Тема: «Оптичні прилади. Оптичні прилади. Побудова зображення за допомогою лінзи
Розділ оптики, в якому закони поширення світла розглядаються на основі подання про світлові промені, називається геометричною оптикою. під світловими променями розуміються нормальні до хвильовим поверхнях лінії, уздовж яких поширюється потік світлової енергії. Геометрична оптика, залишаючись наближеним методом побудови зображень в оптичних системах, дозволяє розібрати основні явища, пов'язані з проходженням через них світла, і є тому основою теорії оптичних приладів.
лінзи являють собою прозорі тіла, обмежені двома поверхнями (одна з них зазвичай сферична, іноді циліндрична, а друга - сферична або плоска), заломлюючими світлові промені, здатні формувати оптичні зображення предметів. Матеріалом для лінз служать скло, кварц, кристали, пластмаси і т. П. За зовнішньою формою (рис. 232) лінзи діляться на: 1) двоопуклі; 2) плосковипуклой; 3) двоввігнуті; 4) плосковогнутим; 5) опукло-увігнуті; 6) угнутоопуклі.
За оптичними властивостями лінзи поділяються на збирають і розсіюють.
лінза називається тонкої, Якщо її товщина (відстань між обмежуючими поверхнями) значно менше в порівнянні з радіусами поверхонь, що обмежують лінзу. Пряма, що проходить через центри кривизни поверхонь лінзи, називається головною оптичною віссю. Для будь-якої лінзи існує точка, яка називається оптичним центром лінзи, Що лежить на головній оптичній осі і володіє тим властивістю, що промені проходять крізь неї не заломлюючись. Для простоти оптичний центр Про лінзи будемо вважати що збігається з геометричним центром середньої частини лінзи (це справедливо тільки для двоопуклою і двояковогнутой лінз з однаковими радіусами кривизни обох поверхонь; для плосковипуклих і плосковогнутим лінз оптичний центр Про лежить на перетині головної оптичної осі зі сферичною поверхнею).
Для виведення формули тонкої лінзи - співвідношення, що зв'язує радіуси кривизни R 1 і R 2 поверхонь лінзи з відстанями а і b від лінзи до предмета і його зображення, - скористаємося принципом Ферма (П. Ферма (+1601 -1665) - французький математик і фізик), або принципом найменшого часу: Дійсний шлях поширення світла (траєкторія світлового променя) є шлях, для проходження якого світла потрібний мінімальний час в порівнянні з будь-яким іншим мислимим шляхом між тими ж точками.
Розглянемо дві траєкторії світлового променя (рис. 233) - пряму, що сполучає точки А і В (промінь АОВ), І траєкторію, що проходить через край лінзи (промінь АСВ), - скориставшись умовою рівності часу проходження світла по цих траєкторіях.
Час проходження світла по траєкторії АОВ
де N = n/n 1 - відносний показник заломлення ( n і n 1 - відповідно абсолютні показники заломлення лінзи і навколишнього середовища). Час проходження світла по траєкторії АСВ одно
Так як =, то
Розглянемо параксіальної (пріосевой) промені, Т. Е. Промені, що утворюють з оптичною віссю малі кути. Тільки для параксіальної променів виходить стигматичні зображення, Т. Е. Все промені параксіального пучка, що виходить з точки А, Перетинають оптичну вісь в одній і тій же точці В. тоді<< (a+e), << (b+d) і
аналогічно,
Підставивши знайдені вирази в (166.1), отримаємо
(166.2)
Для тонкої лінзи е<< а і d << b, Тому (166.2) можна представити у вигляді
З огляду на, що і відповідно, отримаємо
(166.3)
Вираз (166,3) являє собою формулу тонкої лінзи. Радіус кривизни опуклої поверхні лінзи вважається позитивним, увігнутою - негативним.
якщо а =, Т. Е. Промені падають на лінзу паралельним пучком (рис. 234. а), то
Відповідне цієї нагоди відстань b= OF = f називається фокусною відстанню лінзи:
Воно залежить від відносного показника заломлення і радіусів кривизни.
якщо b =, Тобто зображення знаходиться в нескінченності і, отже, промені виходять з лінзи паралельним пучком (рис. 234, б), То a= OF = f. Таким чином, фокусні відстані лінзи, оточеній з обох сторін однаковою середовищем ,. рівні. точки F, Що лежать по обидва боки лінзи на відстані, рівному фокусній, називаються фокусами лінзи. Фокус - це точка, в якій після заломлення збираються всі промені, які падають на лінзу паралельно головній оптичній осі. величина
(166.4)
називається оптичної силою лінзи. Її одиниця - діоптрій (дптр). діоптрія - оптична сила лінзи з фокусною відстанню 1 м: 1 дптр = 1 / м.
лінзи з позитивної оптичної силою є які збирають, з негативною - розсіюючими. Площині, що проходять через фокуси лінзи перпендикулярно її головної оптичної осі, називаються фокальними площинами. На відміну від збирає рассеивающая лінза має уявні фокуси. В уявному фокусі сходяться (після заломлення) уявні продовження променів, що падають на розсіюють лінзу паралельно головній оптичній осі (ріс.235).
З огляду на (166.4), формулу лінзи (166,3) можна записати у вигляді
Для розсіює лінзи відстані f і b треба вважати негативними.
Побудова зображення предмета в лінзах здійснюється за допомогою наступних променів:
1) променя, що проходить через оптичний центр лінзи і не змінює свого напрямку;
2) променя, що йде паралельно головній оптичній осі; після заломлення в лінзі цей промінь (або його продовження) проходить через другий фокус лінзи;
3) променя (або його продовження), що проходить через перший фокус лінзи; після заломлення в ній він виходить з лінзи паралельно її головної оптичної осі.
Для прикладу наведені побудови зображень в збирає (рис. 236) і в розсіює (рис. 237) лінзах: дійсне (рис. 236, а) І уявне (рис. 236, б) Зображення - в збирає лінзі, уявне - в розсіює.
