3.6.6 Собирающие и рассеивающие линзы. Тонкая линза. Фокусное расстояние и оптическая сила тонкой линзы

Видеоурок 1: Собирающая линза - Физика в опытах и экспериментах




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 A0D - 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.



Для рассмотрения и изучения тонких линз были введены условные обозначения:


1. Собирающая линза








2. Рассеивающая линза







На рисунках FF - главная оптическая ось, а О - оптический центр, ОF - оптическое расстояние.


Как уже было известно ранее, оптическая сила напрямую зависит от фокусного расстояния. Считается, что при нормальном зрении человека, фокусное расстояние приблизительно равно 22 см.


При рассмотрении линз и построении изображений нами будут использоваться и другие термины - побочная ось и фокальная плоскость. На рисунке вы можете наблюдать их место расположения.








Если луч проходит через оптический центр, то он не преломляется.



Предыдущий урок
Следующий урок

  • 2.2 Характерные химические свойства и получение простых веществ - металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия; переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа)
  • 2.1.3 «Просвещенный абсолютизм». Законодательное оформление сословного строя
  • 2.1.2 Северная война. Провозглашение Российской империи
  • 1.4.6 Смута. Социальные движения в России в начале XVII в. Борьба с Речью Посполитой и со Швецией
  • 1.2.1 Возникновение государственности у восточных славян. Князья и дружина. Вечевые порядки. Принятие христианства
  • Оставить комментарий