Линзы. Оптическая сила линзы.

Урок № Тема: Линзы. Оптическая сила линзы.

Цель урока: дать знания о линзах, их физических свойствах и характеристиках.

Демонстрации:

1. Выпуклые и вогнутые линзы.

2. Прохождение света сквозь собирающую линзу.

3. Прохождение света сквозь рассеивающую линзу.

Ход урока

Повторение. Проверка знаний

1. Какое явление называется преломлением света? В чем его суть?

2. Какие наблюдения и опыты наводят на мысль об изменении направ­ления распространения света при переходе его в другую среду?

3. В каком случае угол преломления луча равен углу падения?

4. Какой угол - падения или преломления - будет больше в случае перехода луча света из воздуха в стекло?

5. Почему, находясь в лодке, трудно попасть копьем в рыбу, пла­вающую невдалеке?

6. Любой водоем, дно которого хорошо видно, всегда кажется мельче, чем в действительности. Почему?

7. Почему изображение предмета в воде всегда менее ярко, чем сам предмет?

8. Если посмотреть на окружающие тела через теплый воздух, под­нимающийся от костра, то они кажутся «дрожащими». Почему?

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Линзы. Два вида линз.

2. Ход пучков света через собирающую линзу.

3. Ход пучков света через рассеивающую линзу.

4. Оптическая сила линзы

1. Линзы. Два вида линз

Явление преломления света лежит в основе действия линз и многих оптических приборов, служащих для управления световыми пучками и по­лучения оптических изображений.

Опр. Линза - это оптически прозрачное тело, ограниченное сфериче­скими поверхностями.

Существует два вида линз: а) выпуклые и б) вогну­тые.

Выпуклые линзы бывают: двояковыпуклыми, плосковыпуклыми, вогну­то-выпуклыми (положительный мениск - утолщение к середине).

Вогнутые линзы могут быть: двояковогнутыми, плосковогнутыми, вы­пукло-вогнутыми (отрицательный мениск - утолщение к краю).

В школьном курсе физики изучаются так называемые тонкие линзы.

Опр. Линза, толщина которой много меньше радиусов кривизны ее по­верхностей, называется тонкой линзой.

Опр. Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в сходящийся и собирают его в одну точку называют собирающими линзами.

Собирающие – выпуклые линзы (середина линзы толще краев):

Опр. Линзы, ко­торые преобразуют пучок параллельных лучей в расходящийся - рассеи­вающими.

Рассеивающие – вогнутые линзы (края толще середины):

Основные параметры и действие собирающей линзы рекомендуется изучать с помощью двояковыпуклой цилиндрической линзы. Для этого пучок света направляют на двояковыпуклую линзу и наблюдают собираю­щее действие такой линзы: каждый луч из падающего на линзу пучка света после преломления ею отклоняется от своего первоначального направле­ния, приближаясь к главной оптической оси.

1. Ход пучков света через собирающую линзу.

Демонстрируя собираю­щее действие двояковыпуклой линзы, важно обратить внимание учащихся на то, что указанное отклонение лучей собирающей линзой имеет место всегда при любом угле падения луча на линзу. Это утверждение подтвер­ждается опытом, в котором светящаяся точка перемещается вдоль главной оптической оси по направлению к линзе. Описанные здесь опыты естест­венным образом подводят учащихся к понятиям фокуса и фокусного рас­стояния линзы.

• Собирающие - параллельные лучи ,проходящие через линзу, собираются в точке, лежащей на оптической оси – главном фокусе (F).

• Рассеивающие - параллельные лучи, проходящие через линзу, расходятся. Их мнимые продолжения собираются в мнимом фокусе (F).

• Лучи, проходящие через оптический центр линзы, не преломляются.

1. Ход пучков света через рассеивающую линзу.

Аналогичным образом рассматривается вопрос о действии и параметрах рассеивающей линзы. На рисунке представлен ход пучка света, преломленного рассеивающей лин­зой. При этом легко убедиться, что независимо от расположения светящей­ся точки по отношению к двояковогнутой линзе, последняя всегда форми­рует только расходящийся пучок света. Нетрудно убедиться также, что угол раствора сформированного вогнутой линзой пучка света всегда оказы­вается больше угла раствора пучка, падающего на линзу. Именно поэтому рассматриваемая линза и называется рассеивающей.

Основываясь на экспериментальных данных, можно сделать вывод: фо­кус рассеивающей линзы мнимый.

Вопросы учащимся:

- Почему фокус рассеивающей линзы называется мнимым?

- Чем отличается действительное изображение точки от мнимого?

- По какому признаку можно узнать: собирающая эта линза или рассеивающая, если судить только по форме?

Обобщая результаты приведенных выше опытов, целесообразно обра­тить внимание учащихся на то, что действие линз различной конфигурации (плосковыпуклая, плосковогнутая, вогнуто-выпуклая и т. д.) в конечном счете бывает либо собирающим, либо рассеивающим. Если средняя часть линзы толще, чем ее края, то линза будет собирающей, а если наоборот, то - рассеивающей.

После демонстрации хода лучей через выпуклые и через вогнутые лин­зы можно графически показать основные параметры линз:

• оптический центр линзы;

• оптические оси линзы и главную оптическую ось линзы;

• главные фокусы линзы (действительные и мнимые) и фокальную плоскость.

1. Оптическая сила линзы

Кроме фокусного расстояния F, линзы часто характеризуют оптической силой.

