Лінзи та їх характеристики. Побудова зображень за допомогою лінз. Формула тонкої лінзи. Оптичні прилади та їх застосування.

Про матеріал

формування знань студентів про різні види лінз, оптичні властивості збиральної та розсіювальної лінзи та формули тонкої лінзи; вивчити особливості ходу променів у лінзах та, навчити будувати, розв’язувати задачі на використання формули лінзи; виховувати інтерес до точних наук, уміння працювати індивідуально та в групах.

Перегляд файлу

Предмет: фізика.

Спеціальність: «Сестринська справа», «Фармація», «Лікувальна справа».

Тема. Лінзи та їх характеристики. Побудова зображень за допомогою лінз. Формула тонкої лінзи. Оптичні прилади та їх застосування.

Навчальна мета: формування знань студентів про різні види лінз,

оптичні властивості збиральної та розсіювальної лінзи та формули

тонкої лінзи; вивчити особливості ходу променів у лінзах та, навчити

будувати, розв’язувати задачі на використання формули лінзи;

виховувати інтерес до точних наук, уміння працювати індивідуально та

в групах.

Розвивальна мета: розвивати логічне мислення та пам'ять.

Виховна мета: виховувати спостережливість, кмітливість.

Тип уроку : комбінований.

Обладнання: збиральна лінза, розсіювальна лінза, лінійка, олівець.

ХІД ЗАНЯТТЯ

Організаційний момент.

II. Перевірка домашнього завдання.

Індивідуальне опитування (розв’язування задач на дошці).

Задача 1. Кут між падаючим променем і поверхнею віддзеркалення складає 50⁰ . Чому дорівнює кут падіння; кут відбивання; кут між падаючим і відбитим променем? У скільки разів кут між падаючим та відбитим променями більший, ніж кут падіння?

Відповідь: 40⁰, 40⁰, 80⁰, у два рази.

Задача 2.Чому дорівнює кут падіння, якщо світловий промінь падає перпендикулярно до поверхні віддзеркалення.

Відповідь: 0⁰

Задача 3. Кут падіння збільшився на 20⁰. На скільки збільшиться кут між падаючим та відбитим променями.

Відповідь: 40⁰

Фронтальне опитування.

В чому полягає закон заломлення світла?

Орієнтовна відповідь. Закон заломлення світла визначає розповсюдження променя світла, який падає на плоску границю розділу двох середовищ.

Як записується закон заломлення світла?

Орієнтовна відповідь. ,

де $\theta_1$ - кут падіння, $\theta_2$ - кут заломлення, та - показники заломлення двох середовищ.

Що називають кутом заломлення?

Орієнтовна відповідь. Кут заломлення - це кут між перпендикуляром і заломлюючим променем.

Відносний показник заломлення це -

Орієнтовна відповідь. Фізична величина, яка дорівнює відношенню абсолютного показника другого середовища, до абсолютного показника першого.

Як визначити відносний показник заломлення через швидкість?

Орієнтовна відповідь. Позначимо через - швидкість світла в першому середовищі, а через - швидкість світла в другому середовищі. Тоді відносний показник – це фізична величина, яка дорівнює швидкості світла першого середовища, до швидкості світла другого середовища.

Що саме показує відносний показник заломлення?

Орієнтовна відповідь. Відносний показник показує у скільки разів швидкість світла в першому середовищі більша за швидкість світла в другому середовищі.

III. Вивчення нового матеріалу.

План

Лінзи та їх характеристики.
Побудова зображень за допомогою лінз.
Формула тонкої лінзи. Оптична сила лінзи.
Оптичні прилади та їх застосування.
Дефекти зору та їх корекція.

Невігласи зневажають науку,

неосвічені люди захоплюються нею,

а мудреці користуються нею.

Френсіс Бекон

Інтерактивна вправа «Асоціативний кущ» з ключовим словом «лінза».

1. Лінзи та їх характеристики.

