Побудова зображення у вгнутих лінзах

Побудова зображення у вгнутих лінзах

Вгнута лінза, яку називають також розсіювальною, - це лінза, у якої товщина посередині менша, ніж скраю. Якщо промені світла падають на лінзу паралельно до осі, то після заломлення вони розходяться і здаються такими, що виходять з уявного фокуса, розташованого з боку падіння світла.

Вгнуті лінзи застосовують, наприклад, в оптичних приладах, а також для виправлення короткозорості.

Попередні знання

Учні мають перед цим засвоїти основи прямолінійного поширення, відбивання та заломлення світла, а також побудову точок зображення.

Принцип

Якщо предмет міститься перед плоскоугнутою лінзою поза відстанню , то зображення лежить на меншій відстані (в межах фокусної відстані) і з того самого боку, що й предмет. Зображення зменшене і пряме. Це позірне (уявне) зображення.

Навчальна мета

В опрацюванні учневі відкривається можливість побудови зображення за допомогою продовжень променів світла назад. Звідси випливають придатні відправні точки для обговорення ролі математичних засобів у фізичному пізнанні. Не в останню чергу це стає зрозумілим завдяки підтвердженню рівняння лінзи на прикладі.

Завдання

Завдання досліду полягає в тому, щоб опанувати експериментальне визначення точки перетину вибраних пучків світла, які падають на плоскоугнуту лінзу, і можливість побудови зображення, що звідси випливає.

Вгнута лінза, яку називають також розсіювальною, - це лінза, вигнута всередину. Їх застосовують у багатьох оптичних приладах, а також, наприклад, для виправлення короткозорості. У короткозорих людей зображення утворюється не на сітківці, а перед нею. За допомогою розсіювальної лінзи це можна виправити й поліпшити зір.

Чи утворюються зображення й у вгнутих лінзах?

• Досліди утворення зображення вгнутою лінзою за допомогою вибраних пучків світла.

Увага!

Стеж за тим, щоб плоскоугнута лінза лежала плоскою поверхнею точно на вертикальній лінії перехрестя і щоб її виставлене положення не змінювалося при переміщенні освітлювача.

• Підготуй аркуш паперу за рисунком.
• Побудуй у правій третині прямокутне перехрестя ліній. Нехай точка перетину ліній буде . Постав на вертикальній лінії по одній позначці на відстані 3 см від у кожен бік.

Підготовка

• Познач на оптичній осі на відстані 9,5 см ліворуч і праворуч від точки і.

• Накресли на відстані 14 см ліворуч від точки червоним олівцем вертикальну стрілку завдовжки 2 см на оптичній осі і познач її .

• Накресли такі допоміжні лінії від вістря предметної стрілки до середньої лінії:
  - паралельну до оптичної осі,
  - лінію в напрямку правого фокуса ,
  - лінію до середньої точки .

Підготовка

• Поклади плоскоугнуту лінзу (шорстким боком донизу) плоскою поверхнею точно на вертикальну лінію перехрестя між обома позначками.
• Встав однощілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи й постав його на краю аркуша.

Розміщення плоскоугнутої лінзи

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
• Відрегулюй свою схему досліду так, щоб вузький пучок світла, який падає вздовж оптичної осі, після проходження крізь лінзу далі йшов уздовж оптичної осі.
• Познач тонким олівцем обриси лінзи.
• Спрямуй пучок світла на лінзу паралельно до оптичної осі вздовж допоміжної лінії і познач хід пучка світла за лінзою.

• Спрямуй пучок світла вздовж допоміжної лінії в напрямку фокуса і знову познач хід пучка світла.
• Наостанок спрямуй пучок світла вздовж допоміжної лінії крізь середню точку і знову познач його хід.
• Вимкни блок живлення і зніми освітлювач та плоскоугнуту лінзу з паперу.
• З'єднай відповідні позначки, щоб став видимим хід пучків світла.

Для утворення зображення у вгнутій лінзі справджується рівняння:

де f - фокусна відстань, g - відстань до предмета, а b - відстань до зображення. Перевір за цим рівнянням свої результати вимірювань.

Зауваження: це рівняння називають також формулою тонкої лінзи і застосовують, наприклад, у спрощеній формі для розрахунку розсіювальних лінз.