Физика. 9 класс. Барьяхтар

Этот учебник можно скачать в PDF формате на сайте тут.

§ 14. Линзы. Оптическая сила линзы

Скорее всего, вы пользовались фотоаппаратом, знакомы с биноклем, подзорной трубой, телескопом, на уроках биологии работали с микроскопом. Некоторые из вас носят очки. Все эти устройства имеют общее — их основной частью является линза. О том, какое значение имеют данные устройства в жизни человека, вы можете рассказать и сами, а вот о том, что такое линза, какие существуют виды линз и каковы их свойства, вы узнаете из этого параграфа.

1. Различаем линзы

Линза — прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями*.

* Одна из поверхностей линзы может быть плоскостью, поскольку плоскость можно рассматривать как сферу бесконечного радиуса. Линзы также бывают цилиндрическими, но встречаются такие линзы редко.

По форме линзы делят на выпуклые (рис. 14.1) и вогнутые (рис. 14.2).

Рис. 14.1. Толщина выпуклой линзы посредине больше, чем у краев: а — вид; б — разные выпуклые линзы в разрезе

Рис. 14.2. Толщина вогнутой линзы посредине меньше, чем у краев: а — вид; б — разные вогнутые линзы в разрезе

Если толщина d линзы во много раз меньше радиусов сферических поверхностей, ограничивающих линзу, такую линзу называют тонкой. Далее мы будем рассматривать только тонкие линзы. Прямую, которая проходит через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называют главной оптической осью линзы (рис. 14.3).

Рис. 14.3. Тонкая сферическая линза: О1О2 — главная оптическая ось линзы; d — толщина линзы; R1, R2 — радиусы сферических поверхностей, ограничивающих линзу; О — оптический центр линзы

Если на линзу направить пучок световых лучей, они преломятся на ее поверхностях и изменят свое направление. В то же время на главной оптической оси линзы есть точка, которую луч света проходит практически не изменяя своего направления. Эту точку называют оптическим центром линзы (см. рис. 14.3).

Направим на линзу пучок лучей, параллельных ее главной оптической оси. Если лучи, пройдя сквозь линзу, идут сходящимся пучком, такая линза — собирающая. Точка F, в которой пересекаются преломленные лучи, — действительный главный фокус линзы (рис. 14.4).

Рис. 14.4. Ход лучей после преломления в собирающей линзе. Точка F — действительный главный фокус линзы

Линза является рассеивающей, если лучи, параллельные ее главной оптической оси, пройдя сквозь линзу, идут расходящимся пучком. Точку F, в которой пересекаются продолжения преломленных лучей, называют мнимым главным фокусом линзы (рис. 14.5).

Рис. 14.5. Ход лучей после преломления в рассеивающей линзе. Точка F — мнимый главный фокус линзы

Обратите внимание: любой пучок параллельных лучей, даже если эти лучи не параллельны главной оптической оси, после преломления в собирающей линзе всегда пересекаются в одной точке (рис. 14.6) (если линза рассеивающая, в одной точке пересекаются продолжения преломленных лучей).

Рис. 14.6. Ход параллельных лучей после преломления в собирающей линзе

Если оптическая плотность материала, из которого изготовлена линза, больше оптической плотности среды (nл > nср), то выпуклая линза будет собирать лучи (будет собирающей), а вогнутая линза будет рассеивать лучи (будет рассеивающей) (см. рис. 14.4, 14.5).

Если оптическая плотность материала, из которого изготовлена линза, меньше оптической плотности среды (nл < nср), то выпуклая линза будет рассеивающей (рис. 14.7, а), а вогнутая линза — собирающей (рис. 14.7, б).

Рис. 14.7. Выпуклая (а) и вогнутая (б) воздушные линзы в воде

Собирающей или рассеивающей будет выпуклая стеклянная линза в воздухе? выпуклая воздушная линза в стекле?

2. Даём определение оптической силы линзы

Любая линза имеет два главных фокуса*, расположенных на одинаковом расстоянии от оптического центра линзы (см. рис. 14.8).

* Далее главный фокус линзы, как правило, будем называть фокусом линзы.

Расстояние от оптического центра линзы до главного фокуса называют фокусным расстоянием линзы.

Фокусное расстояние, как и фокус, обозначают символом F. Единица фокусного расстояния в СИметр:

[F] = 1 м.