Ставлення лінійних розмірів зображення і предмета називається лінійним збільшенням лінзи. Від'ємних показників лінійного збільшення відповідає дійсне зображення (воно перевернуте), позитивним - уявне зображення (воно пряме). Комбінації збирають і розсіюють лінз застосовуються в оптичних приладах, використовуваних для вирішення різних наукових і технічних завдань.
ГБПОУ РМ «Саранський медичний коледж»
конспект заняття
з дисципліни «Фізика»
Тема: «Оптичні прилади. Побудова зображення за допомогою лінзи »
Склала: викладач фізики
Саранськ 2016
дисципліна:фізика
Заняття №:3.23
Тема:Оптичні прилади. Побудова зображення за допомогою лінзи
мета:засвоєння теоретичних основ досліджуваної теми (роздільна здатність, лінзи (збирають і розсіюють), формула тонкої лінзи, оптичні прилади, рефракція, дефекти зору)
Забезпечення заняття:підручник, конспект лекції , презентація
Тип заняття:комбінований урок
Технологія навчання:розвивальне навчання
Методи навчання:лекція
компетенції:
ОК 1. Організовувати власну діяльність, вибирати типові методи і способи виконання професійних завдань, оцінювати їх ефективність і якість.
ОК 2. Здійснювати пошук і використання інформації, необхідної для ефективного виконання професійних завдань, професійного та особистісного розвитку.
ПК 1. Оформляти документи первинного обліку.
Міжпредметні зв'язки:медицина
Використовувана література:
1., Жданов для середніх спеціальних навчальних закладів
1. Організаційний момент: 3-5 хв
(Відмітка відсутніх, перевірка зовнішнього вигляду учнів, санітарного стану кабінету)
2. Перевірка знань з пройденого матеріалу:10-15 хв
Для перевірки знань з пройденого заняття проводиться фронтальне опитування.
Контрольні питання:
1. Який фізичний зміст абсолютного показника заломлення речовини?
Приблизний відповідь: абсолютний показник заломлення речовини дорівнює відношенню швидкостей світла в середовищах, на кордоні між якими відбувається заломлення:
(Формула, яку повинні записати навчаються)
2. Як допомогою закону відображення побудувати зображення точкового в плоскому дзеркалі?
Приблизний відповідь: який навчається повинен намалювати приблизний малюнок, який відповідає цьому.
http://pandia.ru/text/80/253/images/image003_48.gif "width =" 71 height = 41 "height =" 41 "\u003e, де α0 - граничний кут повного відображення, який дорівнює куту падіння α0, відповідний розі заломлення 900.
4. Як визначається граничний кут повного відображення?
Приблизний відповідь: для кожної заломлюючої середовища граничний кут повного відображення обчислюється за формулою і має своє значення.
5. Що таке спектр? Перерахуйте кольору спектра?
Приблизний відповідь: спектр - райдужна смужка, що складається з 7 кольорів - червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий.
Приблизний відповідь: дисперсія світла - залежність показника заломлення середовища від частоти світлової хвилі. Показник заломлення залежить від частоти світла, тому що при ламанні відбувається зменшення швидкості руху світлової хвилі за рахунок проходження через среду..gif "width =" 264 "height =" 198 src = "\u003e http://pandia.ru/text/80/253/images/image007_29.gif "width =" 276 "height =" 207 src = "\u003e
Геометричні характеристики лінзи - навчаються замальовують лінзу з умовним позначенням, потім записують пояснення до кожної характеристиці (слайд 4 і 5).
· Головна оптична вісь - пряма, на якій лежать центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу. Головна оптична вісь - вісь симетрії лінзи;
· Оптичний центр лінзи - точка, що лежить на оптичній осі, в центрі лінзи;
· Побічна оптична вісь - будь-яка пряма, що проходить через оптичний центр;
· Головна площину лінзи - проходить через центр лінзи перпендикулярно головній оптичній осі;
· Радіус кривизни - лінія перетину сферичних поверхонь з радіусами
http://pandia.ru/text/80/253/images/image009_24.gif "width =" 274 "height =" 205 "\u003e
Слайд 4 Слайд 5
На слайді 6 показано використання лінзи для зміни форми хвильового фронту. Тут плоский хвильовий фронт стає сферичним при проходженні через лінзу (при показі презентації видно анімація процесу).
Фокус - точка на головній оптичній осі, в якій промені світлового пучка, після заломлення в опуклою лінзи, перетинаються. Цю точку позначають буквою F.
Фокусна відстань - відстань від оптичного центру до фокусу.
Подібно плоскому дзеркала, лінза створює зображення джерел світла. Це означає, що світло, що виходить з будь-якої точки предмета (джерела), після заломлення в лінзі знову збирається в одну точку (зображення) незалежно від того, через яку частину лінзи пройшли промені. Якщо після виходу з лінзи промені сходяться, вони утворюють дійсне зображення. У разі ж, коли пройшли через лінзу промені розходяться, то перетинаються в одній крапці не самі ці промені, а лише їх продовження. Зображення в цьому випадку уявне. Його можна спостерігати оком безпосередньо або за допомогою оптичних приладів.
Пучки, паралельні головній оптичній осі, можна направити на лінзу і з протилежного боку. Точка, в якій вони зійдуться, пройшовши лінзу, буде іншим головним фокусом. У лінзи два головних фокусу. В однорідному середовищі вони розташовуються по обидва боки лінзи на однакових відстанях від неї. Ці відстані називаються фокусною відстанню лінзи; його позначають буквою F (тієї ж буквою, що і фокус).
Направимо три вузьких паралельних пучка променів від освітлювача під кутом до головної оптичної осі лінзи. Можна побачити, що перетин променів відбудеться не в головному фокусі, а в іншій точці.