Опр. Преломляющую способность линзы характеризует величина, называемая оптической силой линзы. D =

Оптическая сила больше у той линзы, у которой фокусное расстояние меньше.

- как по внешнему виду линз можно узнать, у какой из них больше оптическая сила?

За единицу оптической силы принята диоптрия (1 дптр = 1 ).

Т.е. 1 дптр - это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием F = 1 м.

Оптическую силу собирающей линзы условились считать положительной, а оптическую силу рассеивающей линзы - отрицательной, т.е. оптическая сила собирающих линз D 0, т.к. F 0. Для рассеивающих линз D 0, т.к. F 0.

- чем отличаются друг от друга линзы, оптическая сила одной из которых равна + 1,5 дптр, а другой - 1,5 дптр?

Практический интерес представляет случай нескольких близкорасположенных линз.

В этом случае оптическая сила системы линз равна сумме (обязательно с учетом знака) оптических сил отдельных линз: = + + …

Справедливость этой формулы можно показать, подобрав собирающую и рассеивающую линзы с практически одинаковыми по величине оптическими силами. Сложив их вместе, мы получим в результате обычное плоское стекло: никакого увеличения или уменьшения рассматриваемого предмета наблюдаться не будет.

Закрепление изученного материала

1. Почему выпуклую линзу называют собирающей?

2. Почему вогнутую линзу называют рассеивающей?

3. Почему в солнечный летний день нельзя поливать цветы в саду?

4. Склеив два выпуклых стекла от часов, можно получить воз­душную выпуклую линзу. Если такую линзу поместить в воду, то будет ли она собирающей линзой?

Домашнее задание: §66 учебника; вопросы к параграфу, упр. 33; № 1583, 1585, 1586, 1589.

Материал для учителя

Антони ван Левенгук (1632-1723)

Обычная капелька росы, размером чуть больше миллиметра, - это ко­роткофокусная прозрачная линза с очень гладкой поверхностью и почти сферической формой.

По сути дела, росинка - это аналог первой линзы объектива современ­ного оптического микроскопа. Но экспериментировать с росинками не очень удобно - они легко стекают с листа растения или испаряются. На­дежнее проводить наблюдения с искусственными, стеклянными «росинка­ми». Удивительных результатов в этом направлении достиг голландский торговец мануфактурой Антони ван Левенгук (1632- 1723), всю жи ли, по­святивший изготовлению и совершенствованию однолинзовых микроско­пов и наблюдениям с помощью этих чудесных прибором. Основой заготов­ки каждого объектива Левенгуку служил, видимо, маленький стеклянный шарик, который он выплавлял над пламенем горелки из стеклянной нити. Не случайно Левенгук стал членом Лондонского Королевского общества и одним из самых знаменитых людей своей эпохи.

Для своих микроскопических наблюдений Левенгук обычно пользовал­ся придуманным и сконструированным им самим простым микроскопом, т. е. лупой, снабженной механическим устройством для фиксировании и фокусировки объекта.

Единственная более или менее короткофокусная линза этого микроско­па была наглухо закреплена между двумя металлическими пластинками, каждая с точечным круглым отверстием, служившим для прохождения света. При помощи подвижной скобы к пластинкам прикреплялся вертикальный винт (ручка) с небольшим столиком на верхнем конце. Столик нес вращающуюся иглу для фиксирования объекта; горизонтальный вит, про ходивший сквозь столик и упиравшийся в пластинку, позволял менять рас­стояние столика от пластинки и вместе с тем - расстояние объекта от линзы, т. е. фокусировать объект.

Приведем отрывок из книги ученого-бактериолога Поля де Крюм «Охотники за микробами», описывающий, как работал Левенгук:

«Замечательно забавно смотреть через линзу и видеть предметы увели­ченными во много раз. Что же, покупать для этого линзы? Ну, нет! Не та­ков был Левенгук. В течение двадцати лет неизвестности он ходил к опти­кам и обучался у них искусству обтачивать и шлифовать стекла. Он посе­щал алхимиков и аптекарей, совал свой нос в их тайные способы выплав­лять металлы из руд и понемногу научился обращаться с золотом и сереб­ром. Это был чрезмерно упорный и настойчивый человек; он не довольст­вовался тем, что его линзы были так же хороши, как у лучших мастеров Голландии, - нет, они должны быть лучше самых лучших! И добившись этого, он все еще сидел и возился с ними много часов подряд. Затем он вставлял эти линзы в небольшие оправы из меди, серебра или золота, кото­рые он сам вытачивал на огне, среди адского дыма и чада.

В наше время исследователь покупает за сравнительно небольшие день­ги изящный блестящий микроскоп, поворачивает винт, заглядывает в оку­ляр и делает свои открытия, мало задумываясь о том, как устроен микро­скоп. Но Левенгук сам делал свои инструменты.

Конечно, его соседи думали, что он немного «тронулся», но он упорно продолжал жечь и калечить свои пальцы. Он весь ушел в работу, забывая о семье и друзьях, просиживая целые ночи напролет в своей тихой странной лаборатории. И в то время как добрые соседи над ним исподтишка посмеи­вались, л от человек научился делать мельчайшие линзы, размером меньше 1/8 дюйма в диаметре, и притом настолько симметричные, настолько точ­ные, что они ему показывали самые мелкие предметы в сказочно огромном и ясном виде».

Де Крюн назвал Левенгука первым охотником за микробами.