Інформація для вчителів
Застосування
Фокусна відстань комбінацій лінз
В оптичних приладах здебільшого встановлюють не окремі лінзи, а комбінації з кількох лінз. Такі системи лінз мають дуже різні властивості. Наприклад, різними комбінаціями можна змінювати фокусну відстань і припасовувати її до потрібного застосування.
Інша інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Ходи променів у вгнутих і опуклих лінзах, а також зв'язок між фокусною відстанню і заломлювальною здатністю мають бути відомі.
Принцип
Залежно від комбінації різних лінз виникають специфічні ходи променів, а отже, досягається й різна заломлювальна здатність.
Інша інформація для вчителів (2/4)
Навчальна мета
Учні мають у цьому досліді закріпити свої знання про шлях світла крізь опуклі та вгнуті лінзи. Спостереження за заломленими пучками світла унаочнило учневі можливість цілеспрямовано змінювати фокусну відстань за допомогою систем лінз. У поєднанні з дослідами про вади лінз це створює добрі передумови для розуміння будови багатьох оптичних приладів.
Завдання
Завдання досліду полягає в тому, щоб дослідити хід світла крізь комбінації з опуклих і вгнутих лінз. Конкретно при цьому розглядають фокусну відстань і підсумкову заломлювальну здатність окремих систем.
Інша інформація для вчителів (3/4)
Примітка
Дослід вимогливий щодо здібностей та експериментальних навичок. Лише за ретельного юстування відповідного положення модельних тіл дістають порівнянні кількісні результати.
Оскільки лінзи, які використовують у досліді, вже не можна вважати «тонкими», положення головних площин і не збігається з вертикальною лінією перехрестя ліній. Тому визначення фокусної відстані за допомогою відстані неточне. Проте для якісних уявлень, важливих на початковому етапі навчання, описаний спосіб відповідає вимогам.
Інша інформація для вчителів (4/4)
Вказівки щодо складання та виконання
У цьому досліді слід звернути особливу увагу на точне юстування положення модельних тіл і на точне встановлення освітлювача (падіння середнього вузького пучка світла вздовж оптичної осі) на кожному окремому кроці досліду.
При великих фокусних відстанях визначити фокусну відстань відносно складно через дуже пологе падіння світла і пов'язану з цим неоднозначну фіксацію точки перетину пучків світла на оптичній осі. Проте паралельні пучки світла, які падають далі від оптичної осі, не можна залучати до визначення фокусної відстані через сферичну аберацію (вада отвору), що при цьому виникає. З цієї причини слід також відмовитись від застосування п'ятищілинної діафрагми.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
В оптичних елементах здебільшого є не лише вгнуті чи збиральні лінзи, а комбінації різних типів лінз. Типовий приклад цього - світловий мікроскоп. Звичайний мікроскоп складається з двох збиральних лінз: об'єктива й окуляра. Окуляр при цьому діє як лупа.
Мікроскоп як приклад комбінації лінз
Завдання
Яку перевагу мають комбінації лінз?
- Визнач фокусну відстань плоскоопуклих лінз, двоопуклих лінз і різних комбінацій лінз.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 | 2 | Модельне тіло, півкругле, r = 30 мм | 09810-01 | 1 | 3 | Модельне тіло, плоскоопукле, f = +100 мм | 09810-04 | 2 | 4 | Модельне тіло, плосковгнуте, f = -100 мм | 09810-05 | 1 | 5 | 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 | Лінійка (прибл. 30 см) | 1 |
| 2 | Білий папір (DIN A4) | 1 |
Складання (1/2)
Увага!
Стеж за тим, щоб лінзи лежали плоскою поверхнею точно на вертикальній лінії перехрестя ліній і щоб їхнє виставлене положення не змінювалося під час пересування освітлювача.
- Накресли посередині свого аркуша паперу прямокутне перехрестя ліній. Точка перетину ліній - (\M\).
- Познач на вертикальній лінії по одній позначці на відстані 3 см від у кожен бік.
Підготовка
Складання (2/2)
- Поклади плоскоопуклу лінзу (шорстким боком донизу) плоскою поверхнею точно на вертикальну лінію перехрестя ліній між обома позначками.
- Встав трищілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи й постав його приблизно за 10 см навпроти плоскої поверхні модельного тіла.
Підготовка
Виконання (1/2)
- Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
- Пересувай освітлювач і лінзу доти, доки середній пучок світла не йтиме точно вздовж оптичної осі
- Поспостерігай за ходом паралельних пучків світла під час проходження крізь лінзу і запиши свої спостереження.
- Познач точку перетину пучків світла на оптичній осі й познач її як .
Позначення фокуса
Виконання (2/2)
- Опиши спостережуваний хід пучків світла й познач точки перетину пучків світла на оптичній осі:
- Симетрична двоопукла лінза - точка перетину (ліворуч угорі), несиметрична двоопукла лінза - точка перетину (праворуч угорі).
- Комбінація лінз 1 - точка перетину (ліворуч унизу), комбінація лінз 2 - точка перетину (праворуч унизу).
- Вимкни блок живлення і зніми освітлювач та модельне тіло з паперу.
Протокол
Завдання 1
10°
Визнач відстань точки до кожного з фокусів.
Заломлювальна здатність дорівнює оберненому значенню фокусної відстані :
.
Обчисли заломлювальну здатність лінз.
Доповни за своїми результатами таке речення: Заломлювальна здатність складеної симетричної двоопуклої лінзи значно ____ за заломлювальну здатність окремої плоскоопуклої лінзи. Її заломлювальна здатність приблизно ____ більша, а фокусна відстань ____ менша.
Завдання 2
10°
Питання
Завдання 3
Питання
Об'єктив як приклад комбінації лінз
Завдання 4
Питання