Але примітно те, що точки перетину незалежно від кутів, утворених цими пучками з головною оптичною віссю, розташовуються в площині, перпендикулярній головній оптичній осі лінзи і проходить через головний фокус. Цю площину називають фокальною площиною.
Помістивши світилася в фокусі лінзи (або в будь-якій точці її фокальній площині), отримаємо після заломлення паралельні промені.
Увігнуті лінзи, що знаходяться в оптично менш щільною середовищі (в порівнянні з матеріалом лінзи), є розсіюючими. Направивши на таку лінзу промені паралельно головній оптичній осі, ми отримаємо розходиться пучок променів. Їх продовження перетинаються в головному фокусі розсіює лінзи.
В цьому випадку головний фокус є уявним і розташований на відстані F від лінзи. Інший уявний головний фокус знаходиться по іншу сторону лінзи на такій же відстані, якщо середовище по обидві сторони лінзи одна і та ж.
Величину, зворотну фокусної відстані, називають оптичною силою лінзи. Позначають буквою D (Слайд 7):
D\u003e 0, якщо лінза збирає, D< 0, если линза рассеивающая.
Чим ближче до лінзи її фокуси, тим сильніше лінза переломлює промені, збираючи або розсіюючи їх, і тим більше оптична сила лінзи. Оптичну силу D лінз висловлюють в діоптріях (дптр). Оптичної силою в 1 дптр має лінза з фокусною відстанню 1 м.
Тонка лінза - лінза, у якій її товщина набагато менша, ніж радіуси кривизни сферичних поверхонь.
Формула тонкої лінзи (Слайд 8 і 9)
відстань d від предмета долінзи
відстань f від зображення до лінзи
фокусна відстань F
http://pandia.ru/text/80/253/images/image016_13.gif "width =" 24 "height =" 47 src = "\u003e ставлять знак« + ».
· Якщо лінза розсіює, то F< 0 и в правой части формулы будет стоять отрицательная величина.
· Перед членом ставлять знак «+», якщо зображення дійсне, і знак «-» в разі уявного зображення.
· Перед членом ставлять знак «+» в разі дійсної світиться точки і знак «-», якщо вона уявна (т. Е. На лінзу падає сходиться пучок променів, продовження яких перетинаються в одній точці).
У тому випадку, коли F, f або d невідомі, перед відповідними членами, і ставлять знак «+». Але якщо в результаті обчислень фокусної відстані або відстані від лінзи до зображення або до джерела виходить негативна величина, то це означає, що фокус, зображення або джерело уявні.
Зображення, що отримується за допомогою лінзи, зазвичай відрізняється своїми розмірами від предмета. Різниця розмірів предмета і зображення характеризують збільшенням.
Лінійним збільшенням називають відношення лінійного розміру зображення до лінійного розміру предмета (Слайд 10).
H - висота зображення
h - висота предмета
Збільшення лінзи дорівнює відношенню відстані від зображення до лінзи, до відстані від лінзи до предмета:
http://pandia.ru/text/80/253/images/image022_7.jpg "width =" 517 "height =" 165 src = "\u003e
http://pandia.ru/text/80/253/images/image024_9.gif "width =" 288 "height =" 186 src = "\u003e. jpg" width = "324" height = "202 src ="\u003e. gif "width =" 300 "height =" 225 src = "\u003e. jpg" width = "324" height = "164 src ="\u003e. jpg "width =" 420 "height =" 250 src = "\u003e
http://pandia.ru/text/80/253/images/image034_5.gif "width =" 295 "height =" 234 src = "\u003e
1 - склера - зовнішня оболонка ока, яка захищає внутрішній зміст і забезпечує жорсткість.
2 - рогівка - через неї проникає світло
3 - райдужна оболонка - м'язове кільце, яке стискаючись і розтягуючись, змінює розміри зіниці і тим самим світловий потік, що потрапляє в око.
4 - зіниця
5 - кришталик - галактика тіло, яке за допомогою 6 може натягатися і розслаблятися. Змінюючи радіуси кривизни поверхні кришталика і тим самим його оптичну силу. Зміна кривизни кришталика визначає здатність очі до акомодації - зміни оптичної сили ока. Акомодація відбувається мимоволі. Точку, яку око бачить при розслабленій циліарному м'язі, називається далекої точкою, видима при максимальній напрузі - ближній точкою. При нормі далека точка лежить нескінченно далеко, ближня - на відстані близько 15-20 см.
дефекти зору
Короткозорість - дефект зору, при якому далека точка лежить на кінцевій відстані. Це викликається або видовженістю очі, або спазмом циліарного м'яза. Для кращої видимості доводиться наближати очей до предмету. Корекція проводиться за допомогою розсіюють лінз.
http://pandia.ru/text/80/253/images/image036_5.gif "width =" 600 "height =" 107 src = "\u003e
6 - цилиарная зв'язка
7 - склоподібне тіло
Рогівка, водяниста волога, кришталик і склоподібне тіло утворюють оптичну систему, аналогічну лінзі з оптичною силою близько 58.5 дптр (f = 17.2 мм). Оптичний центр цієї системи розташований на відстані близько 5 мм від рогівки.
8 - судинна оболонка
9 - сітківка - півсферу, що складається з рецепторних клітин, що мають форму колб і паличок. Колбочки відповідають за колірний зір (три типи паличок - зелені, червоні, сині). Палички відповідають за сутінковий зір. Спектральна чутливість ока максимальна в області жовто-зеленого діапазону (близько 560 нм).
10 - зоровий нерв
11 - сліпа пляма
12 - центральна ямка - область найбільшої гостроти зору.
