Збирає лінза. Види лінз і їх застосування

цілі:

• Розглянути особенностілінз і їх практичне застосування, використовуючи
• наочне, демонстраційне та лабораторне обладнання.
• Розвивати навчально-пізнавальну активність учнів через зміну форм роботи.
• На прикладах історичних винаходів оптичних приладів, їх життєвому значенням виховувати допитливість і інтерес до предмету.

устаткування:

• ТСО: презентація на тему ( Додаток 1 )
• Оптичні прилади (мікроскоп, фотоапарат, лупа і ін.), Модель ока.
• Лабораторне обладнання (лінзи, лампи розжарювання, джерела струму, екрани)

ХІД УРОКУ

1. Перевірка домашнього завдання

Відповісти на питання:

а) Яке явище називається заломленням?

б) У чому полягає закон заломлення світла?

в) Який фізичний зміст показника заломлення?

Правильні відповіді:

а) На кордоні двох середовищ світло змінює напрям свого поширення. Якщо друга середовище прозоре, то світло частково може пройти через кордон середовищ, змінюючи напрямок поширення. Це явище називається заломленням.

б) Падаючий промінь, переломлених промінь і нормаль до межі розділу двох середовищ у точці падіння лежать в одній площині. Ставлення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для цих двох середовищ, що дорівнює відносному показнику заломлення другого середовища відносно першого.

в) Показник заломлення дорівнює відношенню швидкостей світла в середовищах, на кордоні між якими відбувається заломлення:

2. Актуалізація знань

Не всі тіла ми можемо детально розглянути, наближаючи їх до ока. Є предмети, які ми навіть не можемо наблизити (наприклад, небесні тіла) або вони настільки малі, що неможливо їх побачити. У таких випадках використовуються оптичні системи. Основний їх частиною є лінза.

3.Об'ясненіе матеріалу

визначення:

Прозоре тіло, обмежене сферичними поверхнями, називають лінзою.
Лінза може бути обмежена двома опуклими поверхнями (двоопуклої лінзи), опуклою сферичною поверхнею і площиною (плосковипуклая), опуклою і увігнутою сферичними поверхнями (увігнуто-опукла лінза). Ці лінзи посередині товщі, ніж у країв, і всі вони називаються опуклими, Вони є які збирають. Лінзи, які посередині тонше, ніж у країв називаються увігнутими. Відповідно: Двояковогнутая, плосковогнутим, опукло-увігнута, вони є розсіюючими.

Якщо товщина лінзи дуже мала в порівнянні з радіусами сферичних поверхонь лінзи і відстанню від предмета до лінзи, то такі лінзи називають тонкими.

Основні точки і лінії дл побудови зображення в лінзі:

Вершини сферичних сегментів розташовані в тонкій лінзі настільки близько один від одного, що їх можна прийняти за одну точку, яку називають оптичним центром лінзи.Пряма, що проходить через центри сферичних поверхонь, які обмежують лінзу, називають головною оптичною віссю. Будь-яку іншу пряму, що проходить черезоптіческій центр, називають побічної оптичної віссю. Точка, в якій перетинаються після заломлення в збирає лінзі промені, які падають на неї паралельно головній оптичній осі, називають головним фокусом лінзи.У лінзи дваглавних фокуса. Вони розташовуються по обидва боки лінзи на однакових відстанях від неї. Ці відстані називають фокусною відстанню лінзи.

характеристики лінз

Фокусна відстань лінзиобозначаютбуквой F.Величину, обратнуюфокусному віддалі називають   оптичної силою лінзиі позначають буквою D:

D = 1 \\ F.

Якщо D\u003e 0, лінза збирає,
  якщо D< 0, линза рассеивающая.
  Оптичну силу лінз висловлюють в діотріях   (Дптр). Оптичної силою в 1 дптр має лінза з фокусною відстанню 1 м.

Застосування лінз. оптичні прилади

Довідковий матеріал з історії винаходів.

Мікроскоп: В кінці 16 століття перший мікроскоп винайшов голландець Ханс Янсен

У 1665г. англійський учений Роберт Гук (1635-1703) винайшов мікроскоп, який дає більш чітке зображення.

телескоп:   в 1592 р італійський учений Галілео Галілей (1564-1642) построіллінзовий телескоп, що збільшує предмети в 30 разів, і спостерігав в нього Місяць і рух планет.
  У 1668г. англійський учений Ісаак Ньютон (1642-1727) створив новий тип телескопа, він використовував дзеркала і лінзи для фокусування променів спостережуваних предметів, що дозволило зменшити спотворення, пов'язані з дефектами лінз.

