1) Obraz może być wyimaginowany Lub prawdziwy. Jeżeli obraz tworzą same promienie (tj ten punkt dociera energia świetlna), to jest realny, ale jeśli nie przez same promienie, ale przez ich kontynuacje, to mówią, że obraz jest wyimaginowany (energia świetlna nie wchodzi w dany punkt).
2) Jeżeli góra i dół obrazu są zorientowane podobnie do samego obiektu, wówczas obraz nazywa się bezpośredni. Jeśli obraz jest odwrócony do góry nogami, nazywa się to odwrócony (odwrócony).
3) Obraz charakteryzuje się nabytymi wymiarami: powiększony, pomniejszony, równy.
Obraz w zwierciadle płaskim
Obraz w zwierciadle płaskim jest pozorny, prosty, ma taką samą wielkość jak przedmiot i znajduje się w tej samej odległości za zwierciadłem, w jakiej przedmiot znajduje się przed zwierciadłem.
Soczewki
Soczewka jest przezroczystym korpusem ograniczonym z obu stron zakrzywionymi powierzchniami.
Istnieje sześć rodzajów soczewek.
Zbieranie: 1 - dwuwypukłe, 2 - płasko-wypukłe, 3 - wypukło-wklęsłe. Rozproszenie: 4 - dwuwklęsłe; 5 - płasko-wklęsły; 6 - wklęsło-wypukły.
Soczewka skupiająca
soczewka rozbieżna
Charakterystyka soczewek.
NN- główną osią optyczną jest linia prosta przechodząca przez środki powierzchni sferycznych wyznaczających soczewkę;
O- środek optyczny - punkt, który dla soczewek dwuwypukłych lub dwuwklęsłych (o równych promieniach powierzchni) znajduje się na osi optycznej wewnątrz soczewki (w jej środku);
F- głównym ogniskiem soczewki jest punkt, w którym zbierana jest wiązka światła, rozchodząca się równolegle do głównej osi optycznej;
Z- długość ogniskowa;
N"N"- oś wtórna soczewki;
F"- ostrość boczna;
Płaszczyzna ogniskowa - płaszczyzna przechodząca przez ognisko główne, prostopadła do głównej osi optycznej.
Droga promieni w soczewce.
Promień przechodzący przez środek optyczny soczewki (O) nie ulega załamaniu.
Promień równoległy do głównej osi optycznej po załamaniu przechodzi przez ognisko główne (F).
Promień przechodzący przez ognisko główne (F) po załamaniu przebiega równolegle do głównej osi optycznej.
Wiązka biegnąca równolegle do wtórnej osi optycznej (N"N") przechodzi przez ognisko wtórne (F").
Formuła soczewki.
Korzystając z formuły soczewki, należy poprawnie stosować zasadę znaków: +F- soczewka skupiająca; -F- soczewka rozpraszająca; +d- temat jest aktualny; -D- wyimaginowany przedmiot; +f- obraz obiektu jest prawdziwy; -F- obraz obiektu jest wyimaginowany.
Nazywa się odwrotnością ogniskowej soczewki moc optyczna.
Powiększenie poprzeczne- stosunek rozmiaru liniowego obrazu do rozmiaru liniowego obiektu.
Nowoczesny urządzenia optyczne używać systemów soczewek w celu poprawy jakości obrazu. Moc optyczna układu połączonych soczewek jest równa sumie ich mocy optycznych.
1 - rogówka; 2 - tęczówka; 3 - tunica albuginea (twardówka); 4 - naczyniówka; 5 - warstwa pigmentu; 6 - żółta plama; 7 - nerw wzrokowy; 8 - siatkówka; 9 - mięsień; 10 - więzadła soczewki; 11 - soczewka; 12 - uczeń.
Soczewka ma korpus przypominający soczewkę i dostosowuje nasze widzenie do różnych odległości. W układzie optycznym oka nazywa się skupianiem obrazu na siatkówce zakwaterowanie. U ludzi akomodacja następuje w wyniku wzrostu wypukłości soczewki, przeprowadzanego za pomocą mięśni. Zmienia to moc optyczną oka.
Obraz przedmiotu padającego na siatkówkę oka jest rzeczywisty, pomniejszony, odwrócony.
Dystans najlepsza wizja powinna wynosić około 25 cm, a granica widzenia (punkt daleki) jest w nieskończoności.
