Очки, лупа, микроскоп и фотоаппарат выглядят по-разному, но управляют светом с помощью одной общей детали — линзы. Как по ходу лучей определить действие линзы и что означает надпись «+2 дптр» или «−2 дптр»?

Оригинальная иллюстрация MediaSchool. Она показывает области применения линз, а не доказывает их свойства.
Сначала предскажи
До объяснения запиши ответы.
- Где окажутся три параллельных луча после выпуклой линзы: сблизятся, останутся параллельными или разойдутся?
- У какой линзы оптическая сила больше: с F=20 см или с F=50 см?
- Можно ли получить на экране фокус рассеивающей линзы?
Что называют тонкой линзой
Линза — прозрачное тело, ограниченное криволинейными поверхностями или криволинейной и плоской поверхностями.
В школьных моделях рассматривают тонкую линзу: её толщиной можно пренебречь по сравнению с радиусами кривизны поверхностей. Точка O, через которую луч в этой модели проходит без изменения направления, называется оптическим центром. Прямая через оптический центр и центры кривизны поверхностей — главная оптическая ось.
Модель тонкой линзы упрощает реальную линзу. Она помогает строить ход лучей, но не является фотографией того, что происходит внутри стекла.
Собирающая и рассеивающая линзы

Оригинальная схема MediaSchool. Рассматриваются обычные стеклянные или полимерные линзы в воздухе.
- Собирающая линза превращает параллельный пучок в сходящийся.
- Рассеивающая линза превращает параллельный пучок в расходящийся.
По одной только выпуклости нельзя формулировать правило для любых веществ и сред. В этом уроке линза находится в воздухе и изготовлена из оптически более плотного прозрачного материала.
Фокус и фокусное расстояние

Оригинальная лучевая модель MediaSchool. Штриховые линии — обратные продолжения реальных лучей.
Точка F, в которой после собирающей линзы пересекаются лучи, падавшие параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом. Это действительный фокус: световые лучи действительно проходят через него.
После рассеивающей линзы лучи расходятся. Их обратные продолжения пересекаются перед линзой, поэтому главный фокус рассеивающей линзы — мнимый. Его нельзя поймать на экране.
У каждой тонкой линзы два главных фокуса — по одному с каждой стороны. Расстояние от оптического центра O до главного фокуса F называется фокусным расстоянием и обозначается F. Единица СИ — метр.
Как приближённо измерить F

Оригинальная сгенерированная постановка опыта. Измерительный результат получают только на реальной установке.
Кабинетный опыт проводит учитель. Собирающую линзу направляют на далёкий яркий объект, а за линзой перемещают матовый экран до резкого изображения. Для достаточно далёкого объекта расстояние от оптического центра линзы до экрана приближённо равно F.

Оригинальная схема MediaSchool. Отрезок F измеряют от оптического центра линзы.
Безопасность: не использовать лазер; свет и зеркальные блики не направлять в глаза; линзу держать в оправе; сколотое стекло не брать; собирающую линзу не оставлять на прямом солнечном свету. Это короткое учебное измерение готовит к фронтальной лабораторной работе № 7, но не заменяет её.
Оптическая сила линзы
Чем меньше ∣F∣, тем больше ∣D∣ и тем сильнее линза изменяет ход лучей. Это характеризует оптическая сила D:
D=F1.
В формулу фокусное расстояние подставляют в метрах. Единица оптической силы — диоптрия:
1 дптр=1 м−1.
Для собирающей линзы принимают F>0 и D>0, для рассеивающей — F<0 и D<0.

Оригинальная схема MediaSchool в общей условной шкале: для двух собирающих линз меньшему F соответствует большее D.
Пример расчёта
Фокусное расстояние собирающей линзы F=20 см. Найди оптическую силу.
1. Дано и СИ
F=20 см=0,20 м.
2. Формула и вычисление
D=F1=0,20 м1=5 дптр.
3. Проверка
Единица 1/м соответствует диоптрии. Положительный знак согласуется с собирающей линзой. Значение правдоподобно: фокусное расстояние меньше метра, поэтому D>1 дптр.
Частые ошибки
| Ошибка | Как исправить |
|---|
| Подставить сантиметры в D=1/F | Сначала перевести F в метры. |
| «Большое F означает сильную линзу» | ∣D∣ обратно пропорционален ∣F∣: меньше ∣F∣ — больше ∣D∣. |
| Искать действительный фокус рассеивающей линзы на экране | Действительные лучи расходятся; пересекаются только их продолжения. |
| Считать любую выпуклую линзу собирающей при любых условиях | Назвать школьную границу модели: обычный материал линзы в воздухе. |
| Путать F как точку и F как расстояние | На схеме точка — фокус, в формуле F — фокусное расстояние. |
Проверь себя
Сначала реши все задания, затем сверяйся с ответами.
- Дополни фразу: параллельные главной оптической оси лучи после собирающей линзы …
- Почему фокус рассеивающей линзы называют мнимым?
- Найди D собирающей линзы с F=50 см.
- Найди фокусное расстояние линзы с D=−4 дптр и укажи её тип.
- Какая из двух собирающих линз сильнее: D1=2 дптр или D2=5 дптр? Сравни их фокусные расстояния.
- Ученик получил на экране резкое изображение далёкого окна на расстоянии 18 см от линзы. Оцени F и D.
Домашнее исследование без телефона
Найди дома два безопасных предмета, в которых есть линзы, не разбирая их. Составь таблицу «предмет — предполагаемая роль линзы — собирающая или рассеивающая (если можно определить без риска) — доказательство». Не направляй линзы на Солнце и не используй лазер. Затем реши: F=25 см; найди D.
Ответы
- …сходятся в действительном главном фокусе.
- После линзы реальные лучи расходятся; перед линзой пересекаются только их обратные продолжения.
- F=50 см =0,50 м; D=1/0,50=2 дптр.
- F=1/D=1/(−4)=−0,25 м; линза рассеивающая.
- Сильнее вторая: 5>2 дптр. F1=0,50 м, F2=0,20 м, поэтому у более сильной линзы фокусное расстояние меньше.
- F≈18 см =0,18 м; D≈1/0,18≈5,6 дптр. Это приближённая оценка, потому что объект не бесконечно далёк.
Короткий итог
- Тонкая линза — физическая модель реальной линзы.
- Собирающая линза даёт действительный фокус, рассеивающая — мнимый.
- Фокусное расстояние F измеряют в метрах.
- Оптическая сила D=1/F измеряется в диоптриях.
- Меньшему ∣F∣ соответствует большее ∣D∣; знак показывает тип линзы.
- Построение изображений в тонких линзах будет следующим шагом.
Комментарии
Войдите, чтобы оставлять комментарии.
Пока нет комментариев. Будьте первым!