Colectarea lentilelor. Tipurile de lentile și aplicarea lor

obiective:

• Luați în considerare caracteristicile lentilelor și utilizarea lor practică
• vizuale, demonstrative și echipamente de laborator.
• Dezvoltarea activității educaționale și cognitive a studenților prin schimbarea formelor de muncă.
• Folosind exemplele de invenții istorice ale dispozitivelor optice, importanța lor vitală este cultivarea curiozității și interesului față de subiect.

Echipament:

• OTS: prezentare pe această temă ( Apendicele 1 )
• Dispozitive optice (microscop, cameră, lupă, etc.), model ochi.
• Echipamente de laborator (lentile, lămpi cu incandescență, surse de curent, ecrane)

PROCEDURĂ

1. Verificați temele

Răspundeți la întrebări:

a) Ce fenomen se numește refracție?

b) Care este legea refracției luminii?

c) Care este semnificația fizică a indicelui de refracție?

Răspunsuri corecte:

a) La marginea a două lumini media schimbă direcția de propagare. Dacă cel de-al doilea mediu este transparent, atunci lumina poate trece parțial prin marginea mediului, schimbând direcția de propagare. Acest fenomen se numește refracție.

b) Raza incidentă, raza refractivă și cea normală la interfața dintre două medii în punctul de incidență se află în același plan. Raportul sinusului dintre unghiul de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii, egală cu indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul.

c) Indicele de refracție este egal cu raportul dintre vitezele luminii din mediu, la limita dintre care apare refracția:

2. Actualizarea cunoștințelor

Nu toate corpurile pe care le putem examina în detaliu, apropiindu-le de ochi. Există obiecte pe care nu le putem aduce chiar mai aproape (de exemplu, corpuri celeste) sau sunt atât de mici încât este imposibil să le vedem. În astfel de cazuri, se utilizează sisteme optice. Principala lor parte este lentila.

3. Explicarea materialului

Definiții:

Se numește un corp transparent, delimitat de suprafețe sferice lentilă.
Obiectivul poate fi legat de două suprafețe convexe (lentile biconvexe), o suprafață sferică convexă și o suprafață plană (convexă, convexă), convexă și concavă (lentilă concavă-convexă). Aceste lentile sunt mai groase în mijloc decât la margini, și toți sunt chemați convexacestea sunt colectare. Lentile care sunt mai subțiri în mijloc decât marginile sunt numite concav. În consecință, sunt biconcave, plate-concave, convexe-concave, ele sunt imprastiere.

Dacă grosimea lentilei este neglijabilă în comparație cu razele suprafețelor sferice ale lentilei și distanța dintre obiect și lentilă, atunci aceste lentile sunt numite subțire.

Principalele puncte și linii pentru construirea imaginii în obiectiv:

Vârfurile segmentelor sferice sunt situate într-o lentilă subțire atât de aproape una de cealaltă încât pot fi luate pentru un punct, numit centrul optic al lentilei.Se numește linia dreaptă care trece prin centrele suprafețelor sferice care limitează lentila principala axă optică. Orice altă linie dreaptă care trece prin centrul optic este apelată laterală optică. Punctul în care, după refracție în lentila de colectare, razele care intră pe ea în paralel cu intersecția axei optice principale se numesc focalizarea principală a obiectivului.Obiectivul are o focalizare în două direcții. Acestea sunt situate pe ambele laturi ale obiectivului la distanțe egale față de acesta. Aceste distanțe sunt numite distanța focală a obiectivului.

Specificațiile obiectivului

Distanța focală a obiectivuluipentru scrisoare F.Este apelată distanța focală inversă   lentile optice de putereși denotată printr-o scrisoare D:

D = 1 \\ F.

Dacă D\u003e 0, obiectivul colectează,
  dacă D< 0, линза рассеивающая.
  Puterea optică a lentilelor este exprimată în diotriyah  (D). Puterea optică a unei dioptere are o lentilă cu o distanță focală de 1 m.