фотоапарат:першу в світі фотографію зробив в 1826р. французький фізик Жозеф Ньєпс (1765-1833). Американський винахідник Джордж Істмен (1854-1932) створив ручну камеру «Кодак», її продавали разом з рулоном плівки. Камеру «Поляроїд» винайшов в 1947 р американець ЕдвінЛенд (1909-1991). Перші камери «Поляроїд» для кольорових фотографій були створені в 1963 р

окуляри:в1280г. італійський фізик Сальвінія дельї Арматі (1245-1317) виготовив перші очки.

Контактні лінзи:уродженець Флоренції Леонардо да Вінчі (1452-1519) висунув ідею про контактні лінзи. У «Кодексі про оці» він описує трубку зі вставленими по обох кінцях лінзами, наповнену водою і призначену для корекції зору.

У 18 столітті ідею Леонардо застосували на практиці Томас Юнг і Джон Гершель (син Вільяма Гершеля). На око Гершеля був нанесений шар прозорого гелю, який дозволив усунути дефект зору.

Сучасні оптичні прилади

Демонстрація приладів:мікроскоп, телескоп, фотоапарат, бінокль, лупа, окуляри, контактні лінзи.

Око - оптична система

Око людини має майже кулясту форму. Діаметр очі становить 2,4 см. Щільна зовнішня оболонка білого кольору, що захищає очей і надає йому постійну форму, називається склерою. Передня частина склери переходить в прозору злегка опуклу рогову оболонку, яка діє як збирає лінза і забезпечує 75% фокусує здатності. За зіницею розташований кришталик - прозоре тіло, схоже на лінзу. Кришталик за допомогою скріплених з ним м'язів рефлекторно змінює свою кривизну. В результаті цього, коли предмет наближається або віддаляється від ока, зображення предмета на дні ока (сітчастої оболонці) залишається чітким.
  При погіршенні зору найчастіше порушується робота кришталика: він втрачає свою еластичність і частково здатність змінювати свою кривизну. Якщо кришталик має занадто опуклу форму в порівнянні з кришталиком нормального очі, то око погано бачить далекі предмети, настає короткозорість. Якщо ж кришталик стає занадто пласким в порівнянні з кришталиком нормального очі, то людина нечітко бачить близькі предмети. Це ознака далекозорості. У таких випадках доводиться носити одним окуляри з увігнутими стеклами, а іншим - з опуклими. Замість очок іноді використовують контактні лінзи, зроблені з особливою прозорою пластмаси.

4. Закріплення матеріалу

Практична робота

Визначення фокусної відстані та оптичної сили збиральної лінзи.
  Устаткування: збирає лінза, лампа розжарювання, джерело струму, екран, лінійка.

Найпростіший спосіб вимірювання фокусної відстані і оптичної сили лінзи заснований на використанні формули лінзи:
  1 \\ d + 1 \\ f = 1 \\ F = D
  Маючи в своєму розпорядженні лампу, лінзу і екран на певних відстанях, проводити вимірювання. На екрані отримати дійсне збільшене або дійсне зменшене зображення нитки розжарення лампи. (D - відстань від лампи до лінзи, f - відстань від лінзи до екрана).
  При обчисленні фокусної відстані враховувати одиницю виміру (здійснити переказ одиниць в метри), тоді оптична сила буде виражена в діотріях.

підсумок уроку

Основною характеристикою лінзи є оптична сила. Для побудови зображення можна використовувати два з трьох «зручних» променів. Лінзи є основною частиною оптичних приладів. В оці теж є лінза - кришталик.

5. Домашнє завдання:§§ 63-65, стор. 186-193 (підручник 11 кл . Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругін; Москва «Просвещение» 2010).

Лінза є найпростішим оптичним приладом, виконується з однорідного прозорого матеріалу. За формою лінза може бути сферичної, асферичною і плоскою. Зараз найбільшого поширення набули асферичні лінзи, свою назву вони отримали через те, що поверхня цих лінз відрізняється від сфери. Матеріалом для виробництва, як правило, служать: скло, оптичне скло, прозорі пластмаси, а також і інші матеріали. Крім того, лінзами називають такі оптичні прилади та явища, оптичний ефект яких виходить схожим зі звичайними лінзами, прикладом можуть служити:

• Плоскі лінзи - виготовлені з матеріалу зі змінним показником заломлення, який змінюється в залежності від того, яку відстань до центру.
• Лінзи френеля - складна складова лінза, проводиться з окремих, що примикають один до одного концентричних кілець невеликої товщини, що мають в перетині форму спеціального профілю.
• Зонна пластинка френеля - скляна пластина, на якій викарбувані концентричні окуржності, радіус яких збігається з радіусом зон Френеля.
• Гравітаційна лінза - ефект відхилення електромагнітних хвиль масивними об'єктами, спостерігається на міжгалактичних відстанях.
• Магнітна лінза - пристрій, який використовує постійне магнітне поле, щоб фокусувати пучок заряджених частинок. Застосовується в електронних і іонних мікроскопах.