Фокусное расстояние собирающей линзы договорились считать положительным, а рассеивающей — отрицательным. Очевидно, что чем сильнее преломляющие свойства линзы, тем меньше по модулю ее фокусное расстояние (рис. 14.8).

Рис. 14.8. Чем меньше радиусы R сферических поверхностей, ограничивающих линзу, тем сильнее эта линза преломляет свет, а значит, тем меньше ее фокусное расстояние F

Физическую величину, которая характеризует линзу и является обратной фокусному расстоянию линзы, называют оптической силой линзы.

Оптическую силу линзы обозначают символом D и вычисляют по формуле:

1 диоптрия — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м. Оптическая сила собирающей линзы положительна, а рассеивающей линзы — отрицательна.

Подводим итоги

Прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями, называют линзой. Линза является собирающей, если пучок параллельных лучей, падающий на нее, после преломления в линзе пересекается в одной точке (эта точка — действительный фокус линзы). Линза является рассеивающей, если параллельные лучи, падающие на нее, после преломления идут расходящимся пучком, а продолжения преломленных лучей пересекаются в одной точке (эта точка — мнимый фокус линзы).

Контрольные вопросы

1. Дайте определение линзы. 2. Какие виды линз вам известны? 3. Чем рассеивающая линза отличается от собирающей? 4. Что называют действительным фокусом линзы? 5. Почему фокус рассеивающей линзы называют мнимым? 6. Что называют фокусным расстоянием линзы? 7. Дайте определение оптической силы линзы. В каких единицах ее измеряют? 8. Оптическая сила какой линзы принята за единицу?

Упражнение № 14

1. Оптическая сила одной линзы -2 дптр, а другой +2 дптр. Чем отличаются эти линзы?

2. Фокусное расстояние одной линзы +0,5 м, а другой +1 м. Какая линза имеет большую оптическую силу?

3. Оптическая сила линзы равна -1,6 дптр. Каково фокусное расстояние этой линзы? Какая это линза — собирающая или рассеивающая?

4. Две собирающие линзы изготовлены из одного сорта стекла. Как на ощупь определить, какая линза имеет большую оптическую силу?

5. На линзу направили параллельный пучок света (рис. 1). Какая это линза — собирающая или рассеивающая? Измерьте фокусное расстояние и выясните оптическую силу линзы.

Рис. 1

6. Во льду есть полость в виде вогнутой линзы. Эта линза будет собирать или рассеивать свет? Поясните свой ответ.

7. Какие из изображенных на рис. 2 треугольников являются подобными? Определите длину отрезков S1A1 и OF, если AO = 10 см, SA = 2 см, ОА1 = 6 см.

Рис. 2

Экспериментальное задание

Предложите метод измерения фокусного расстояния и оптической силы собирающей линзы с помощью линейки. Проведите измерения.

Подсказка: лучи, идущие от удаленного предмета, параллельны.

Физика и техника в Украине

Институт физики НАНУ (Киев) — ведущее научное учреждение по решению фундаментальных проблем экспериментальной и теоретической физики. Широко известны достижения ученых института в области физики твердого тела и жидких кристаллов, оптики, физической и квантовой электроники, ядерной энергетики, нанофизики и др.

С институтом связаны имена таких выдающихся ученых, как В. П. Линник, Г. В. Пфейффер, В. Е. Лашкарев, С. И. Пекарь, М. В. Пасечник, А. И. Лейпунский, Н. Д. Моргулис, Г. Д. Латышев, А. С. Давыдов, А. Ф. Прихотько, Μ. Т. Шпак и др.

На базе структурных подразделений Института физики в составе Академии наук были созданы Институт металлофизики, Институт полупроводников, Институт теоретической физики, Институт ядерных исследований, Институт прикладной оптики НАНУ. Сегодня в Институте физики работают выдающиеся ученые, академики НАНУ А. Г. Наумовец (физическая электроника) — вице-президент НАНУ, М. С. Бродин (нелинейная оптика) — почетный директор института, Л. П. Яценко (когерентная и квантовая оптика) — директор института с 2008 г.

ГДЗ к учебнику можно найти тут.


Підтримати сайт і наші Збройні Сили можна за посиланням на Buy Me a Coffee.