Utilizarea lentilelor. Instrumente optice

Material de fond privind istoria invențiilor.

microscop: la sfârșitul secolului al XVI-lea, olandezul Hans Jansen a inventat primul microscop

În 1665 Engleză om de știință Robert Hooke (1635-1703) a inventat microscopul, care oferă o imagine mai clară.

telescop:  În 1592, cercetătorul italian Galileo Galilei (1564-1642) a construit un telescop care a amplificat obiectele de 30 de ori și a observat Luna și mișcarea planetelor.
  În 1668 Engleză om de știință Isaac Newton (1642-1727) a creat un nou tip de telescop, a folosit oglinzi și lentile pentru a focaliza razele obiectelor observate, reducând astfel distorsiunea asociată cu defectele în lentile.

aparat de fotografiat:a făcut prima fotografie în lume în 1826 Fizicianul francez Joseph Nieppe (1765-1833). Inventatorul american George Eastman (1854-1932) a creat camera Kodak de mână, a fost vândută împreună cu un film de film. Camera "Polaroid" a fost inventată în 1947 de către americanul Edwin Lend (1909-1991). Primele camere de fotografiat Polaroid pentru fotografii color au fost create în 1963.

puncte:v1280g. Fizicianul italian Salvino degli Armati (1245-1317) a făcut primele puncte.

Lentile de contact:un nativ din Florența, Leonardo da Vinci (1452-1519) a prezentat ideea de lentile de contactah. În Codul despre ochi, el descrie un tub cu lentile inserate la ambele capete, umplut cu apă și destinat corectării vederii.

În secolul al XVIII-lea, ideea lui Leonardo a fost pusă în practică de Thomas Jung și John Herschel (fiul lui William Herschel). Un strat de gel transparent a fost aplicat la ochiul lui Herschel, ceea ce a făcut posibilă eliminarea defectului vizual.

Dispozitive optice moderne

Dispozitive demonstrative:microscop, telescop, aparat de fotografiat, binoclu, lupă, ochelari, lentile de contact.

Sistemul ocular - optic

Ochiul uman are aproape o formă sferică. Diametrul ochiului este de 2,4 cm. Carcasa exterioară densă de culoare albă care protejează ochiul și îi conferă o formă permanentă se numește sclera. Partea din față a sclerei intră într-o cornee transparentă, ușor convexă, care acționează ca o lentilă de colectare și oferă o capacitate de focalizare de 75%. În spatele elevului este lentila - un corp transparent care arată ca o lentilă. Obiectivul, prin intermediul mușchilor fixați de el, își schimbă reflexiv curbura. Ca urmare, atunci când un obiect se apropie sau se îndepărtează de ochi, imaginea obiectului din fundul ochiului (retina) rămâne clară.
  Când vederea se deteriorează, lentila este adesea ruptă: își pierde elasticitatea și parțial capacitatea de a schimba curbura. Dacă obiectivul este prea convex în comparație cu lentila unui ochi normal, atunci ochiul nu vede obiecte îndepărtate, apare miopie. Dacă obiectivul devine prea slab în comparație cu obiectivul unui ochi normal, atunci persoana nu vede clar obiecte apropiate. Acesta este un semn de claritate. În astfel de cazuri, trebuie să purtați o ochelari cu ochelari concave, iar celălalt - cu convex. În locul ochelarilor, uneori sunt folosite lentile de contact, realizate dintr-un material plastic transparent.

4. Fixarea materialului

Lucrare practică

Determinarea lungimii focale și a puterii optice a lentilei de colectare.
  Echipamente: lentilă de colectare, lampă incandescentă, sursă de curent, ecran, riglă.

Cea mai simplă modalitate de a măsura lungimea focală și puterea optică a unui obiectiv se bazează pe utilizarea unei formule de lentile:
  1 \\ d + 1 \\ f = 1 \\ F = D
  Cu o lampă, un obiectiv și un ecran la anumite distanțe, efectuați măsurători. Pe ecran pentru a obține o imagine miniaturală reală sau validă a lămpii cu incandescență. (d este distanța de la lampă la obiectiv, f este distanța de la obiectiv la ecran).
  La calculul lungimii focale, luați în considerare unitatea de măsură (convertiți unitatea în metri), atunci puterea optică va fi exprimată în diotre.