Перша згадка про лінзах зустрічається у давньогрецькій п'єсі, де описується опукле скло, за допомогою якого добули вогонь. У римській імперії можливо вперше лінзи застосували для корекції зору. Найбільш широке поширення лінзи отримали з моменту появи очок в Італії, це датується приблизно 1280 роком. Характеристики

Лінзи розрізняються за формою, вони можуть бути збирають (позитивними) і розсіюють (негативними). Зовні збірні лінзи мають потовщену середину в порівнянні з краями, а розсіюють мають потовщені краю і тонку середину. Основними характеристиками лінзи є оптична сила і фокусна відстань.

Збирають лінзи поділяються на:

• двоопуклі
• Плоско-опуклі
• Угнутоопуклі

Розсіюють лінзи бувають наступних видів:

• двоввігнуті
• Плоско-увігнуті
• Опукло-увігнуті

Де застосовують лінзи

Лінзи застосовуються у всіх оптичних системах. Найтрадиційнішим застосуванням служать біноклі, лупи, телескопи. Поодинокі збирають лінзи використовуються як збільшувальне скло. Особливою сферою застосування лінз є офтальмологія. Без лінз не було б можливості коригування зору. Крім того, лінзи використовують при виробництві окулярів і контактних лінз. Лінзи застосовуються також в радіоастрономії і радарах, вони збирають потік радіохвиль в приймальню антену.

11.2. геометрична оптика

11.2.4. застосування лінз

Використання збирають і розсіюють лінз в деяких оптичних приладах

Збирають і розсіюють лінзи використовують в деяких оптичних приладах, якими користуються в повсякденному житті.

При використанні фотоапарата:

• предмет поміщають на відстані d\u003e 2F;
• зображення при цьому формується на відстані F< f < 2F ;
• фотоплівку або фотопластинку поміщають в те місце, де формується зображення.

Зображення, отримане за допомогою фотоапарата, є дійсним, зменшеним, перевернутим. У фотоапараті використовують збирають лінзи.

При використанні лупи її розташовують так, щоб:

• предмет знаходився між лінзою і її фокусом d< F ;
• зображення при цьому формується за фокусом f\u003e F.

Зображення, отримане за допомогою лупи, є уявним, збільшеним, прямим. Лупа є збирає лінзу з малим фокусною відстанню.

Використання очок пов'язано з корекцією зору. При корекції далекозорості користуються збирають лінзами, короткозорості - розсіюючими:

• далекозорість коригується лінзою з позитивною оптичною силою (збирає лінзою)

ΔD = D 0 - D\u003e 0,

де D 0 = 1 / F 0; F 0 - відстань найкращого зору нормального ока, F 0 = d 0 = 25 см; D = 1 / F; F - відстань найкращого зору далекозорого людини, F = d; d\u003e d 0;

• короткозорість коригується лінзою з негативною оптичною силою (розсіює лінзою)

ΔD = D 0 - D< 0,

де D = 1 / F; F - відстань найкращого зору короткозорого людини, F = d; d< d 0 .

Приклад 17. Об'єктив фотоапарата має фокусну відстань 60 см. Зйомку ведуть з літака, що летить на висоті 2,0 км. Розміри плівки у фотоапараті складають 15 × 15 см. Знайти площу поверхні Землі, яка може бути зафіксована на одному знімку.

Рішення . Лінійний розмір зображення поверхні Землі на фотоплівці збігається з лінійним розміром самої фотоплівки:

a = H,

де a = 15 см.

Шуканої величиною є площа поверхні Землі:

S = b 2,

де b - лінійний розмір фотографируемого ділянки Землі (лінійний розмір предмета), b = h.

Лінійне збільшення лінзи фотоапарата визначається відношенням

Г = H h = a b = f d,

де f - відстань від лінзи до зображення (до фотоплівки); d - відстань від предмета до лінзи фотоапарата (приблизно збігається з висотою літака над поверхнею Землі), d = 2,0 км.

Для отримання зображення у фотоапараті використовується збирає лінза; отримується з її допомогою зображення є дійсним. Величини d і f пов'язані між собою формулою тонкої збиральної лінзи:

1 F = 1 d + 1 f,

де F - фокусна відстань лінзи, F = 60 см.

Знайдемо звідси величину f:

f = F d d - F

і підставимо її в рівність

a b = f d = F d - F.

Висловимо лінійний розмір ділянки земної поверхні:

b = a (d - F) F = a d F,

так як d \u003e\u003e F.

Максимальна площа, яку можна сфотографувати з літака, визначається формулою

S = (a d F) 2.