Лінза – це прозоре тіло обмежене двома сферичними поверхнями. Існують такі види лінз.

Збиральна лінза.

Мал. 1

Лінія яка проходить через центр лінзи і через центр сферичних поверхонь називається – головна оптична вісь.

Мал. 2

Будь яка лінія, яка проходить через центр лінзи називається – побічна оптична вісь.

Пропустимо крізь збиральну лізу пучок паралельного проміння. Ми побачимо, що всі промені зберуться в одну точку. Точка, в якій збираються всі промені називається – фокусом. Позначається буквою F.

Збиральна лінза має два дійсних фокуси.

Розсіювальна лінза.

Мал. 3

О₁– центр першої сферичної поверхні;

О₂ – центр другої сферичної поверхні.

О – центр лінзи.

Направимо на розсіювальну лінзу пучок паралельного проміння.

Промені будуть розсіюватись в різні сторони. Розсіювальна лінза не має дійсних фокусів, вона дає тільки уявне зображення.

2. Побудова зображень за допомогою лінз.

Для побудови зображень у лінзах ми будемо користуватись такими зручними променями.

Промінь, що проходить через оптичний центр, - не заломлюється.
Промінь, що проходить паралельно до головної оптичної осі, заломлюючись, проходить через фокус.

Будуємо зображення:

Предмет, розташований за подвійною фокусною відстанню лінзи.

(1)

Лінза дає зменшене, перевернуте, дійсне зображення предмета, яке лежить по другий бік лінзи, між її фокусом і подвійним фокусом.

Мал. 4

Предмет, розташований на подвійній фокусній відстані лінзи:

(2)

Лінза, дає рівне, перевернуте, дійсне зображення предмета, яке лежить по другий бік лінзи, на подвійній фокусній відстані.

Мал. 5

Предмет розташований між фокусом лінзи та її подвійним фокусом:

(3)

Лінза, дає збільшене, перевернуте, дійсне зображення предмета, яке лежить по другий бік лінзи, за подвійною фокусною відстанню.

Мал. 6

Предмет, що поміщений у фокус лінзи:

(4)

Мал. 7

Зображення предмета буде розмитим.

Предмет розташований між лінзою та її фокусом:

(5)

Зображення предмета збільшене, уявне, пряме, і розташоване по той самий бік лінзи, що й предмет.

Мал. 8

Розглянемо тепер зображення, що отримуються розсіювальною лінзою. Розсіювальна лінза не дає дійсних зображень, оскільки промені, які проходять крізь неї розходяться.

Яким би не було розташування предмета, лінза дає зменшене, уявне, пряме зображення, яке лежить по той самий бік лінзи, що й предмет.

3. Формула тонкої лінзи. Оптична сила лінзи.

Виведемо формулу, що визначає оптичну силу тонкої лінзи через співвідношення її фокусної лінзи (F), відстані від предмета до лінзи (d), і відстань від лінзи до зображення (f). Візьмемо збиральну лінзу і розташуємо предмет АВ на відстані d перед нею. Побудуємо зображення А₁В₁ предмета АВ, скориставшись двома променями, що виходять із точки А (на рисунку фокуси позначені F₁ i F₂ ).

Мал. 9

Позначимо через h висоту предмета AB, а через H – висоту зображення A₁B_1.Враховуючи, що OB=d, OB₁=f, із подібності трикутників OBA і OB₁A_1,а також COF₂ і A₁B₁F₂ (пари подібних трикутників на рисунку виділені по - різному) отримуємо:

; (6)

Прирівнюючи праві частини цих співвідношень знаходимо: fF+dF=fd; розділивши це рівняння на Fdf отримуємо:

(7)

З даного доведення знаходимо формулу збільшення лінзи.:

; або (8)

Якщо лінза збиральна, а зображення уявне, то:

(9)

Якщо лінза розсіювальна, то:

(10)

Заломлювальну здатність лінзи характеризує величина, що називається оптичною силою лінзи. Оптична сила є більшою в тієї лінзи, у якої фокусна відстань менша. Позначаючи оптичну силу лінзи літерою D, отримаємо:

(11)

За одиницю оптичної сили взята діоптріа (1дптр).

