- Что такое линза? Сделайте рисунок.
Линза – это прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.
Посмотрите на рис. 139.
Рис. 139. Линза.
Вид сбоку.
\mathrm{O_1}~- центр первой сферической поверхности, ограничивающей линзу.
От точки \mathrm{O_1}~- к некоторой точке этой поверхности проведена стрелочка, длина которой R_1~- радиус первой сферической поверхности.
\mathrm{O_2}~- центр второй сферической поверхности, ограничивающей линзу.
От точки \mathrm{O_2} к некоторой точке этой поверхности проведена стрелочка, длина которой R_2~- радиус второй сферической поверхности.
Точки \mathrm{A} и \mathrm{B} вершины сферических сегментов1, ограничивающих линзу.
\mathrm{O}~- оптический центр линзы. - Изобразите примеры трёх выпуклых и трёх вогнутых линз.
Примеры выпуклых линз (линз, которые посередине толще, чем у краёв) изображены на рис. 140-а.
Вот рисунок 140.
Рис. 140. Вид линз сбоку.
n_1~- абсолютный показатель преломления среды, в которой находятся линзы.
n_2~- абсолютный показатель преломления вещества, из которого изготовлены линзы.
а) Примеры выпуклых линз.
б) Примеры вогнутых линз.
Примеры вогнутых линз (линз, которые посередине тоньше, чем у краёв) изображены на рис 140-б. (У изображённых посередине на рис. 140-а и справа на рис. 140-б линз радиус одной из сферических поверхностей очень большой, поэтому на рисунках эта поверхность выглядит прямой. Выпуклые линзы на рис. 140-б ограничены не только сферическими поверхностями, но и параллельными плоскостями, которые на рисунках изображаются в виде параллельных отрезков снизу и сверху линз). - Какие из линз изображённые на рис. 140 являются собирающими, а какие рассеивающими при различных условиях?
При n_2>n_1 выпуклые линзы (изображённые на рис. 140-а) будут собирающими, а вогнутые линзы (изображённые на рис. 140-б) будут рассеивающими. А при n_2<n_1 наоборот выпуклые линзы (изображённые на рис. 140-а) будут рассеивающими, а вогнутые линзы (изображённые на рис. 140-б) будут собирающими. - Что такое тонкая линза?
Тонкая линза, это линза толщина которой (длина отрезка \mathrm{AB} на рис. 139) пренебрежимо мала,2 настолько, что точки \mathrm{A} и \mathrm{B}, можно считать лежащими в одной точке \mathrm{O}, которая называется оптическим центром линзы. (Когда в рамках ЕГЭ говорят о линзе, обычно имеют ввиду тонкую линзу). - Покажите на рисунке, что такое главная оптическая ось линзы?
Главная оптическая ось линзы это прямая \mathrm{O_1O_2} на рис. 139. - Что такое собирающая линза? Сделайте схематический рисунок.
Лучи, падающие на собирающую линзу параллельно её главной оптической оси, пройдя через линзу соберутся в одной точке. Посмотрите на рис. 141-а.
Вот рисунок 141.
Рис. 141. Собирающая и рассеивающая линзы.
а) Собирающая линза.
Вертикальный отрезок, со стрелочками, смотрящими друг от друга, на концах изображает тонкую собирающую линзу.
Горизонтальная прямая, проходящая через середину этого отрезка — главная оптическая ось этой линзы.
Линии с нарисованными на них стрелочками — лучи света.
\mathrm{F}~- точка в которой собираются все лучи света, прошедшие через эту линзу и шедшие до этой линзы параллельно её главной оптической оси.
б) Рассеивающая линза.
Вертикальный отрезок, со стрелочками, смотрящими друг на друга, на концах изображает тонкую рассеивающую линзу.
Горизонтальная прямая, проходящая через середину этого отрезка, — главная оптическая ось этой линзы.
Линии с нарисованными на них стрелочками — лучи света.
\mathrm{F}~- точка из которой как будто бы вышли лучи, прошедшие через эту линзу и шедшие до этой линзы параллельно её главной оптической оси, если бы линзы не было.
Пунктиром указано, как бы шли лучи до линзы, если бы они вышли из точки \mathrm{F}. - Что такое главный фокус линзы?
Точка \mathrm{F} на рис. 141 называется главным фокусом линзы. (Если лучи будут идти не слева направо, как на этих рисунках, а наоборот, то и главный фокус линзы окажется с другой стороны от линзы, он будет расположен симметрично изображённому главному фокусу относительно плоскости линзы. Таким образом, у линзы есть два симметрично расположенных главных фокуса. Главный фокус линзы иногда называют просто фокусом). - Как пойдут лучи после прохождения собирающей линзы, если они вышли из её фокуса.
Лучи, вышедшие из фокуса собирающей линзы, после прохождения линзы пойдут параллельно её главной оптической оси. (На рисунке 141-а изображена такая ситуация, если считать, что лучи идут противоположно нарисованным на них стрелочкам, то есть справа налево). - Как пойдут лучи после прохождения рассеивающей линзы, если они идут сходящимся пучком на эту линзу, который, если бы не было линзы, сошёлся бы в точку в фокусе линзы? Сделайте рисунок.
Лучи, идущие сходящимся пучком на рассеивающую линзу, который, если бы не было линзы, сошёлся бы в точку в фокусе линзы, после прохождения этой линзы пойдут параллельно её главной оптической оси. Посмотрите на рис. 141-б, считая, что лучи направлены противоположно поставленным на них стрелочкам, то есть что они идут справа налево. Если бы линзы не было, то лучи собрались бы в точке F (фокусе линзы), поэтому, пройдя через линзу, лучи дальше идут параллельно её главной оптической оси.3 - Что такое фокусное расстояние линзы?
Фокусное расстояние собирающей линзы — это расстояние от этой линзы до её фокуса; фокусное расстояние рассеивающей линзы — это расстояние от этой линзы до её фокуса умноженное на минус единицу. - Запишите формулу для оптической силы линзы.
D=\large \frac{1}{F};
где D~- оптическая сила линзы,
F~- фокусное расстояние этой линзы. - В чём измеряется оптическая сила линзы в СИ?
В СИ оптическая сила линзы измеряется в диоптриях: [дптр].
Сноски:
- Стоит ли объяснять, что такое сферический сегмент, или ограничиться наглядным представлением по рисунку?
- В учебнике говорится, мала по сравнению с радиусами сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Не будет ли тогда довольно толстая плоскопараллельная пластина тонкой линзой?
- И вообще если через определённую (не изменяющуюся со временем) систему линз и зеркал луч (назовём его для определённости первым) проходит данным образом, то если его пустить обратно (то есть прошедший через систему луч заменить на идущий по той же прямой, но в противоположном ему направлении) то он пойдёт там же, где проходил первый луч, только в противоположном первому лучу направлении. Верное ли это правило? Надо ли его давать?