Krótkowzroczność (krótkowzroczność)- wada wzroku polegająca na tym, że oko widzi niewyraźnie, a obraz jest skupiony przed siatkówką.
Dalekowzroczność (nadwzroczność)- wada wzroku polegająca na skupieniu obrazu za siatkówką.
Wypełnił: nauczyciel szkoły średniej w Kuźniecku Pryakhina N.V.
Plan lekcji
Etapy lekcji, treść | Formularz | Działalność nauczyciela | Działalność studencka |
1. Przegląd pracy domowej 5 min |
|||
2.1. Wprowadzenie do pojęcia soczewki | Eksperyment myślowy | Przeprowadza eksperyment myślowy, wyjaśnia, demonstruje model, rysuje na tablicy | Przeprowadź eksperyment myślowy, słuchaj, zadawaj pytania |
2.2. Identyfikacja cech i właściwości soczewki | Zadaje problematyczne pytania i podaje przykłady | ||
2.3. Wyjaśnienie drogi promieni w soczewce | Zadaje problematyczne pytania, rysuje, wyjaśnia | Odpowiadaj na pytania i wyciągaj wnioski |
|
2.4. Wprowadzenie pojęcia ostrości, mocy optycznej soczewki | Zadaje pytania naprowadzające, rysuje na tablicy, wyjaśnia, pokazuje | Odpowiadaj na pytania, wyciągaj wnioski, pracuj z notatnikiem |
2.5. Konstrukcja obrazu | Wyjaśnienie | Opowiada, demonstruje modelkę, pokazuje banery | odpowiadaj na pytania, rysuj w zeszycie |
3. Utrwalenie nowego materiału 8 min |
|||
3.1. Zasada konstrukcji obrazu w soczewkach | Zadaje problematyczne pytania | Odpowiadaj na pytania i wyciągaj wnioski |
|
3.2. Rozwiązanie testowe | Pracujcie w parach | Korekta, pomoc indywidualna, kontrola | Odpowiadajcie na pytania testowe i pomagajcie sobie nawzajem |
4.Praca domowa 1 minuta |
|||
§63.64, ust.9 (8) Potrafi ułożyć historię na podstawie konspektu. |
Lekcja. Obiektyw. Konstruowanie obrazu w cienkiej soczewce.
Cel: Przekaż wiedzę na temat soczewek, ich właściwości fizyczne i cechy. Wykształcenie praktycznych umiejętności wykorzystania wiedzy o właściwościach soczewek do wyszukiwania obrazu metodą graficzną.
Zadania: zapoznaj się z rodzajami soczewek, przedstaw koncepcję cienki obiektyw jako modele; przedstawić główne cechy obiektywu - środek optyczny, główną oś optyczną, ostrość, moc optyczną; rozwinąć umiejętność konstruowania toru promieni w soczewkach.
Korzystaj z rozwiązywania problemów, aby kontynuować budowanie umiejętności obliczeniowych.
Struktura lekcji: wykład edukacyjny(głównie nowy materiał nauczyciel przedstawia, ale uczniowie w trakcie prezentacji materiału robią notatki i odpowiadają na pytania nauczyciela).
Połączenia interdyscyplinarne: rysunek (konstruowanie promieni), matematyka (obliczenia za pomocą wzorów, wykorzystanie mikrokalkulatorów w celu skrócenia czasu obliczeń), nauki społeczne (pojęcie praw natury).
Sprzęt dydaktyczny: fotografie i ilustracje obiektów fizycznych z dysku multimedialnego „Multimedialna Biblioteka dla Fizyki”.
Podsumowanie lekcji.
Aby powtórzyć zdobytą wiedzę, a także sprawdzić stopień przyswojenia wiedzy przez uczniów, przeprowadza się frontalną ankietę na temat studiowanego tematu:
Jakie zjawisko nazywa się załamaniem światła? Jaka jest jego istota?
Jakie obserwacje i eksperymenty sugerują zmianę kierunku propagacji światła przy przejściu do innego ośrodka?
Który kąt – padania czy załamania – będzie większy, jeśli promień światła przejdzie z powietrza do szkła?
Dlaczego będąc na łodzi trudno jest trafić włócznią pływającą w pobliżu rybę?
Dlaczego obraz obiektu w wodzie jest zawsze mniej jasny niż sam obiekt?
