Лінзи.Побудова зображень, які дає тонка лінза

 

 Тема: Лінзи.  Побудова зображень, які дає тонка лінза.

Мета: Вивчити характеристики лінз. Побудувати зображення предмета, які дає тонка лінза. Охарактеризувати отримані зображення предмета.

Завдання уроку.

Навчальні. Навчити:

■ креслити хід променів у збиральній і розсіювальній лінзах;

■ будувати зображення предмета, які дають збиральна і розсіювальні лінзи;

■ розв’язувати задачі на застосування формул:

 а) оптичної сили лінзи;

б) лінійного збільшення лінзи;

в) формули тонкої лінзи;

■ формувати фізичні знання і науковий світогляд учнів.

Розвивальні. Розвивати:

■ логічне мислення(уміння  описувати і систематизувати результати спостережень);

■ вміння характеризувати зображення предмета;

■ творчі здібності.

Виховні.

■ Виховувати почуття товариства, взаємодопомоги.

Тип уроку: комбінований

Прилади і матеріали: комп’ютери, набір лінз,

 окуляри, фотоапарат, мікроскоп, свічка, лінійка, екран

 

Хід уроку

І.Організаційний етап.

Правила з БЖД для учнів під час роботи на комп’ютері

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

Дати відповіді на запитання:

1.Зміну напрямку поширення світла в разі його проходження через межу поділу двох середовищ називають …    

А)…   заломленням світла;

Б)…    відбиванням світла;

В) …  повним відбиванням світла

2. Заломлення світла підпорядковується законам Снелліуса:

1.Промінь падаючий, промінь ___________і перпендикуляр до межі поділу середовищ, поставлений із точки падіння променя, лежать в одній площині.

а)  заломлений;

б)  відбитий.

2.Відношення синуса кута падіння до синуса  кута заломлення для двох середовищ є величиною сталою. Підкреслити правильний запис. (див.рис.)

А)= =

Б)= =

3.Явище , в якому світло, поширюючись в більш густому середовищі,відбивається від межі поділу з менш густим середовищем не заломлюючись називається …

а)  повним внутрішнім відбиванням;

б)  заломленням світла;

в)  відбиванням світла.

4.Формула лінійного збільшення має вигляд: Г=

а)       б)   ;     в) 

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Учитель. Що спільного між лупою, телескопом і фотоапаратом?

1.Учитель. Що вам відомо  про лінзи?

Учень. Група « Зібрані»

 Лінзою (сферичною) називають прозоре тіло, обмежене з двох боків сферичними поверхнями (зокрема, одна з поверхонь може бути площиною). За формою лінзи поділяються на опуклі та увігнуті

 Учень. Група «Розсіяні».

 Якщо товщина лінзи d у багато разів менша від радіусів R₁і R₂ сферичних поверхонь, що утворюють лінзу, то таку лінзуназивають тонкою лінзою

Рис. 1. Тонка сферична лінза: d <<R₁, d << R₂
Учень. Група «Зібрані».

 Зазвичай опуклі лінзи є збиральними: паралельні промені, що падають на збиральну лінзу, пройшовши крізь неї, перетинаються в одній точці

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Різні види опуклих лінз у розрізі: а) — двоопукла лінза, б) — плоско-опукла лінза, в) — увігнуто-опукла лінза

Учень. Група «Розсіяні».

Увігнуті лінзи найчастіше бувають розсіювальними: паралельні промені після проходження крізь розсіювальну лінзу виходять розбіжним пучком

 

 

 

 

 

 

 

         
Рис.3. Різні види увігнутих лінз у розрізі: а) — двоувігнута лінза, б) — плоско-увігнута лінза, в) — опукло-увігнута лінза
 

 2. Назвати основні характеристики лінз.

Учень. Група «Зібрані».

 Пряму, яка проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу називають головною оптичною віссю лінзи.

 

 Рис.4

Учень. Група «Розсіяні».

 Точку лінзи, яка розташована на головній оптичній осі і через яку промінь світла проходить, не змінюючи свого напрямку, називають оптичним центром лінзи (рис.6.).