Оптичну силу збиральної лінзи домовились вважати додатною, а оптичну силу розсіювальної лінзи від’ємною.

4. Оптичні прилади та їх застосування.

Ми не будемо зупинятись докладно на конструктивних деталях приладів, а зосередимось саме на характеристиці принципів роботи і будови їхньої оптики.

Усі оптичні прилади можна поділити на дві групи:

прилади, за допомогою яких отримують оптичні зображення на екрані. До них належать проекційні апарати, фотоапарати, кіноапарати та інші;

прилади, що діють тільки разом із людським оком і не утворюють зображень на екрані. До них належать лупа, мікроскоп та інші. Такі прилади називають візуальними.

6. Дефекти зору. Та їх корекція.

Робота ока і зорове сприйняття видимого світу являють собою складні фізичні, фізіологічні та психічні процеси. Для розуміння принципу дії візуальних приладів слід знати будову та оптичні властивості ока.

На початку заняття коротко слід зупинитися на анатомічній будові ока.

Мал. 10

Розглянувши модель ока можна сказати що око складається з: склеруи(1), рогова оболонка (2), райдужна оболонка (3), кришталик (4), очні м’язи (5), сітківка (6), зоровий нерв (7).

Рогівка, водяниста волога, кришталик і склоподібне тіло утворюють оптичну систему, аналогічну тонкій лінзі з оптичною силою 58,5 діоптрії (F= 17,2 мм). Оптичний центр цієї системи розташований на відстані близько 5 мм від рогівки.

Як же утворюється і сприймається оком зображення?

Світло, що проникає в око, заломлюється на передній поверхні ока, у рогівці, кришталику і склоподібному тілі, завдяки чому на сітківці утворюється дій- сне, зменшене, перевернуте зображення предметів, що розглядаються.

Коли людина народжується, то вона бачить усе, як на сітківці, тобто перевернуте зображення, але потім, із часом, у дитини виробляється рефлекс і вона бачить нормально. (Якщо до маленької дитини, яка лежить у ліжечку, піднести брязкальце з яскравою ручкою, то вона намагатиметься схопити цю ручку з протилежного боку).

Око має однаково добре бачити предмети, розташовані на різних відстанях від нього. Як би не змінювалася відстань від предмета до ока, на сітківці має вийти чітке зображення. З формули тонкої лінзи бачимо, що це можливе лише в тому випадку, якщо одночасно змінюється фокусна відстань.

Зміна оптичної сили ока і його фокусної відстані відбувається за рахунок зміни радіусів кривизни поверхні кришталика. Це явище називається акомодацією.

Акомодація відбувається мимоволі. Як тільки погляд переводиться з одного предмета на інший, порушується різкість зображення, про що до мозку моментально надходить сигнал.

Мал. 11

Завдяки акомодації зображення предметів, що розглядаються, виникає на сітківці ока. Це можливе, якщо око нормальне. Однак унаслідок різних причин оптична система ока може трохи змінитися, що призводить до виникнення короткозорості або далекозорості.

Короткозорість — далека точка лежить на скінченій відстані, іноді дуже близько від ока, унаслідок чого зображення віддаленого предмета виникає не на сітківці, а перед нею.

Далекозорість — віддалення близької точки від ока, що призводить до отримання зображення за сітківкою.

Ці вади очей можна усунути за допомогою лінз (окулярів).

У короткозорого ока зображення виникає перед сітківкою. Щоб воно пересунулося на сітківку, необхідно зменшити оптичну силу заломлювальної системи ока. Для цього застосовують розсіювальну лінзу.

У далекозорого ока необхідно збільшити оптичну силу, щоб зображення потрапило на сітківку. Для цього використовують збиральну лінзу.