W jakim przypadku kąt załamania jest równy kątowi padania?
2. Nauka nowego materiału:
Soczewka to optycznie przezroczysty korpus ograniczony kulistymi powierzchniami
Wypukły soczewki to: dwuwypukłe (1), płasko-wypukłe (2), wklęsło-wypukłe (3).
Wklęsły soczewki to: dwuwklęsłe (4), płasko-wklęsłe (5), wypukło-wklęsłe (6).
Na kursie szkolnym będziemy się uczyć cienkie soczewki.
Soczewkę, której grubość jest znacznie mniejsza niż promień krzywizny jej powierzchni, nazywa się soczewką cienką.
Nazywa się soczewki, które przekształcają wiązkę promieni równoległych w zbieżną i zbierają ją w jednym punkcie zbieranie soczewki.
Nazywa się soczewki, które przekształcają wiązkę promieni równoległych w rozbieżną rozpraszanie soczewki. Nazywa się punkt, w którym promienie zbierają się po załamaniu centrum. Dla soczewki skupiającej – obowiązuje. Do rozpraszania - wyimaginowane.
Rozważmy drogę wiązek światła przez soczewkę rozbieżną:
Wprowadzamy i wyświetlamy główne parametry soczewek:
Środek optyczny soczewki;
Osie optyczne soczewki i główna oś optyczna soczewki;
Główne ogniska soczewki i płaszczyzna ogniskowa.
Konstruowanie obrazów w soczewkach:
Obiekt punktowy i jego obraz zawsze leżą na tej samej osi optycznej.
Promień padający na soczewkę równolegle do osi optycznej, po załamaniu przez soczewkę, przechodzi przez ognisko odpowiadające tej osi.
Promień przechodzący przez ognisko przed soczewką zbierającą, za soczewką, rozchodzi się równolegle do osi odpowiadającej temu ognisku.
Promień równoległy do osi optycznej przecina go po załamaniu w płaszczyźnie ogniskowej.
D - odległość przedmiotu od soczewki
F - ogniskowa obiektywu.
1. Obiekt znajduje się za podwójną ogniskową soczewki: d > 2F.
Soczewka da zmniejszony, odwrócony, rzeczywisty obraz obiektu.
Obiekt znajduje się pomiędzy ogniskiem soczewki a jej podwójnym ogniskiem: F< d < 2F
Soczewka daje powiększony, odwrócony, rzeczywisty obraz obiektu.�
W ognisku soczewki znajduje się przedmiot: d = F
Obraz przedmiotu będzie zamazany.
4. Przedmiot znajduje się pomiędzy soczewką a jej ogniskiem: d< F
obraz obiektu jest powiększony, wirtualny, bezpośredni i umiejscowiony po tej samej stronie soczewki co obiekt.
5. Obrazy wytwarzane przez soczewkę rozpraszającą.
soczewka nie wytwarza rzeczywistych obrazów leżących po tej samej stronie soczewki co obiekt.
Formuła cienkiej soczewki:
Wzór na znalezienie mocy optycznej soczewki:
odwrotność ogniskowej nazywana jest mocą optyczną soczewki. Im krótsza ogniskowa, tym większa moc optyczna obiektywu.
Przyrządy optyczne:
kamera
Kamera kinowa
Mikroskop
Test.
Jakie obiektywy są pokazane na zdjęciach?
Za pomocą jakiego urządzenia można uzyskać obraz pokazany na rysunku.
A. aparat B. kamera filmowa w. szkło powiększające
Który obiektyw jest pokazany na zdjęciu?
A. zbieranie
B. rozpraszanie
wklęsły
Sekcje: Fizyka
Cel lekcji:
- Zapewnij proces opanowania podstawowych pojęć związanych z tematem „soczewka” i zasadą obrazowanie dane przez obiektyw
- Promowanie rozwoju zainteresowań poznawczych uczniów przedmiotem
- Przyczyniaj się do rozwoju dokładności podczas wykonywania rysunków
Sprzęt:
- Rebusy
- Soczewki zbieżne i rozbieżne
- Ekrany
- Świece
- Krzyżówka
Do jakiej lekcji doszliśmy? (rebus 1) fizyka
Dzisiaj będziemy studiować nową sekcję fizyki - optyka. Zapoznałeś się z tą sekcją już w 8. klasie i prawdopodobnie pamiętasz niektóre aspekty tematu „Zjawiska Światła”. W szczególności pamiętajmy o obrazach, jakie dają lustra. Ale najpierw:
- Jakie znasz rodzaje obrazów? (wyimaginowany i rzeczywisty).