Рис.5. Пряма АВ, яка проходить через центри О₁, і O₂ сферичних поверхонь,

 Пряма АВ, яка проходить через центри О₁, і O₂ сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, називається  головною оптичною віссю лінзи.

Точка О — оптичний центр лінзи.
На рисунках оптичний центр лінзи позначають літерою О.
Учень. Група «Зібрані».

Точку, у якій збираються після заломлення промені, паралельні головній оптичній осі збиральної лінзи, називають дійсним фокусом збиральної лінзи (рис.6).

Рис.6. Дійсний фокус збиральної лінзи - точка F 
 

Учень. Група «Розсіяні».

 Якщо пучок променів, паралельних головній оптичній осі, спрямувати на розсіювальну лінзу, то після заломлення вони вийдуть розбіжним пучком.

 

 

Рис.7. Уявний фокус розсіювальноїї лінзи - точка F 

Однак їхні продовження зберуться в одній точці на головній оптичній осі лінзи (рис.8.). Цю точку називають уявним фокусом розсіювальної лінзи.
На рисунках фокус лінзи позначають літерою F.

Учень. Група «Зібрані».

 Відстань від оптичного центра лінзи до фокуса називають фокусною відстанню лінзи.
Фокусна відстань позначається символом F і вимірюється в метрах. Фокусну відстань збиральної лінзи домовилися вважати додатною (F>0), а розсіювальної — від'ємною F<0).
 Очевидно, що чим сильніші заломлювальні властивості має лінза, тим меншою є її фокусна відстань F. (рис.8).

     Рис.8.

 

 

Учень. Група «Розсіяні».

Фізична величина, що характеризує заломлювальні властивості лінзи та обернена до фокусної відстані, називається оптичною силою лінзи.
 Оптична сила лінзи позначається символом D та обчислюється за формулою       = D

де  F — фокусна відстань лінзи.

 Одиницею оптичної сили є діоптрія.
1 діоптрія (дптр) — це оптична сила такої лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1 м.
 Якщо лінза збиральна, то її оптична сила є додатною. Оптична сила розсіювальної лінзи є від'ємною. Наприклад, оптична сила лінз у бабусиних окулярах +3 дптр, а в маминих  -3 дптр. Це означає, що в бабусиних окулярах стоять збиральні лінзи, а в маминих — розсіювальні.

IV. Вивчення нового матеріалу.

  Лінзи.

Конспект учня.

Прозоре тіло, обмежене з двох боків сферичними поверхнями, називають лінзою.

Лінзи бувають збиральними та розсіювальними, а за формою — опуклі та увігнуті.
Лінза називається збиральною, якщо пучок паралельних променів, що падає на неї, після заломлення в лінзі перетинається в одній точці. Цю точку називають дійсним фокусом лінзи.
Лінза називається розсіювальною, якщо паралельні промені, що падають на неї, після заломлення в лінзі йдуть розбіжним пучком, однак продовження цих заломлених променів перетинаються в одній точці. Ця точка називається уявним фокусом лінзи.   Фізична величина, що характеризує заломлювальні властивості лінзи та є оберненою до фокусної відстані лінзи, називається оптичною силою лінзи .   = D . Оптична сила лінзи вимірюється в діоптріях (дптр).  

Лінійне збільшення лінзи  - це відношення висоти зображення до висоти предмета: Г=

          Побудова зображень, що дає  тонка лінза.

 Учитель.   Сьогодні  нікого не дивує, що можна побачити бактерії та інші мікроорганізми, роздивитися невидимі для неозброєного ока деталі рельєфу поверхні Місяця або помилуватися портретом, намальованим на маковому зернятку. Усе це є можливим тому, що за допомогою лінзи одержують різні за розміром зображення предметів.
  
Рис. 9. Отримання зображення полум'я свічки за допомогою збиральної лінзи

 

Учитель. Розташувавши послідовно запалену свічку, збиральну лінзу й екран, одержимо на екрані чітке зображення полум'я свічки (рис. 9). Зображення може бути як більшим, так і меншим за саме полум'я або рівним йому — залежно від відстані між свічкою і екраном. Щоб з'ясувати, за яких умов за допомогою лінзи утворюється те чи інше зображення предмета, розглянемо прийоми його побудови.

