Перейти к содержанию

Решение задач по теме «Преломление света. Линзы»

Практикум по качественным задачам на преломление, оптической силе и построению изображений с обязательной самопроверкой решения.

Открыт · Презентация · Методичка

Конспект урока

В решении записано:

F=25 см,D=1F=125=0,04 дптр.F=25\ \text{см}, \qquad D=\frac{1}{F}=\frac{1}{25}=0{,}04\ \text{дптр}.

Формула выглядит знакомой, вычисление выполнено без ошибки — но ответ неверен. Сможешь найти причину до того, как увидишь разбор?

Маршрут решения

Для каждой задачи используй шесть шагов:

  1. сделай рисунок или схему;
  2. выпиши данные;
  3. переведи величины в СИ;
  4. выбери правило;
  5. получи результат с единицей;
  6. проверь знак, порядок величины и согласование с рисунком.

Для оптической силы критический шаг — перевод фокусного расстояния в метры:

D=1F,D=\frac{1}{F},

где FF выражают в метрах, а DD — в обратных метрах, или диоптриях.

Вернёмся к начальной ошибке:

F=25 см=0,25 м,F=25\ \text{см}=0{,}25\ \text{м}, D=10,25 м=4 м1=4 дптр.D=\frac{1}{0{,}25\ \text{м}}=4\ \text{м}^{-1}=4\ \text{дптр}.

Проверка смысла: короткое фокусное расстояние означает сравнительно большую оптическую силу, поэтому 44 дптр правдоподобнее, чем 0,040{,}04 дптр.

Задача 1. От диоптрий к линзе

Дано D=2,5D=-2{,}5 дптр. Найди фокусное расстояние, назови тип линзы и проверь знак.

Сначала реши самостоятельно. Для обратного перехода вырази FF:

F=1D.F=\frac{1}{D}.

Не трактуй отрицательный знак как оценку качества: его физический смысл сформулируй в ответе.

Собирающая и рассеивающая линзы на учебном столе

Оригинальная постановочная иллюстрация MediaSchool. Тип линзы определяют по форме и знаку оптической силы, а не по качеству изображения на фотографии.

Задача 2. Куда повернёт луч

Луч идёт из воздуха в стекло под углом к нормали. Сделай рисунок и выбери: после перехода он отклонится к нормали или от неё?

Важно:

  • сначала проведи границу сред;
  • в точке падения построй нормаль — перпендикуляр к границе;
  • сравнивай направление луча именно с нормалью;
  • затем предскажи обратный ход из стекла в воздух.

Карандаш в стакане с водой как наблюдение преломления

Кажущийся излом карандаша в воде — наблюдаемое следствие преломления. В задаче рассматривается стекло, но для перехода из воздуха в более оптически плотную прозрачную среду действует то же качественное правило. Фотография не заменяет лучевую схему с нормалью.

Задача 3. Построй изображение

Перед собирающей линзой предмет расположен дальше двойного фокусного расстояния 2F2F. Построй изображение двумя главными лучами:

  1. луч из вершины предмета, параллельный главной оптической оси, после линзы направь через фокус;
  2. луч через оптический центр тонкой линзы проведи без отклонения в принятой модели;
  3. точка пересечения лучей задаёт вершину изображения.

Исходная схема для самостоятельного построения изображения

Не заменяй построение заученной фразой: характер изображения должен следовать из двух проведённых лучей.

Проверка построения экраном

Действительное изображение можно получить на экране. До опыта сделай прогноз: если предмет приблизить к собирающей линзе, но оставить за фокусом, куда придётся переместить экран, чтобы снова получить резкое изображение?

Оптическая скамья с линзой и действительным изображением на экране

Оригинальная иллюстрация MediaSchool показывает учебную установку. Реальный опыт выполняет учитель на устойчивом оборудовании.

Безопасность. Не используй лазер и не направляй свет в глаза. Не смотри на Солнце через линзу и не фокусируй солнечный свет. Стеклянную линзу бери за оправу; повреждённые детали не используй.

