиндрическими и другими. Линзы, которые имеют середину толще, чем края, называются выпуклыми; с краями толще середины - вогнутыми.
Если пустить параллельный пучок лучей света на а за ней поместить экран, то, перемещая его относительно линзы, мы получим на нем небольшое светлое пятно. Это она, преломляя падающие на нее лучи, собирает их. Поэтому ее называют собирающей. Вогнутая же линза, преломляющая свет, рассеивает его в стороны. Ее называют рассеивающей.
Центр линзы называют ее оптическим центром. Любая прямая, которая проходит через него, получила называние оптической оси. А ось, пересекающая центральные точки сферических преломляющихся поверхностей, получила название главной (основной) оптической оси линзы, другие - побочных осей.
Если направить на осевой луч, параллельный ее оси, то, пройдя ее, пересечет ось на определенном расстоянии от нее. Это расстояние называют фокусным, а сама точка пересечения - ее фокусом. Все линзы имеют по два фокуса, которые находятся с двух сторон. Основываясь на можно теоретически доказать, что все осевые лучи, или лучи, идущие поблизости от основной оптической оси, падающие на тонкую собирательную линзу параллельно ее оси, сходятся в фокусе. Опыт подтверждает это теоретическое доказательство.
Пустив пучок осевых лучей параллельно основной оптической оси на тонкую двоякоугольную линзу, мы обнаружим, что из нее эти лучи выйдут пучком, который расходится. В случае попадания такого расходящегося пучка в наш глаз, нам покажется, что лучи выходят из одной точки. Эта точка получила называние мнимого фокуса. Плоскость, которая проведена перпендикулярно по отношению к основной оптической оси через фокус линзы, получила название фокальной плоскости. Фокальных плоскостей у линзы две, и находятся они по обе стороны от нее. Когда на линзу направлен пучок лучей, которые параллельны любой из побочных оптических осей, этот пучок, после того как произойдет его преломление, сходится на соответствующей оси в месте ее пересечения с фокальной плоскостью.
Оптическая сила линзы - это такая величина, которая обратна ее фокусному расстоянию. Определяем ее с помощью формулы:
1/F=D.
Единица измерения этой силы получила название диоптрия.
1 диоптрия - это оптическая сила линзы, имеющей в 1 м.
У выпуклых линз эта сила положительна, а у вогнутых - отрицательна.
Например: Чему будет равняться оптическая сила очковой выпуклой линзы, если F = 50 см - ее фокусное расстояние?
D = 1/F; по условию: F = 0,5 м; отсюда: D = 1/0,5 = 2 диоптриям.
Величина фокусного расстояния, а, следовательно, и оптическая сила линзы определяются вещества, из которого состоит линза, и радиусом ограничивающих ее сферических поверхностей.
Теория дает формулу, по которой можно ее рассчитать:
D = 1/F = (n - 1)(1/R1 + 1/R2).
В данной формуле n - преломление вещества линзы, R1, 2 - радиусы кривизны поверхности. Радиусы выпуклых поверхностей считают положительными, а вогнутых - отрицательными.
Характер получаемого от линзы изображения предмета, т. е. его величина и положение, зависит от расположения предмета по отношению к линзе. Местонахождение предмета и его величина могут быть найдены с помощью формулы линзы:
1/F = 1/d + 1/f.
Для определения линейного увеличения линзы пользуемся формулой:
k = f/d.
Оптическая сила линзы - понятие, которое требует подробнейшего изучения.