рефракція очі - заломлююча сила оптичної системи ока, виражена в діоптріях. Рефракція ока як фізичне явище визначається радіусом кривизни кожної заломлюючої середовища очі, показниками заломлення середовищ і відстанню між їх поверхнями, т. Е. Обумовлена анатомічними особливостями ока. Однак в клініці має значення не абсолютна сила оптичного (светопреломляющие) апарату очі, а її співвідношення з довжиною передньозадній осі ока, т. Е. Становище заднього головного фокуса (точка перетину променів, що проходять через оптичну систему ока, паралельно його оптичної осі) по відношенню до сітківки - клінічна рефракція.
Залежно від форми оптичного апарату ока розрізняють сферичну рефракцію ока, коли заломлення променів в оці однаково в усіх меридіанах, і астигматичного, коли в одному і тому ж оці є поєднання різних рефракцій, т. Е. Заломлення променів неоднаково за різними меридіанах. У астигматичного оці розрізняють два головних перетину меридіана, які розташовуються під прямим кутом: в одному з них рефракція очі найбільша, в іншому - найменша. Різницю рефракції в цих меридіанах називають ступенем астигматизму. Невеликі ступеня астигматизму (до 0,5 дптр) Зустрічаються досить часто, вони майже не погіршують зору, тому такий астигматизм називають фізіологічним.
Нерідко під час зорової роботи, особливо на близькій відстані, швидко настає стомлення очей (зоровий дискомфорт). Цей стан називають астенопії. Вона проявляється тим, що контури букв або дрібних предметів стають неясними, виникає біль в області чола, біля очей, в очах. Така клінічна картина характерна для аккомодатівной астенопии, в основі якої лежить стомлення війкового м'яза, що спостерігається при далекозорості, пресбіопії, астигматизмі. При міопії розвивається так звана м'язова астенопія, викликана дефектами в бинокулярной зорової системі; вона проявляється болем в очах, двоїнням при роботі на близькій відстані. Для усунення астенопії необхідна найбільш рання оптична корекція аметропії або пресбіопії, створення сприятливих гігієнічних умов зорової роботи, чергування її з відпочинком для очей, загальнозміцнюючий лікування.
питання 3[ 1, 2 ]
оптичні прилади
1. Лупа - короткофокусна двоопуклої лінзи.
Відносна збільшення лупи
d0 - відстань найкращого зору (25 см)
f - відстань від зображення до лінзи
Чим менше фокусна відстань лінзи, тим більше збільшення вона дає.
2. Мікроскоп - комбінація двох короткофокусних систем: об'єктива і окуляра.
Об'єктив - лінза, найближча до предмету.
Окуляр - лінза, найближча до ока спостерігача.
Збільшення, що дається об'єктивом
Збільшення, що дається окуляром
Відносна збільшення мікроскопа
Δ - довжина тубуса мікроскопа
Роздільна здатність мікроскопа
λ - довжина світлової хвилі
d - відстань від предмета до об'єктива
D - діаметр об'єктива
Для зменшення відстані необхідно використовувати більш короткофокусні лінзи.
3. Телескоп - прилад для спостереження віддалених об'єктів.
Види телескопів:
· Телескоп - рефрактор - телескоп, який використовує лінзову систему.
· Телескоп - рефлектор - телескоп, який використовує дзеркальну систему.
Відносна збільшення телескопа
Для отримання великого кутового збільшення необхідно з'єднати довгофокусний об'єктив з короткофокусним окуляром.
4. Фотоапарат - светонепроницаемая камера і система лінз.
5. Кинопроектор
Лінзи є основною частиною фотоапарата, проекційного апарату, мікроскопа, телескопа. В оці теж є лінза - кришталик.
Дія оптичних приладів описується законами геометричної оптики. Згідно з цими законами можна розрізняти за допомогою мікроскопа як завгодно малі деталі об'єкта; за допомогою телескопа можна встановити існування двох зірок при будь-яких малих кутових відстанях між ними.
Хвильова природа світла накладає межа на можливість розрізняти деталі предмета або дуже дрібні предмети при їх спостереженні за допомогою мікроскопа. Дифракція не дозволяє отримати чіткі зображення дрібних предметів, так як світло поширюється не строго прямолінійно, а огинає предмети. Через це зображення виглядає розмитою. Це відбувається, коли лінійні розміри предметів менше довжини світлової хвилі.
Дифракція також накладає межа на роздільну здатність телескопа. Внаслідок дифракції хвиль у краю оправи об'єктива зображенням зірки буде не крапка, а система світлих і темних кілець. Якщо дві зірки знаходяться на малому кутовому відстані один від одного, то ці кільця накладаються один на одного, і око не може розрізнити, чи є дві крапки, що світяться або одна. Граничне кутова відстань між світяться точками, при якому їх можна розрізняти, визначається відношенням довжини хвилі до діаметра об'єктива.
Цей приклад показує, що з дифракцією доводиться рахуватися завжди, за будь-яких перешкодах. Нею при дуже ретельних спостереженнях не можна нехтувати і в разі перешкод, розміри яких значно більше, ніж довжина хвилі.
Дифракція світла визначає межі застосування геометричної оптики. Огібаніе світлом перешкод накладає межа на роздільну здатність найважливіших оптичних інструментів - телескопа і мікроскопа.
4. Закріплення нового матеріалу: 17-20 хв
Питання для самоконтролю:
1. Чому зображення в плоскому дзеркалі називається уявним?
2. Яка лінза є збирає? розсіює?
3. Яку лінзу називають тонкою?
4. Які величини пов'язує між собою формула тонкої лінзи?
5. Чим відрізняється дійсне зображення від уявного?
6. Що називається головним фокусом лінзи?
7. Що називається збільшенням лінзи?
5. Завдання на будинок: 5 хв
гл. 30 § 1-3; гл. 31 § 1-3
6. Підведення підсумків: 5 хв
(Виставляються оцінки, їх коментар)
Побудова зображень, отриманих за допомогою лінз Цілі: сформувати практичні вміння застосовувати знання про властивості лінз для знаходження зображень графічним методом; Навчитися будувати хід променів в лінзах, проводити аналіз зображень, отриманих за допомогою лінз.
