Інформація для вчителів
Застосування
Формування зображення об'єктивом
Ми всі щодня користуємося оптичними приладами. Це камери мобільних телефонів, фотоапарати, мікроскопи, біноклі та багато-багато інших.
Усі вони використовують лінзи, щоб уможливити формування зображення предметів. Часто це поєднання опуклих і ввігнутих лінз.
Цей дослід присвячений тому, як опуклі лінзи формують зображення, і таким чином закладає основу для розуміння оптичних приладів.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають бути попередньо ознайомлені з основами прямолінійного поширення світла, а також із поняттям дифракції.
Принцип
У зв'язку з дослідами із заломлення світла цей дослід має особливе значення. Знання про закон заломлення закріплюються й переносяться на новий матеріал. Водночас у цьому досліді учень знайомиться з оптичною лінзою, яку найчастіше застосовують у виготовленні оптичних приладів.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Завдання
Основна увага в досліді приділяється спостереженню за ходом паралельно падаючих пучків світла, зібраних опуклою лінзою, і закріпленню поняття «фокус». Крім того, експериментально досліджується хід трьох вибраних пучків світла і створюється загальне підґрунтя для розуміння утворення зображення, яке розглядатимуть пізніше.
Дослідження ходу світла крізь плоскоопуклу лінзу.
Дослідження ходу вибраних пучків світла, які падають на плоскоопуклу лінзу.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Оскільки плоскоопуклу лінзу, яку використовують у досліді, вже не можна вважати «тонкою», оптичний центр (головна площина H') лежить усередині лінзи. Тому визначення фокусної відстані за допомогою відстані M̅F'̅ не є точним.
Проте для якісних уявлень, важливих на початковому етапі навчання, описаний спосіб відповідає вимогам.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Вказівки щодо складання та виконання
У цьому досліді слід звернути особливу увагу на те, щоб учень дуже ретельно виконав юстування дослідної установки за допомогою пучка світла, що падає вздовж оптичної осі, - це потрібно, щоб дістати однозначний і переконливий результат досліду та набути навичок для подальших дослідів.
Також слід стежити за тим, щоб плоский бік плоскоопуклої лінзи точно прилягав до вертикальної лінії перехрестя. Виконані налаштування за потреби треба перевіряти під час виконання, якщо лінза зсунулася через зміну положення освітлювача.
Рекомендується заздалегідь накреслити тонкі допоміжні лінії. Спостереження за накресленими ходами променів і подальше їх доповнення також для ділянки всередині лінзи дають добрі підстави для закріплення як закону заломлення, так і ходу променів у призмі.
Правила безпеки
- Галогенні лампи при тривалому використанні нагріваються
- Уникайте дивитися прямо в джерело світла
Інформація для учнів
Мотивація
Оптичні прилади:
Біноклі, камери мобільних телефонів чи мікроскопи ми використовуємо часто, якщо не щодня, не замислюючись, що ж у них насправді всередині.
В оптичних приладах це здебільшого поєднання різних лінз із різними оптичними властивостями. Одну з таких лінз і те, як вона формує зображення, пояснює цей дослід.
Бінокль
Завдання
Схема досліду
Як проходить світло крізь лінзу?
- Досліди хід світла крізь плоскоопуклу лінзу.
- Досліди хід вибраних пучків світла, які падають на плоскоопуклу лінзу.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 | 2 | Модельне тіло, плоскоопукле, f = +100 мм | 09810-04 | 1 | 3 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Білий папір (DIN A4) | 1 |
| 2 | Циркуль | 1 |
| 3 | Лінійка (прибл. 30 см) | 1 |
Складання (1/2)
Креслення перехрестя ліній
Увага!
Стеж за тим, щоб під час усіх дослідів лінза лежала плоскою поверхнею точно на вертикальній лінії перехрестя і щоб модельне тіло не змінювало свого положення під час пересування освітлювача.
1. Хід світла крізь плоскоопуклу лінзу.
Накресли посередині аркуша паперу прямокутне перехрестя ліній. Точка перетину ліній - M. Познач на вертикальній лінії по одній позначці на відстані 3 см від M у кожен бік.
Складання (2/2)
Під'єднання освітлювача
- Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
- Постав освітлювач боком з лінзою, але без діафрагми, біля краю аркуша.
- Поклади плоскоопуклу лінзу плоскою поверхнею на вертикальну лінію перехрестя між обома позначками (шорстким боком донизу).
Виконання (1/9)
Зміна кута падіння світла
Поспостерігай за ходом світла при проходженні крізь лінзу.
Пересунь освітлювач так, як показано на рисунках.
Знову поспостерігай за ходом світла й запиши свої спостереження у протокол.
Виконання (2/9)
Використання трищілинної діафрагми
- Встав трищілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи й постав його на відстані приблизно 10 см навпроти опуклої поверхні модельного тіла. Середній пучок світла має при цьому падати точно вздовж оптичної осі.
- Якщо після проходження крізь лінзу він не йде далі по оптичній осі, обережно посунь лінзу трохи вздовж вертикальної лінії.
Виконання (3/9)
Обрис лінзи
- Познач тонкою олівцевою лінією обриси лінзи. Утворюється точка перетину S з оптичною віссю.
Опиши хід вузьких пучків світла при проходженні крізь лінзу, особливо в ділянці всередині лінзи.
Познач завжди двома хрестиками хід верхнього й нижнього пучків світла до і після проходження крізь лінзу.