Rezumatul lecțiilor

Caracteristica principală a obiectivului este puterea optică. Pentru a construi o imagine, puteți folosi două dintre cele trei raze "convenabile". Lentilele reprezintă partea principală a dispozitivelor optice. În ochi, de asemenea, există un obiectiv - lentila.

5. Temă la domiciliu:§§ 63-65, pp. 186-193 (manual 11 cl . G. Y. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, V. M. Charugin; Moscova "Iluminarea" 2010).

Obiectivul este cel mai simplu dispozitiv optic, este realizat dintr-un material transparent omogen. Forma lentilei poate fi sferică, asferică și plană. Acum, cele mai răspândite lentile asferice, numele pe care l-au primit datorită faptului că suprafața acestor lentile este diferită de sferă. Materialul de producție, de regulă, este: sticlă, sticlă optică, materiale plastice transparente, precum și alte materiale. În plus, lentilele sunt numite astfel de dispozitive optice și fenomene, ale căror efect optic este similar cu lentilele convenționale, de exemplu:

• Lentile plate - realizate dintr-un material cu un indice de refracție variabil, care variază în funcție de distanța față de centru.
• Lentilele Fresnel sunt lentile compuse complexe, realizate din inele concentrice separate, adiacente fiecăruia dintre ele, de grosime mică, având un profil special în secțiune transversală.
• Placa zonei Fresnel este o placă de sticlă pe care sunt gravate împrejurimile concentrice, a căror rază coincide cu raza zonelor Fresnel.
• Lentila gravitațională - efectul deformării undelor electromagnetice de obiecte masive, se observă la distanțe intergalactice.
• O lentilă magnetică este un dispozitiv care utilizează un câmp magnetic constant pentru a focaliza un fascicul de particule încărcate. Utilizat în microscoape cu electroni și ioni.

Prima mențiune a lentilelor se găsește într-o piesă greacă veche, care descrie paharul convex, cu care a făcut foc. În Imperiul Roman, poate pentru prima dată, lentile au fost folosite pentru a corecta viziunea. Cele mai utilizate lentile de la apariția ochelarilor în Italia, datează de la aproximativ 1280 ani. caracteristicile

Lentile variază în formă, pot fi colectate (pozitive) și împrăștiate (negative). În exterior, lentilele colective au un mijloc îngroșat comparativ cu marginile, în timp ce lentilele difuze au muchii îngroșate și un mijloc subțire. Principalele caracteristici ale obiectivului sunt puterea optică și distanța focală.

Lentilele de colectare sunt împărțite în:

• lenticular
• Flat convex
• Concavo-convexe

Lentilele difuzive sunt de tipul:

• biconcav
• Flat concav
• Convexo-concav

Unde sunt lentilele folosite?

Lentilele sunt folosite în toate sistemele optice. Cele mai tradiționale aplicații sunt binoclurile, loupele, telescoapele. Lentilele de colectare unice sunt utilizate ca o lupă. Un domeniu special de aplicare a lentilelor este oftalmologia. Fără lentile, nu ar exista posibilitatea ajustării viziunii. În plus, lentilele sunt folosite la fabricarea de pahare și lentile de contact. Lentilele sunt de asemenea folosite în radioastronomie și radar, colectează un flux de unde radio în antena de recepție.

11.2. Optica geometrică

11.2.4. Aplicarea lentilelor

Folosirea lentilelor de colectare și împrăștiere în unele dispozitive optice

Lentilele de colectare și difuzie sunt utilizate în anumite dispozitive optice utilizate în viața de zi cu zi.

Când utilizați camera:

• elementul este plasat la o distanță de\u003e 2F;
• imaginea este formată la o distanță F< f < 2F ;
• un film fotografic sau o placă fotografică este plasat în locul unde se formează imaginea.

Imaginea obținută utilizând camera foto este validă, redusă, inversată. Camera utilizează lentile de colectare.