Смешанная задача

Для школьного проектора выбрали собирающую линзу с D=+5D=+5 дптр.

  1. Найди FF в метрах и сантиметрах.
  2. Объясни знак DD.
  3. Назови два луча для построения действительного изображения.
  4. Запиши одну проверку правдоподобности результата.

Сначала выполни все четыре пункта, а затем переходи к ответам внизу страницы.

Частые ошибки

ОшибкаКак исправить
В формулу подставлены сантиметрыДо вычисления перевести FF в метры.
Угол отмечен от поверхностиПровести нормаль и отсчитывать угол от неё.
Изображение построено одним лучомИспользовать минимум два главных луча.
Записано только числоДобавить единицу, знак и проверку физического смысла.
Знак DD принят за оценку качестваСвязать знак с собирающим или рассеивающим действием линзы.

Проверь себя

Сначала ответь на все вопросы, затем сверяйся с ключом.

  1. Почему в формулу D=1/FD=1/F нельзя подставить 2525 см как число 2525?
  2. Чему равно FF при D=2,5D=-2{,}5 дптр и какую линзу задаёт знак?
  3. Куда отклоняется луч при переходе из воздуха в стекло относительно нормали?
  4. Назови два главных луча для построения изображения в собирающей линзе.
  5. Линза имеет D=+5D=+5 дптр. Найди FF в метрах и сантиметрах.
  6. Назови две независимые проверки хорошего оптического решения.
  7. Если предмет приблизить к собирающей линзе, но оставить за фокусом, куда нужно двигать экран для нового резкого действительного изображения?

Ответы

  1. В определении диоптрии используется обратный метр, поэтому FF нужно выразить в метрах: 2525 см =0,25=0{,}25 м.
  2. F=1/D=0,4F=1/D=-0{,}4 м. Отрицательные FF и DD соответствуют рассеивающей линзе; F=40|F|=40 см согласуется с D=2,5|D|=2{,}5 дптр.
  3. К нормали. При обратном переходе из стекла в воздух — от нормали.
  4. Параллельный оси луч после линзы идёт через фокус; луч через оптический центр не отклоняется в модели тонкой линзы.

Эталон построения изображения предмета, расположенного дальше двойного фокуса

Для показанного положения изображение действительное, перевёрнутое, уменьшенное и находится между FF и 2F2F по другую сторону линзы.

  1. F=1/5F=1/5 м =0,20=0{,}20 м =20=20 см. Положительный знак соответствует собирающей линзе.
  2. Например: проверить единицу и порядок величины; проверить знак и тип линзы; сверить результат с ходом двух построенных лучей.
  3. Экран нужно отодвинуть дальше от линзы: при приближении предмета, остающегося за фокусом, действительное изображение удаляется от линзы.

Домашнее задание без телефона

Составь одну задачу по теме с одной намеренной ошибкой и напиши ключ её обнаружения. Достаточно бумаги, линейки и карандаша. Не проводи дома опытов с Солнцем, лазером или разобранными оптическими приборами.

Короткий итог

  • Фокусное расстояние переводят в метры до вычисления оптической силы.
  • Направление преломлённого луча сравнивают с нормалью.
  • Изображение строят минимум двумя главными лучами.
  • Завершённый ответ содержит единицу, знак и проверку физического смысла.

Материалы урока

Скачать и открыть

Учителю

2 материала

Презентация · для учителей

Презентация «Решение задач по теме „Преломление света. Линзы“»

Практикум: качественные задачи на преломление, расчёты оптической силы, построение изображения двумя главными лучами и обязательная самопроверка решения.

Скачать PPTX

Методичка · для учителей

Поурочное планирование и рабочий лист (РБ)

Практикум по теме «Преломление света. Линзы»: расчёт оптической силы, качественные задачи, построение изображения, самопроверка, рабочий лист и ключи.

Скачать DOCX

Поурочное планирование и рабочий лист (РБ)

DOCX

Комментарии

Войдите, чтобы оставлять комментарии.

Пока нет комментариев. Будьте первым!