Лінзою називається прозоре тіло, обмежене двома криволінійними (найчастіше сферичними) або криволінійної і плоскою поверхнями. Лінзою називається прозоре тіло, обмежене двома криволінійними (найчастіше сферичними) або криволінійної і плоскою поверхнями. Перша згадка про лінзах можна знайти в давньогрецькій п'єсі Арістофана «Хмари» (424 до н. Е.), Де за допомогою опуклого скла і сонячного світла добували вогонь. Лінза (нім. Linse, від лат..lens сочевиця) зазвичай диск з прозорого однорідного матеріалу, обмежений двома полірованими поверхнями сферичними або плоскою .. Що таке лінза?
Основні елементи лінзи ГОЛОВНА ОПТИЧНА ОСЬ - пряма проходить через центри сферичної поверхні лінзи ОПТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР - перетин головної оптичної осі з лінзою Побічна оптична вісь - будь-яка пряма, що проходить через оптичний центр Головна оптична вісь Побічна оптична вісь Про Про - оптичний центр
Якщо на збиральну лінзу падає пучок променів, паралельних головній оптичній осі, то після заломлення в лінзі вони збираються в одній оптичній осі, то після заломлення в лінзі вони збираються в одній точці F, яка називається головним фокусом лінзи У фокусі розсіює лінзи перетинаються продовження променів, які до заломлення були паралельні її головної оптичної осі. Фокус розсіює лінзи уявний. Головних фокусів - два; вони розташовані на головній оптичній осі на однаковій відстані від оптичного центру лінзи по різні боки. Що таке фокус лінзи? F- фокус лінзи оптичний центр лінзи головна оптична вісь лінзи
Правило Для отримання зображення будь-якої точки предмета необхідно використовувати ДВА «чудових» променя: 1. Луч, що проходить через центр лінзи. Він ніколи не заломлюється, завжди прямий 2. Луч, паралельний головній оптичній осі. Після лінзи він обов'язково пройде через фокус
Построеніеізображенія Побудова зображення F F Малюємо лінзу, головну оптичну вісь, Предмет АВ, Перший промінь проводимо з точки А через оптичний центр лінзи, він не заломлюється! Другий промінь проводимо з тієї ж точки А паралельно головній оптичній осі, він заломлюється і завжди проходить через фокус лінзи. На перетині цих двох променів отримуємо зображення точки А A В З точки А1 проводимо перпендикуляр до головної оптичної осі. А1В1 - це зображення предмета АВ А1 В1
Собірающаялінза предметнаходітсязадвойнимфокусом Збиральна лінза предмет знаходиться за подвійним фокусом A Проводимо два «чудових» променя з точки А і отримуємо її зображення Так само за допомогою двох променів отримуємо зображення точки В Поєднуючи отримані точки, отримуємо зображення предмета Зображення предмета: зменшене, перевернуте F F A В В
Собірающаялінза Збиральна лінза A Проводимо два «чудових» променя з точки А і отримуємо її зображення Так само за допомогою двох променів отримуємо зображення точки В Поєднуючи отримані точки, отримуємо зображення предмета Зображення предмета: збільшене, перевернуте FF A В В предметнаходітся междуфокусомі подвійним фокусом предмет знаходиться між фокусом і подвійним фокусом
Збирає лінза A Проводимо два «чудових» променя з точки А Таким же способом отримуємо зображення точки В Поєднуючи отримані точки, отримуємо зображення предмета Зображення предмета: збільшене, пряме, уявне FF A В В предмет знаходиться між фокусом і лінзою Що ж робити? і промені рас хо дять ся! Продовжуємо промені після лінзи в зворотному напрямку У місці перетину уявних променів отримуємо зображення точки А
Розсіюючої лінза A Проводимо промінь з точки А через центр лінзи, він не переломив Аналогічно отримуємо зображення точки В Поєднуючи отримані точки, отримуємо зображення предмета Зображення предмета завжди уявне, зменшене, пряме В FFA В Проводимо промінь з точки А паралельно осі, він переломив так, що його уявне продовження пройде через фокус знаходиться на перехресті двох променів отримуємо зображення точки А
Збирає лінза, яка використовується в якості лупи, дає ... 1.действітельное збільшене зображення дійсне збільшене ізображеніедействітельное збільшене зображення 2.действітельное зменшене зображення дійсне зменшене ізображеніедействітельное зменшене зображення 3.мнімое збільшене зображення уявне збільшене ізображеніемнімое збільшене зображення 4.мнімое зменшене зображення уявне зменшене ізображеніемнімое зменшене зображення питання 1. питання 2
За допомогою лінзи на екрані отримано перевернуте зображення полум'я свічки. Як зміняться розміри зображення, якщо частина лінзи заступити аркушем паперу? 1.часть зображення пропаде; частина зображення пропаде 2.Размери зображення не зміняться; розміри зображення не зміняться; 3.размери збільшаться; розміри збільшаться; 4.размери уменьшатся.размери зменшаться. Питання 2. Питання 3
19
22
Застосування лінз. Застосування лінз. Лінзи є універсальним оптичним елементом більшості оптичних систем. Лінзи є універсальним оптичним елементом більшості оптичних систем. Двоопуклі лінзи використовуються в більшості оптичних приладів, такий же лінзою є кришталик ока. Двоопуклі лінзи використовуються в більшості оптичних приладів, такий же лінзою є кришталик ока. Лінзи - меніски широко застосовуються в окулярах і контактних лінзах. У сходиться пучку за збирає лінзою світлова енергія зосереджується в фокусі лінзи. На цьому принципі засноване випалювання за допомогою лупи. Лінзи - меніски широко застосовуються в окулярах і контактних лінзах. У сходиться пучку за збирає лінзою світлова енергія зосереджується в фокусі лінзи. На цьому принципі засноване випалювання за допомогою лупи.