Atunci când utilizați o lupă, acesta este poziționat astfel încât:

• obiectul era între lentilă și focalizarea sa d< F ;
• imaginea este formată în spatele focusului f\u003e F.

Imaginea obținută cu o lupă este imaginară, lărgită, directă. Lupa este o lentilă de colectare cu o lungime focală mică.

Utilizarea ochelarilor este asociată cu corectarea vederii. În corecția faringestilității folosiți lentile de colectare, miopie - împrăștiere:

• hiperopia corectată de o lentilă cu o putere optică pozitivă (lentilă de colectare)

ΔD = D0 - D\u003e 0,

unde D 0 = 1 / F 0; F 0 - distanța dintre cea mai bună vizibilitate a ochiului normal, F 0 = d 0 = 25 cm; D = 1 / F; F - distanța dintre cea mai bună vedere a unei persoane cu depărtare, F = d; d\u003e d 0;

• miopia este corectată de o lentilă cu o putere optică negativă (lentilă difuză)

ΔD = D 0 - D< 0,

unde d = 1 / f; F este distanța dintre cea mai bună viziune a unei persoane miopice, F = d; d< d 0 .

Exemplul 17. Obiectivul camerei are o distanță focală de 60 cm. Înregistrarea este efectuată de la un avion care zboară la o altitudine de 2,0 km. Dimensiunile filmului în cameră sunt de 15 × 15 cm. Găsiți suprafața Pământului, care poate fi fixată într-o singură fotografie.

Decizia. Dimensiunea liniară a imaginii suprafeței Pământului pe film coincide cu dimensiunea liniară a filmului în sine:

a = H,

unde a = 15 cm.

Valoarea căutată este suprafața Pământului:

S = b2,

unde b este dimensiunea liniară a zonei fotografiate a Pământului (dimensiunea liniară a obiectului), b = h.

Mărirea liniară a lentilei camerei este determinată de raportul

G = H h = a b = f d,

unde f este distanța de la lentilă la imagine (la film); d este distanța de la obiect la obiectivul camerei (aproximativ coincide cu înălțimea aeronavei deasupra suprafeței Pământului), d = 2,0 km.

Pentru a obține o imagine într-o cameră foto utilizând o lentilă de colectare; imaginea primită cu ajutorul acesteia este validă. Valorile lui d și f sunt interconectate prin formula lentilă de colectare subțire:

1 F = 1 d + 1 f,

unde F este distanța focală a lentilei, F = 60 cm.

Aflați de aici valoarea f:

f = F d d - F

și înlocuiți-o în egalitate

a a = f d = F d - F.

Exprimați dimensiunea liniară a suprafeței pământului:

b = a (d-F) F = a d F,

deoarece d \u003e\u003e f.

Suprafața maximă care poate fi fotografiată de la un avion este determinată de formula

S = (a dF) 2.

Calculăm:

S = (15 ⋅ 10 - 2 ⋅ 2,0 ⋅ 10 3 60 10 - 2) 2 = 0,25 10 6 m 2 = 0,25 km 2.

Exemplul 18. Distanța dintre cea mai bună viziune a unui ochi uman sănătos este de 25 cm, iar pentru o persoană miopică este de 10 cm. Găsiți puterea optică a lentilelor ochelarilor necesare pentru corectarea vederii.

Decizia. Pentru corectarea miopiei se utilizează lentile de dispersie, puterea optică care este determinată de formula

ΔD = D 0 - D< 0,

unde D 0 = 1 / F 0; F 0 - distanța dintre cea mai bună viziune a unui ochi uman sănătos, F 0 = d 0 = 25 cm; D = 1 / F; F - distanța dintre cea mai bună viziune a unei persoane miopice, F = d = 10 cm;

Noi scriem formula în mod explicit

Δ D = 1 d 0-1 d.

Calculăm:

Δ D = 1 25 ⋅ 10 - 2 - 1 10 ⋅ 10 - 2 = 4,0 - 10 = - 6,0 dptr.