обчислимо:

S = (15 ⋅ 10 - 2 ⋅ 2,0 ⋅ 10 3 60 ⋅ 10 - 2) 2 = 0,25 ⋅ 10 6 м 2 = 0,25 км 2.

Приклад 18. Відстань найкращого зору здорового людського ока становить 25 см. Для короткозорого людини воно дорівнює 10 см. Знайти оптичну силу лінз окулярів, необхідних для корекції зору.

Рішення . Для корекції короткозорості використовують розсіюють лінзи, оптична сила яких визначається за формулою

ΔD = D 0 - D< 0,

де D 0 = 1 / F 0; F 0 - відстань найкращого зору здорового людського ока, F 0 = d 0 = 25 см; D = 1 / F; F - відстань найкращого зору короткозорого людини, F = d = 10 см ;.

Запишемо формулу в явному вигляді

Δ D = 1 d 0 - 1 d.

обчислимо:

Δ D = 1 25 ⋅ 10 - 2 - 1 10 ⋅ 10 - 2 = 4,0 - 10 = - 6,0 дптр.

Для корекції зору потрібні окуляри з розсіюючими лінзами, оптична сила яких становить -6,0 дптр.

Формули тонкої лінзи в застосуванні до сходящимся пучків світла

Пучок світла, що має вигляд конуса, промені якого під час відсутності перешкод сходяться в його вершині, називається збіжним. Якщо на лінзу падає сходиться пучок світла, то формула як збирає, так і розсіює тонкої лінзи записується інакше.

сходиться пучка світла на тонку збирає лінзу   показаний на рис. 11.37. Світлові промені на малюнку показані суцільною лінією, продовження світлових променів - пунктиром:

Формула тонкої збиральної лінзи для сходиться пучка

1 F = - 1 d + 1 f,

де F - фокусна відстань збиральної лінзи; d - відстань від точки S до лінзи (відстань | OS |); f - відстань від лінзи до точки S * (відстань | OS * |).

Для збиральної лінзи відстань d завжди більше відстані f: d\u003e f, так як після заломлення в збирає лінзі промені сходяться ближче до лінзи, ніж зійшлися б при її відсутності.

Хід світлових променів при падінні сходиться пучка світла на тонку розсіюють лінзу   показаний на рис. 11.38. Світлові промені на малюнку показані суцільною лінією, продовження світлових променів - пунктиром:

• уявним джерелом світла є точка S, в якій сходяться продовження світлових променів;
• дійсним зображенням є точка S *, в якій сходяться промені після заломлення в лінзі.

Формула тонкої розсіює лінзи для сходиться пучка   світла записується в такий спосіб:

Мал. 11.38

- 1 | F | = - 1 d + 1 f,

де F - фокусна відстань розсіює лінзи; d - відстань від точки S до лінзи (відстань | OS |), d = | OS |; f - відстань від лінзи до точки S * (відстань | OS * |), f = | OS * |.

Для розсіює лінзи відстань d завжди менше відстані f: d< f , так как после преломления в рассеивающей линзе лучи сходятся дальше от линзы, чем сошлись бы при ее отсутствии.

Права частина формули тонкої лінзи для сходяться пучків світла має однаковий вигляд для щороку збирає і розсіює лінзи:

• в обох випадках формується дійснезображення   (Точка S *, в якій дійсно сходяться самі промені), тому знак перед складовою 1 / f у формулі лінзи завжди позитивний;
• в обох випадках джерело світла є уявним   (Точка S, в якій сходяться продовження променів), тому знак перед складовою 1 / d у формулі лінзи завжди негативний.

Ліва частина формули тонкої лінзи для сходяться пучків світла записується в традиційному вигляді (1 / F - для збиральної лінзи, (-1 / | F |) - для розсіює).

Приклад 19. що сходив пучок світлових променів падає на розсіюють лінзу. Після заломлення в лінзі промені сходяться на відстані 75 см від її оптичного центру, а продовження променів - на відстані 30 см. Знайти оптичну силу лінзи.

Рішення . На малюнку світлові промені показані суцільною лінією; продовження світлових променів - пунктиром.

Уявним джерелом світла є точка S, в якій сходяться продовження світлових променів. Дійсним зображенням - точка S *, в якій сходяться промені після заломлення в лінзі.

Для сходиться пучка світла формула тонкої розсіює лінзи має наступний вигляд:

D = - 1 d + 1 f,

де D - оптична сила лінзи (шукана величина); d - відстань від точки S до лінзи, d = 30 см; f - відстань від лінзи до точки S *, f = 75 см.

Розрахунок дає значення

D = - 1 30 ⋅ 10 - 2 + 1 75 ⋅ 10 - 2 = - 2,0 дптр.

Оптична сила даної лінзи становить -2,0 дптр.