Оптические приборы

Урок № Тема: Оптические приборы

Цель урока:

Показать учащимся, каким образом исследование оптических явлений способствовало развитию умений управлять ходом световых лучей и кон­струированию различных оптических приборов.

Демонстрации:

1. Фотоаппарат, его устройство.

2. Проекционный аппарат.

3. Лупа, микроскоп; модель телескопа.

Ход урока

Письменная проверочная ра­бота по теме «Формула тонкой линзы».

Уровень 1

1. Что такое диоптрия? Чему она равна?

2. Оптическая сила линзы 10 дптр. Чему равно ее фокусное расстояние?

Уровень 2

1. На каком расстоянии от собирающей линзы с фокусным расстоянием 20 см получится изображение предмета, если сам предмет находится от линзы на расстоянии 15 см?

2. Найдите фокусное расстояние и оптическую силу собирающей лин­зы, если известно, что изображение предмета, помещенного на рас­стоянии 30 см от линзы, получается по другую сторону линзы на та­ком же расстоянии от нее.

Уровень 3

1. Определите оптическую силу рассеивающей линзы, если известно, что предмет расположен перед ней на расстоянии 40 см, а мнимое изображение находится на расстоянии 160 см от линзы.

2. Если расстояние от предмета до линзы 36 см, то высота изображения 10 см. Если же расстояние от предмета до линзы 24 см, то высота изображения 20 см. Определите фокусное расстояние линзы.

Уровень 4

1. С помощью тонкой линзы получается увеличенное в два раза дейст­вительное изображение плоского предмета. Если предмет сместить на 1 см в сторону линзы, то изображение будет увеличенным в три раза. Чему равно фокусное расстояние линзы?

2. Между пламенем свечи высотой 3 см и стеной ставят собирающую линзу, которая дает на стене изображение пламени высотой 6 см. Линзу можно передвинуть так, что на стене опять будет четкое изо­бражение пламени. Какую высоту будет иметь это изображение?

Повторение.

1. От чего зависит характер изображения, даваемого собирающей линзой?

2. Каким является изображение предмета, расположенного за двойным фокусом собирающей линзы? Рассеивающей линзы?

3. Каким является изображение предмета, находящегося между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы?

4. Каким является изображение предмета, расположенного между собира­ющей линзой и ее фокусом?

5. Где должен находится предмет, чтобы его изображение в собирающей линзе было равным самому предмету?

6. Каким является изображение предмета, даваемое рассеивающей линзой?

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Классификация оптических приборов.

2. Фотоаппарат, проекционные аппараты.

3. Лупа, микроскоп, телескоп.

Классификация оптических приборов

Все оптические приборы можно разделить на две группы:

а) приборы, при помощи которых получают оптические изображения на экране (проекционные аппараты, фотоаппараты, киноаппараты и др.);

б ) приборы, которые действуют только совместно с человеческим глазом и не образуют изображений на экране (лупа, микроскоп и различные прибо­ры телескопической системы, бинокли и подзорные трубы). Такие приборы называют визуальными.

Подзорная труба Бинокль

Фотоаппарат

Фотография была изобретена в 30-х годах XIX века и прошла долгий путь развития. Современная фотография, ставшая малоформатной, моменталь­ной, цветной, стереоскопической, нашла широчайшее применение во всех областях нашей жизни. Велика ее роль в исследовании природы. Фотография позволяет рассматривать различные объекты (от микроскопических до кос­мических), невидимые излучения и т.д. Всем известно значение художествен­ной фотографии, детищем которой является кино.

Основными частями фотоаппарата являются непрозрачная камера и сис­тема линз, называемая объективом. Простейший объектив представляет со­бой одну собирающую линзу. Объектив создает вблизи задней стенки камеры действительное перевернутое изображение фотографируемого предмета. В большинстве случаев предмет находится на расстоянии, большем двойного фокусного, поэтому изображение получается уменьшенным. В том месте, где получается изображение, помещается фотопленка или фотопластинка, покрытая слоем светочувствительного вещества - фотоэмульсией.

Фотографируемые предметы могут находится на разных расстояниях от аппарата, следовательно, расстояние между объективом и пленкой также необходимо изменять, что осуществляется обычно перемещением объектива.

Световая энергия, попадающая на светочувствительный слой, дозируется фотографическим затвором, который даст доступ свету лишь на определенное время - время экспозиции. Время экспозиции зависит от чувствительности фотоэмульсии и от освещенности пленки, которая зависит, в частности, от диаметра объектива. Диаметр действующей части объектива можно менять с помощью диафрагмы и этим регулировать освещенность фотопленки.