 

 Вчимося будувати зображення предмета, що дає тонка лінза
Учень . Група «Зібрані».

 Будь-який предмет можна уявляти як сукупність точок. Кожна точка предмета, що світиться власним або відбитим світлом, випускає промені у всіх напрямках.

 

Рис. 10. а) — побудова зображення A₁B₁ предмета у збиральній лінзі: предмет AB розташований за подвійним фокусом лінзи; б) — хід променів у фотоапараті.

Зобразимо схематично предмет стрілкою АВ і віддалимо його від лінзи на відстань, яка більша, ніж 2F (за подвійним фокусом) (рис. 10, а). Спочатку побудуємо зображення В₁ точки В. Для цього скористаємося двома «зручними» променями (промінь 1 та промінь 2). Ці промені після заломлення в лінзі перетнуться в точці В₁. Отже, точка В₁ є зображенням точки В. Для побудови зображення А₁ точки А із точки В₁ проведемо перпендикуляр на головну оптичну вісь L. Точка перетину перпендикуляра і осі L і є точкою А₁
  Отже, А₁В₁ і є зображенням предмета АВ, яке одержуємо за допомогою лінзи. Ми бачимо: якщо предмет розташований за подвійним фокусом збиральної лінзи, то його зображення, одержане за допомогою лінзи, є зменшеним, перевернутим, дійсним.

Учень . Група «Зібрані»

Рис. 11. а) — побудова зображення A₁B₁предмета у збиральній лінзі: предмет АВ розташований між фокусною і подвійною фокусною відстанями; б) — хід променів у проекційному апараті.

Якщо предмет розташований між фокусом і подвійним фокусо,. зображення предмета в цьому випадку є збільшеним, перевернутим, дійсним. Таке зображення дозволяє одержати проекційна апаратура на екрані.
Учень . Група «Зібрані».

 

 

 

 

Рис. 12. а) — побудова зображення А₁В₁ предмета у збиральній лінзі:

 Якщо предмет розташований між фокусом і лінзою, то його зображення буде збільшеним, прямим, уявним, розташованим з того самого боку від лінзи, що й сам предмет. Таке зображення можна отримати за допомогою лупи (рис. 12, б) або мікроскопа.

Група «Розсіяні».

Побудувати зображення предмета, які дає розсіювальна лінза.            

       

Рис.13.побудова зображення А₁В₁ предмета у розсіювальній лінзі:

Розсіювальна лінза завжди дає уявне, зменшене, пряме зображення предмета, розташоване з того самого боку від лінзи, що й сам предмет.
    Знайомимося з формулою тонкої лінзи
 Існує математична залежність між відстанню d від предмета до лінзи, відстанню f від зображення предмета до лінзи і фокусною відстанню F лінзи. Ця залежність називається формулою тонкої лінзи й записується так:

=

 Для розсіювальної лінзи: - = -

 V. Закріплення вивченого матеріалу

1.Записати формулу тонкої лінзи:

• а) збиральна лінза: =
• б) розсіювальна лінза: - = -

 2. Заповнити таблицю.

Відстань від предмета до лінзи d, м	Відстань від лінзи до зображення f, м	Характеристика зображення
d → ∞	f ≈ F
d ˃ 2F	2F  ˃ f ˃ F
d = 2F	f = 2F
2F ˃ d ˃ F	F ˃ 2F
d ≈ F	f → ∞
d˂ F	f ˂  0

3.Відкриємо програму MS Excel

■ Завдання для групи «Зібрані». Обчислити оптичну силу лінзи

№ з/п	Відстань від предмета до лінзи d, м	Відстань від лінзи до зображення f, м	Оптична сила лінзи D, дптр
1	0,16	0,24
2	0,27	0,15

 

 

 

 

 ■ Завдання для групи «Розсіяні». Обчислити фокусну відстань лінзи

 

№ з/п	Відстань від предмета до лінзи d, м	Відстань від лінзи до зображення f, м	Фокусна відстань лінзи F, м
1	0,16	0,24
2	0,27	0,15

 

■ Завдання для груп «Зібрані» і  «Розсіяні». Знайти лінійне збільшення

лінзи.