ГБПОУ РМ «Саранський медичний коледж»
конспект заняття
з дисципліни «Фізика»
Тема: «Оптичні прилади. Побудова зображення за допомогою лінзи »
Склала: викладач фізики
Горіна Ганна Дмитрівна
дисципліна:фізика
Заняття №:3.23
Тема:Оптичні прилади. Побудова зображення за допомогою лінзи
мета:засвоєння теоретичних основ досліджуваної теми (роздільна здатність, лінзи (збирають і розсіюють), формула тонкої лінзи, оптичні прилади, рефракція, дефекти зору)
Забезпечення заняття:підручник, конспект лекції, презентація
Тип заняття:комбінований урок
Технологія навчання:розвивальне навчання
Методи навчання:лекція
компетенції:
ОК 1. Організовувати власну діяльність, вибирати типові методи і способи виконання професійних завдань, оцінювати їх ефективність і якість.
ОК 2. Здійснювати пошук і використання інформації, необхідної для ефективного виконання професійних завдань, професійного та особистісного розвитку.
ОК 3. Використовувати інформаційно-комунікаційні технології в професійній діяльності.
ПК 1. Оформляти документи первинного обліку.
Міжпредметні зв'язки:медицина
Використовувана література:
Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів
Мякішев Г.Я., Фізика. 11 клас: навч. для загальноосвіт. установ: базовий і профілі. рівні / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругін; під ред. В. І. Миколаєва, Н. А. Парфентьевой. - М .: Просвещение, 2010. - с. 186-194
1. Організаційний момент: 3-5 хв
(Відмітка відсутніх, перевірка зовнішнього вигляду учнів, санітарного стану кабінету)
2. Перевірка знань з пройденого матеріалу:10-15 хв
Для перевірки знань з пройденого заняття проводиться фронтальне опитування.
Контрольні питання:
1. Який фізичний зміст абсолютного показника заломлення речовини?
Приблизний відповідь: абсолютний показник заломлення речовини дорівнює відношенню швидкостей світла в середовищах, на кордоні між якими відбувається переломлення :
(Формула, яку повинні записати навчаються)
2. Як допомогою закону відображення побудувати зображення точкового джерела світла в плоскому дзеркалі?
Приблизний відповідь: який навчається повинен намалювати приблизний малюнок, який відповідає цьому.
3. За якої умови виникає явище повного відбиття світла?
Приблизний відповідь: явище повного відбиття світла можливо за умови
, Де α0 - граничний кут повного відображення, який дорівнює куту падіння α0, що відповідає куту заломлення 900.
4. Як визначається граничний кут повного відображення?
Приблизний відповідь: для кожної заломлюючої середовища граничний кут повного відображення обчислюється за формулою і має своє значення.
5. Що таке спектр? Перерахуйте кольору спектра?
Приблизний відповідь: спектр - райдужна смужка, що складається з 7 кольорів - червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий.
6. Що таке дисперсія світла? Чому показник заломлення залежить від частоти світла?
Приблизний відповідь: дисперсія світла - залежність показника заломлення середовища від частоти світлової хвилі. Показник заломлення залежить від частоти світла, тому що при ламанні відбувається зменшення швидкості руху світлової хвилі за рахунок проходження через середу. Це залежність випливає з формули:
.
3. Виклад матеріалу: 45-50 хв
1) Лінзи та їх характеристики.
2) Око як оптичний прилад. Оптичні дефекти зору.
3) Оптичні прилади.
Ті, що навчаються конспектують матеріал заняття, записуючи зі слайдів презентації.
Ті, що навчаються записують тему заняття (слайд 1) і план заняття (слайд 2)
Слайд 1 Слайд 2
питання 1
Лінза - прозоре тіло, обмежене з двох сторін сферичними поверхнями.
Лінза може бути обмежена різними сферичними поверхнями, в залежності від цього і розрізняють види лінз.
У загальному випадку вони можуть бути опуклими (двоопуклої, плосковипуклая, увігнуто-опукла), якщо посередині товщина більше, ніж у країв і увігнутими (Двояковогнутая, плосковогнутим, опукло-увігнута), якщо посередині товщина менше, ніж у країв (слайд 3).
Геометричні характеристики лінзи - навчаються замальовують лінзу з умовним позначенням, потім записують пояснення до кожної характеристиці (слайд 4 і 5).
головна оптична вісь - пряма, на якій лежать центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу. Головна оптична вісь - вісь симетрії лінзи;
оптичний центр лінзи - точка, що лежить на оптичній осі, в центрі лінзи;
побічна оптична вісь - будь-яка пряма, що проходить через оптичний центр;
головна площину лінзи - проходить через центр лінзи перпендикулярно головній оптичній осі;
радіус кривизни - лінія перетину сферичних поверхонь з радіусами
Слайд 4 Слайд 5
На слайді 6 показано використання лінзи для зміни форми хвильового фронту. Тут плоский хвильовий фронт стає сферичним при проходженні через лінзу (при показі презентації видно анімація процесу).
Фокус - точка на головній оптичній осі, в якій промені світлового пучка, після заломлення в опуклою лінзи, перетинаються. Цю точку позначають буквою F.
Фокусна відстань - відстань від оптичного центру до фокусу.
Помістивши світилася в фокусі лінзи (або в будь-якій точці її фокальній площині), отримаємо після заломлення паралельні промені.
Увігнуті лінзи, що знаходяться в оптично менш щільною середовищі (в порівнянні з матеріалом лінзи), є розсіюючими. Направивши на таку лінзу промені паралельно головній оптичній осі, ми отримаємо розходиться пучок променів. Їх продовження перетинаються в головному фокусі розсіює лінзи.
відстань f від зображення до лінзи
фокусна відстань F
Слайд 8 Слайд 9
Величини d, f і F можуть бути як позитивними, так і негативними. Застосовуючи формулу лінзи, потрібно ставити знаки перед членами рівняння згідно наступним правилом.