Но диафрагма играет еще и другую роль. Уменьшая отверстие диафрагмы, можно добиться того, что изображение предметов, находящихся на различных расстояниях от аппарата, будут достаточно четкими. Возрастает, как говорят, глубина резкости.

Вывод: необходимо, прежде всего отметить, что изображение в фотоаппарате строится не линзой, а с помощью малого отверстия (камера-обскура). Лин­за нужна для получения более качественного изображения. Особое внима­ние следует обратить на роль диафрагмы.

Д иафрагмирование приводит к повышению резкости изображения. При фотографировании объемных тел как раз и стоит проблема повышения рез­кости изображения, или, другими словами, проблема увеличения глубины резкости.

Сегодня можно встретить фотоаппараты пленочные и цифровые.

Проходя через объектив фотокамеры, в пленочном фотоаппарате изображение фокусируется на фотопленке и на ней сохраняется.

В цифровой фотокамере изображение получается на специальном светочувствительном элементе, а затем сохраняется в электронной памяти фотоаппарата.

Проекционные аппараты

С помощью проекционных аппаратов на экране получают действитель­ное увеличенное изображение рисунков, чертежей, фотографий и т. п.

Проектирование прозрачных объектов (диафильмов, диапозитивов) на­зывается диапроекцией, непрозрачных объектов (рисунков, фотографий, чертежей) - эпипроекцией.

Следует подробно остановиться на роли конденсора (короткофокусной линзы). Роль конденсора заключается в создании на экране равномерно освещенного поля, позволяющего получить изображение диапозитива без искажения контрастности его частей.

Лупа

Л упой называется двояковыпуклая линза с небольшим фокусным рас­стоянием (от 10 до 1 см). Лупа является простейшим прибором, позволяю­щим увеличить угол зрения.

Наш глаз видит только те предметы, изображение которых получается на сетчатке. Чем больше изображение предмета на участке или чем под большим углом зрения мы рассматриваем этот предмет, тем отчетливее его различаем. Многие предметы малы и видны с расстояния наилучшего зре­ния под углом зрения, близким к предельному. Лупа увеличивает угол зре­ния, а также и изображение предмета на сетчатке глаза, поэтому видимые размеры предмета увеличены по сравнению с его действительными разме­рами.

Микроскоп

Для получения больших угловых увеличений (порядка несколько сот) при­меняют микроскоп.

О пр. Приборы, с помощью которых можно разглядеть очень маленькие объекты, такие как бактерии, клетки живого организма, называются микроскопами.

Современные микроскопы позволяют увеличить исследуемый объект до 1500 раз.

Прибор состоит из двух систем линз: объектива и окуля­ра. 11редмет располагается непосредственно за фокусом объектива, при помощи которого достигается действительное увеличенное изображение.

Необходимо подчеркнуть, что принцип действия микроскопа сводится к последовательному увеличению угла зрения сначала объективом, а затем окуляром.

Телескопы

Н а значение телескопа - собрать как можно больше света от исследуе­мою объекта и увеличить его видимые угловые размеры.

Основной оптической частью телескопа служит объектив, который со­бирает

свет и создает изображение источника.

Если объектив телескопа представляет собой линзу или систему линз, то телескоп называют рефрактором, а если вогнутое зеркало - то рефлектором.

Собираемая телескопом световая энергия зависит от размеров объекти­ва. Чем больше площадь его поверхности, тем более слабые светящиеся объекты можно наблюдать в телескоп. Изображение небесного объекта, построенное объективом, можно либо рассматривать через линзу, начинае­мую окуляром, либо фотографировать.

Решение задач

Задача 1

Устройство фотоаппарата очень напоминает устройство глаза, однако «наводка на резкость» в фотоаппарате и в глазу происходит по-разному. В чем заключается это различие?

Задача 2

Какова высота изображения человека на пленке, если рост человека 1,8 м, а съемка производится с расстояния 3 м? Считайте, что объектив можно рассматривать как одну собирающую линзу с фокусным расстояни­ем 50 мм.

Задача 3

При космической фотосъемке с высоты 100 км используют объектив с фокусным расстоянием 50 см. Каковы размеры полученного на фотопленке изображения школьного двора размерами 50 х 50 м?

Домашнее задание: подготовиться к контрольной работе по теме «Световые явления».