 

№ з/п	Відстань від предмета до лінзи d, м	Відстань від лінзи до зображення f, м	Лінійне збільшення лінзи Г, м
1	0,16	0,24

 

 

VI. Підсумки уроку
1.Учень. Група «Зібрані». Фізика й техніка в Україні.

 

                     Ізюмський казенний приладобудівний завод

 

 Оптико-електронні прилади

 

 

 

 

 

 

       

 

              Прилади наведення  9C816                              Прилад  наведення УСК-1

 

 

 

 

       

 

 

          Прилад  нічного баченняя для       Скло захисне з обігрівом СЭТ-5Л

        бронетанкової техніки ТВН-5М

 

 

 

 

 

      Окуляри 

   Ізюмський казенний приладобудівний завод

— провідне підприємство України з виготовлення оптичного скла. Завод випускає понад 200 марок кольорового та безбарвного скла, у тому числі волоконне, лазерне, молочне, фотохромне, з високим коефіцієнтом заломлення.
Завод є розробником і єдиним на території СНД виробником морських стаціонарних маяків, що працюють у телекерованому режимі.
Завод — єдине в нашій країні підприємство з виробництва сенситометричних приладів, необхідних для контролю якості кіно- та фотоматеріалів. На заводі розробляються й випускаються надточні лазерні далекоміри, а також серія високоточних оптико-механічних та оптико-електронних приладів.
2.Учень.  Група «Розсіяні». Фізика й техніка в Україні 

 

                                                       Завод «Арсенал»

 

 

 

 

 

 

 

 

    Фотоапарат «Київ – 88»                                               Фотоапарат «Салют»

 

  Державне підприємство завод «Арсенал» (м. Київ) було засноване в 1764 році як «арсенальні майстерні» для ремонту й виготовлення різних видів озброєнь, у тому числі артилерійських. З 1946 року підприємство перепрофілювалося на випуск оптичних, оптико-механічних і оптико-електронних приладів. Усі космічні старти колишнього СРСР і Росії забезпечувались оптико-електронними системами орієнтування, випущеними на заводі «Арсенал».
   Одним із найвідоміших видів продукції заводу є фототехніка, історія якої почалася з першої масової фотокамери «Київ-2» (1949 р.). Фотоапарати, створені арсенальцями, використовувалися для фотозйомки з борту космічних кораблів серії «Восток», «Союз»,  кораблів серій «Луна» і «Зонд», орбітальної станції «Салют», а також у відкритому космосі.

3.Учень. Залежно від виду лінзи (збиральна чи розсіювальна) і місця розташування предмета відносно цієї лінзи одержують різні зображення предмета за допомогою лінзи. Таким чином, за типом зображення можна судити як про вид лінзи, так і про місце розташування предмета відносно неї. Відстань d від предмета до лінзи, відстань f від зображення до лінзи і фокусна відстань F пов'язані формулою тонкої лінзи:

=

Користуючись формулою тонкої лінзи для розв'язування задач, слід мати на увазі: відстань f (від зображення предмета до лінзи) слід брати зі знаком мінус, якщо зображення є уявним, і зі знаком плюс, якщо зображення є дійсним; фокусна відстань F збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної — від'ємною.

4. Аналіз роботи учнів. Виставлення оцінок.

5.Рефлексія.

● ми познайомилися з двома видами …

● навчилися будувати …

● вивчили формули:

   □ тонкої лінзи…

   □ оптичної сили лінзи…

   □ лінійного збільшення лінзи…

● в програмі MS Excel обчислили …

● отримали інформацію про два заводи…

VII. Домашнє завдання.

Вивчити § 15 стор. 93 – 98.

Розв’язати задачі: Впр.15( 5 – 8)