Якщо лінза збирає, то її фокус дійсний, і перед членом ставлять знак «+».
Якщо лінза розсіює, то F< 0 и в правой части формулы будет стоять отрицательная величина.
перед членом ставлять знак «+», якщо зображення дійсне, і знак «-» в разі уявного зображення.
перед членом ставлять знак «+» в разі дійсної світиться точки і знак «-», якщо вона уявна (т. е. на лінзу падає сходиться пучок променів, продовження яких перетинаються в одній точці).
У тому випадку, коли F, f або d невідомі, перед відповідними членами , і ставлять знак «+». Але якщо в результаті обчислень фокусної відстані або відстані від лінзи до зображення або до джерела виходить негативна величина, то це означає, що фокус, зображення або джерело уявні.
Зображення, що отримується за допомогою лінзи, зазвичай відрізняється своїми розмірами від предмета. Різниця розмірів предмета і зображення характеризують збільшенням.
Лінійним збільшенням називають відношення лінійного розміру зображення до лінійного розміру предмета (слайд 10).
H - висота зображення
h - висота предмета
Збільшення лінзи дорівнює відношенню відстані від зображення до лінзи, до відстані від лінзи до предмета:
Побудова зображень в лінзі (слайди 12-17). На кожному слайді за допомогою анімації показаний процес побудови зображення.
Властивості тонкої лінзи визначаються головним чином розташуванням її фокусів. Це означає, що, знаючи відстань від джерела світла до лінзи і її фокусна відстань (положення фокусів), можна знайти відстань до зображення, не розглядаючи хід променів усередині лінзи . Тому немає необхідності зображувати на кресленні точний вид сферичних поверхонь лінзи. Відомо, все промені, що вийшли з будь-якої точки предмета, пройшовши крізь лінзу, перетинаються також в одній точці. Саме тому тонка лінза дає зображення будь-якої точки предмета, а, отже, і всього предмета в цілому. Для побудови зображень, одержуваних за допомогою збиральної лінзи, фокуси і оптичний центр якої задані, ми будемо користуватися в основному трьома видами «зручних» променів:
промінь, що проходить через оптичний центр
промінь, що падає на лінзу паралельно головній оптичній осі;
промінь, що проходить через фокус.
Характеристика зображень:
пряме і перевернуте
збільшене і зменшене
дійсне і уявне
Для побудови переломленого променя проведемо побічну оптичну вісь PQ, паралельну променю SB. Потім побудуємо фокальній площині і знайдемо точку С перетину фокальній площині з побічної оптичної віссю. Через цю точку і пройде переломлений промінь ВС. Таким чином, побудований хід двох променів, що виходять з точки S. Після заломлення в лінзі ці промені розходяться. Зображення S1 точки S буде уявним, так як джерело розташоване між фокусом і лінзою.
Для збирає двоопуклої лінзи
Предмет знаходиться між фокусом і подвійним фокусом (слайд 12)
характеристика зображення
збільшене
дійсне
перевернуте
Предмет знаходиться на одинарному фокусній відстані (слайд 13)
Характеристика зображення - зображення немає, тому що промені не сходяться
Предмет знаходиться між фокусом і лінзою (слайд 14)
характеристика зображення
збільшене
Предмет знаходиться на подвійному фокусній відстані (слайд 15)
характеристика зображення
такого ж розміру, що і предмет
дійсне
перевернуте
Предмет розташований за подвійним фокусом
характеристика зображення
зменшене
дійсне
перевернуте
Для розсіює двояковогнутой лінзи
При будь-яких побудови дається зображення буде зменшене, уявне, пряме.
питання 2
Людське око - досить складна оптична система, що сформувалася в процесі еволюції.
1 - склера - зовнішня оболонка ока, яка захищає внутрішній зміст і забезпечує жорсткість.
2 - рогівка - через неї проникає світло
3 - райдужна оболонка - м'язове кільце, яке стискаючись і розтягуючись, змінює розміри зіниці і тим самим світловий потік, що потрапляє в око.
4 - зіниця
5 - кришталик - галактика тіло, яке за допомогою 6 може натягатися і розслаблятися. Змінюючи радіуси кривизни поверхні кришталика і тим самим його оптичну силу. Зміна кривизни кришталика визначає здатність очі до акомодації - зміни оптичної сили ока. Акомодація відбувається мимоволі. Точку, яку око бачить при розслабленій циліарному м'язі, називається далекої точкою, видима при максимальній напрузі - ближній точкою. При нормі далека точка лежить нескінченно далеко, ближня - на відстані близько 15-20 см.
дефекти зору
Короткозорість - дефект зору, при якому далека точка лежить на кінцевій відстані. Це викликається або видовженістю очі, або спазмом циліарного м'яза. Для кращої видимості доводиться наближати очей до предмету. Корекція проводиться за допомогою розсіюють лінз.
Далекозорість - дефект зору, при якому ближня точка віддаляється від ока. Це викликається або укороченность очного яблука, або слабкою акомодацією. Корекція проводиться за допомогою збирають лінз.
6 - цилиарная зв'язка
7 - склоподібне тіло
Рогівка, водяниста волога, кришталик і склоподібне тіло утворюють оптичну систему, аналогічну лінзі з оптичною силою близько 58.5 дптр (f = 17.2 мм). Оптичний центр цієї системи розташований на відстані близько 5 мм від рогівки.
8 - судинна оболонка
9 - сітківка - півсферу, що складається з рецепторних клітин, що мають форму колб і паличок. Колбочки відповідають за колірний зір (три типи паличок - зелені, червоні, сині). Палички відповідають за сутінковий зір. Спектральна чутливість ока максимальна в області жовто-зеленого діапазону (близько 560 нм).
10 - зоровий нерв
11 - сліпа пляма
12 - центральна ямка - область найбільшої гостроти зору.