Corecția de viziune necesită ochelari cu lentile difuzate, puterea optică a căreia este de -6,0 dioptrii.

Lentilă cu formula subțire, aplicată la convergenta fasciculului de lumină

Un fascicul de lumină, având forma unui con, ale cărui raze, în absența unor obstacole converg la vârf, se numesc convergente. Dacă un fascicul de lumină convergentă cade pe lentilă, atunci formulele ambelor lentile subțiri de colectare și împrăștiere sunt scrise diferit.

converg fascicul de lumină pe o lentilă convergentă subțire  prezentat în fig. 11.37. Razele luminoase din figură sunt prezentate ca o linie solidă, continuarea razei de lumină fiind punctată:

Lentile convergente subtiri pentru convergenta

1 F = - 1 d + 1 f,

unde F este distanța focală a lentilei de colectare; d este distanța de la punctul S la obiectiv (distanță | OS |); f este distanța de la lentilă la punctul S * (distanță | OS * |).

Pentru o lentilă de colectare, distanța d este întotdeauna mai mare decât distanța f: d\u003e f, deoarece după refracție în lentila de colectare, razele se converg mai aproape de lentilă decât ar fi dacă nu erau prezente.

Cursul razelor de lumină în toamnă converg fascicul de lumină pe o lentilă subțire difuză  prezentat în fig. 11.38. Razele luminoase din figură sunt prezentate ca o linie solidă, continuarea razei de lumină fiind punctată:

• sursa imaginară de lumină este punctul S, la care continuă să se convertească razele de lumină;
• imaginea reală este punctul S * la care razele se converg după refracție în lentilă.

Formula lentilă divergentă pentru convergenta fasciculului  Lumina este scrisă după cum urmează:

Fig. 11.38

- 1 F | = - 1 d + 1 f,

unde F este lungimea focală a dispersorului; d este distanța de la punctul S la obiectiv (distanță | OS |), d = | OS |; f este distanța de la obiectiv la punctul S * (distanță | OS * |), f = | OS * |.

Pentru o lentilă difuză, distanța d este întotdeauna mai mică decât distanța f: d< f , так как после преломления в рассеивающей линзе лучи сходятся дальше от линзы, чем сошлись бы при ее отсутствии.

Partea dreaptă a formulei lentilelor subțiri pentru convergenta fasciculului de lumină are același aspect pentru o lentilă convergentă și difuză:

• în ambele cazuri se formează imagine reală  (punctul S * în care razele se converg într-adevăr), prin urmare semnul din fața termenului 1 / f din formula lentilă este întotdeauna pozitiv;
• în ambele cazuri sursa de lumină este imaginară  (punctul S, la care se converg continuarea razei), prin urmare semnul din fața termenului 1 / d din formula lentilă este întotdeauna negativ.

Partea stângă a formulei subțire a lentilei pentru convergerea fasciculelor de lumină este scrisă în forma tradițională (1 / F pentru lentila de colectare, (-1 / | F |) pentru difuzie).

Exemplul 19. Un fascicul convergent de lumină cade pe o lentilă difuză. După refracție în lentilă, razele se convertesc la o distanță de 75 cm față de centrul optic și continuarea razei la o distanță de 30 cm. Găsiți puterea optică a obiectivului.

Decizia. În figură, razele de lumină sunt prezentate ca o linie solidă; continuarea razele luminoase - punctată.

O sursă imaginară de lumină este punctul S, la care continuă să se convertească razele de lumină. Imaginea reală este punctul S * la care razele se convertesc după refracție în lentilă.

Pentru un fascicul de lumină convergent, formula pentru o lentilă divergentă subțire este după cum urmează:

D = - 1 d + 1 f,

unde D este puterea optică a lentilei (valoarea dorită); d este distanța de la punctul S la obiectiv, d = 30 cm; f - distanța de la obiectiv la punctul S *, f = 75 cm.

Calculul dă valoarea

D = - 1 30 ⋅ 10 - 2 + 1 75 10 - 2 = - 2,0 dioptrii.

Puterea optică a acestui obiectiv este de -2,0 dioptrii.