Познач точку перетину пучків світла на оптичній осі й назви її F'.
З'єднай відповідні хрестики так, щоб став видимим хід усіх пучків світла до і після проходження крізь лінзу.
Виконання (4/9)
Розташування кювети
2. Хід вибраних пучків світла.
- Підготуй на аркуші паперу знову перехрестя ліній з позначками, як у першій частині досліду.
- Познач на відстані 11,3 см ліворуч від M точку F і на відстані 9,0 см праворуч від M точку F' на оптичній осі.
- Накресли на відстані 1 см вище оптичної осі паралельну до неї допоміжну лінію.
Виконання (5/9)
Обрис лінзи
- Поклади плоскоопуклу лінзу (шорстким боком донизу) плоскою поверхнею на вертикальну лінію перехрестя між обома позначками.
- Познач обриси лінзи тонкою олівцевою лінією й познач точку перетину з оптичною віссю S.
Виконання (6/9)
Використання однощілинної діафрагми
Встав однощілинну діафрагму в освітлювач і постав його на відстані приблизно 12 см навпроти опуклої поверхні модельного тіла.
Тепер обережно змінюй положення освітлювача доти, доки вузький пучок світла не піде точно паралельно оптичній осі й уздовж допоміжної лінії. Поспостерігай за заломленим пучком світла.
Де він перетинає оптичну вісь? Запиши результати у протокол.
Познач завжди двома хрестиками хід падаючого і заломленого пучка світла.
Виконання (7/9)
Використання однощілинної діафрагми
Повтори ці кроки досліду, спрямувавши пучок світла так, щоб він падав крізь точку F (зваж на пологе падіння світла).
Запиши свої спостереження і знову познач хід падаючого й вихідного пучків світла.
Виконання (8/9)
Бічне падіння світла
Повтори свої спостереження, спрямувавши падіння пучка світла в напрямку точки M, і запиши їх.
Виконання (9/9)
Бічне падіння світла
Тепер змінюй положення освітлювача доти, доки світло не падатиме так, як на рисунку. Воно має при цьому проходити крізь точку F' і крізь відповідні позначки.
Поспостерігай і запиши свої результати у протокол.
Вимкни блок живлення і зніми освітлювач та модельне тіло з паперу.
З'єднай відповідні між собою позначки так, щоб став видимим хід пучків світла в усіх дослідах.
Протокол
Спостереження (1/3)
Запиши свої спостереження щодо частини 1 досліду (хід світла крізь плоскоопуклу лінзу): a) Спостереження за ходом світла без діафрагми: Світло, яке ____ ____ на опуклу лінзу, ____ лінзою і сходиться за лінзою в одній точці (____).
Спостереження (2/3)
Запиши свої спостереження щодо частини 1 досліду (хід світла крізь плоскоопуклу лінзу): b) Спостереження за ходом світла з трищілинною діафрагмою: Вузькі пучки світла, що падають ____ до ____ на ____, при проходженні крізь скло лінзи двічі ____ і потім проходять через спільну точку, яка лежить на ____.
Таблиця 1
Запиши свої спостереження щодо частини 2 досліду в таблицю 1.
Хід пучка світла, що виходить
Таблиця1, паралельний промінь: хід:
Таблиця1, фокальний промінь: хід:
Хід падаючого пучка світла
паралельно до оптичної осі (паралельний промінь)
крізь фокус F (фокальний промінь)
крізь центр M (центральний промінь)
Таблиця1, центральний промінь: хід:
Спостереження (3/3)
Запиши свої спостереження щодо шляху світла крізь F. ____ проходить точно ____ позначок і йде за ____ до ____.
Завдання 1
Опиши на підставі своїх спостережень, як поводиться паралельне світло при падінні на плоскоопуклу лінзу. Пучки світла, що ____ на ____ паралельно (до оптичної осі), ____ так, що ____ ____ (яка лежить на ____).
Завдання 2
Заповни пропуски. Виміряй відстань точки F (фокуса) від центра M. M̅F̅' = ____ см
Завдання 3
Поділи навпіл відрізок від фокуса F до вершини S лінзи. Ти дістанеш точку P. Побудуй дугу кола навколо P радіусом PF. Порівняй це коло з накресленим обрисом плоскоопуклої лінзи. Який висновок можна зробити? ____ має таку саму ____, як і ____. Звідси випливає, що P - центр кривини лінзи. Примітка: для плоскоопуклої лінзи при n = 1,5 наближено виконується f = 2r.
Завдання 4
Сформулюй на основі своїх спостережень із таблиці 1 три речення, з яких видно, як заломлюються на плоскоопуклій лінзі три вибрані пучки світла. Пучки світла, що падають паралельно до оптичної осі, після заломлення на опуклій лінзі проходять крізь фокус F' --> ____ Пучки світла, що падають на опуклу лінзу крізь фокус F, ____ і йдуть далі паралельно до оптичної осі. --> ____ Пучки світла, що падають на опуклу лінзу в напрямку центра M, ____ і йдуть далі в попередньому напрямку. --> ____
Завдання 5
Де застосовують опуклі лінзи? Назви 2 приклади.
Приклади
Додаткове запитання
Який висновок випливає зі спостереження за шляхом світла крізь F'? Оскільки ____ в обох напрямках ____, звідси випливає, що для ____ ____ оборотність ходу світла.