Рефракція ока - заломлююча сила оптичної системи ока, виражена в діоптріях. Рефракція ока як фізичне явище визначається радіусом кривизни кожної заломлюючої середовища очі, показниками заломлення середовищ і відстанню між їх поверхнями, тобто обумовлена анатомічними особливостями ока. Однак в клініці має значення не абсолютна сила оптичного (светопреломляющие) апарату очі, а її співвідношення з довжиною передньозадній осі ока, тобто положення заднього головного фокуса (точка перетину променів, що проходять через оптичну систему ока, паралельно його оптичної осі) по відношенню до сітківки - клінічна рефракція.
Залежно від форми оптичного апарату ока розрізняють сферичну рефракцію ока, коли заломлення променів в оці однаково в усіх меридіанах, і астигматичного, коли в одному і тому ж оці є поєднання різних рефракцій, тобто заломлення променів неоднаково за різними меридіанах. У астигматичного оці розрізняють два головних перетину меридіана, які розташовуються під прямим кутом: в одному з них рефракція очі найбільша, в іншому - найменша. Різницю рефракції в цих меридіанах називають ступенем астигматизму. невеликі ступеня астигматизм а (до 0,5 дптр) зустрічаються досить часто, вони майже не погіршують зору, тому такий астигматизм називають фізіологічним.
Нерідко під час зорової роботи, особливо на близькій відстані, швидко настає стомлення очей (зоровий дискомфорт). Цей стан називають астенопії. Вона проявляється тим, що контури букв або дрібних предметів стають неясними, виникає біль в області чола, біля очей, в очах. Така клінічна картина характерна для аккомодатівной астенопии, в основі якої лежить стомлення війкового м'яза, що спостерігається при далекозорості, пресбіопії, астигматизм е. При міопії розвивається так звана м'язова астенопія, викликана дефектами в бинокулярной зорової системі; вона проявляється болем в очах, двоїнням при роботі на близькій відстані. Для усунення астенопії необхідна найбільш рання оптична корекція аметропії або пресбіопії, створення сприятливих гігієнічних умов зорової роботи, чергування її з відпочинком для очей, загальнозміцнюючий лікування.
питання 3
оптичні прилади
1. Лупа - короткофокусна двоопуклої лінзи.
- кутове збільшення лупи
d0 - відстань найкращого зору (25 см)
f - відстань від зображення до лінзи
Чим менше фокусна відстань лінзи, тим більше збільшення вона дає.
2. Мікроскоп - комбінація двох короткофокусних систем: об'єктива і окуляра.
Об'єктив - лінза, найближча до предмету.
Окуляр - лінза, найближча до ока спостерігача.
- збільшення, що дається об'єктивом
- збільшення, що дається окуляром
- кутове збільшення мікроскопа
Δ - довжина тубуса мікроскопа
Роздільна здатність мікроскопа
λ - довжина світлової хвилі
d - відстань від предмета до об'єктива
D - діаметр об'єктива
Для зменшення відстані необхідно використовувати більш короткофокусні лінзи.
3. Телескоп - прилад для спостереження віддалених об'єктів.
Види телескопів:
телескоп - рефрактор - телескоп, який використовує лінзову систему.
телескоп - рефлектор - телескоп, який використовує дзеркальну систему.
- кутове збільшення телескопа
Для отримання великого кутового збільшення необхідно з'єднати довгофокусний об'єктив з короткофокусним окуляром.
4. Фотоапарат - светонепроницаемая камера і система лінз.
5. Кинопроектор
Лінзи є основною частиною фотоапарата , Проекційного апарату, мікроскопа, телескопа. В оці теж є лінза - кришталик.
Дія оптичних приладів описується законами геометричної оптики. Згідно з цими законами можна розрізняти за допомогою мікроскопа як завгодно малі деталі об'єкта; за допомогою телескопа можна встановити існування двох зірок при будь-яких малих кутових відстанях між ними.
Хвильова природа світла накладає межа на можливість розрізняти деталі предмета або дуже дрібні предмети при їх спостереженні за допомогою мікроскопа. Дифракція не дозволяє отримати чіткі зображення дрібних предметів, так як світло поширюється не строго прямолінійно, а огинає предмети. Через це зображення виглядає розмитою. Це відбувається, коли лінійні розміри предметів менше довжини світлової хвилі.
Дифракція також накладає межа на роздільну здатність телескопа. Внаслідок дифракції хвиль у краю оправи об'єктива зображенням зірки буде не крапка, а система світлих і темних кілець. Якщо дві зірки знаходяться на малому кутовому відстані один від одного, то ці кільця накладаються один на одного, і око не може розрізнити, чи є дві крапки, що світяться або одна. Граничне кутова відстань між світяться точками, при якому їх можна розрізняти, визначається відношенням довжини хвилі до діаметра об'єктива.
Цей приклад показує, що з дифракцією доводиться рахуватися завжди, за будь-яких перешкодах. Нею при дуже ретельних спостереженнях не можна нехтувати і в разі перешкод, розміри яких значно більше, ніж довжина хвилі.
Дифракція світла визначає межі застосування геометричної оптики. Огібаніе світлом перешкод накладає межа на роздільну здатність найважливіших оптичних інструментів - телескопа і мікроскопа.
4. Закріплення нового матеріалу: 17-20 хв
Питання для самоконтролю:
1. Чому зображення в плоскому дзеркалі називається уявним?
2. Яка лінза є збирає? розсіює?
3. Яку лінзу називають тонкою?
4. Які величини пов'язує між собою формула тонкої лінзи?
5. Чим відрізняється дійсне зображення від уявного?
6. Що називається головним фокусом лінзи?
7. Що називається збільшенням лінзи?
5. Завдання на будинок: 5 хв
гл. 30 § 1-3; гл. 31 § 1-3
6. Підведення підсумків: 5 хв
(Виставляються оцінки, їх коментар)