- Jaki obraz daje lustro? (Wyimaginowany, bezpośredni)
- Jak daleko jest od lustra? (na tym samym co przedmiot)
- Czy lustra zawsze mówią nam prawdę? (wiadomość „Jeszcze raz przeciwnie”)
- Czy zawsze można zobaczyć siebie w lustrze takim, jakim jesteś, nawet jeśli jest na odwrót? (wiadomość „Dokuczanie luster”)
Dzisiaj będziemy kontynuować nasz wykład i porozmawiać o innym przedmiocie optyki. Zgadywać. (rebus 2) obiektyw
Obiektyw– przeźroczysta bryła ograniczona dwiema kulistymi powierzchniami.
Cienki obiektyw– jego grubość jest niewielka w porównaniu z promieniami krzywizny powierzchni.
Główne elementy obiektywu:
Rozróżnij soczewkę skupiającą od soczewki rozpraszającej za pomocą dotyku. Soczewki są na twoim stole.
Jak skonstruować obraz w soczewce skupiającej i rozpraszającej?
1. Obiekt za podwójną ostrością.
2. Obiekt z podwójną ostrością
3. Obiekt pomiędzy ostrością a podwójną ostrością
4. Obiekt w centrum uwagi
5. Obiekt pomiędzy ogniskiem a soczewką
6. Soczewka rozpraszająca
Formuła cienkiej soczewki =+
Jak dawno temu ludzie nauczyli się używać soczewek? (wiadomość „W świecie niewidzialnego”)
A teraz spróbujemy uzyskać obraz okna (świecy) za pomocą soczewek, które masz na stole. (Eksperymenty)
Dlaczego potrzebujemy soczewek? (na okulary, leczenie krótkowzroczności, dalekowzroczności) - To Twoja pierwsza praca domowa - przygotować raport dotyczący korekcji krótkowzroczności i dalekowzroczności za pomocą okularów.
Jakie więc zjawisko wykorzystaliśmy podczas dzisiejszej lekcji? (rebus 3) obserwacja.
Teraz sprawdzimy, w jaki sposób nauczyłeś się tematu dzisiejszej lekcji. Aby to zrobić, rozwiążmy krzyżówkę.
Praca domowa:
- puzzle,
- krzyżówki,
- doniesienia o krótkowzroczności i dalekowzroczności,
- materiał wykładowy
Drażniące lustra
Do tej pory mówiliśmy o uczciwych lustrach. Pokazali świat takim, jaki jest. No, może skręcił z prawej na lewą stronę. Ale są lustra drażniące i zniekształcające lustra. Wiele parków kulturowo-rekreacyjnych posiada taką atrakcję – „pokój śmiechu”. Tam każdy może zobaczyć siebie albo niskich i okrągłych jak główka kapusty, albo długich i chudych jak marchewka, albo jak kiełkująca cebula: prawie bez nóg i z nabrzmiałym brzuchem, z którego jak strzała wychodzi wąska klatka piersiowa rozciąga się w górę i brzydka wydłużona głowa na najcieńszej szyi.
Dzieci umierają ze śmiechu, a dorośli, starając się zachować powagę, tylko kręcą głowami. I przez to odbicia ich głów w dokuczliwych lusterkach zostają zniekształcone w najbardziej zabawny sposób.
Nie wszędzie jest pokój śmiechu, ale w życiu otaczają nas dokuczliwe lustra. Zapewne nie raz podziwiałeś swoje odbicie w szklanej kuli z choinki. Lub w niklowanym metalowym czajniku, dzbanku do kawy, samowaru. Wszystkie obrazy są bardzo zabawnie zniekształcone. Dzieje się tak dlatego, że „lustra” są wypukłe. Lusterka wypukłe mocuje się także na kierownicach roweru, motocykla, a także w pobliżu kabiny kierowcy autobusu. Zapewniają prawie niezniekształcony, choć nieco zmniejszony obraz drogi za pojazdem, a w autobusach także tylnych drzwi. Lustra bezpośrednie nie są tutaj odpowiednie: widać w nich zbyt mało. A wypukłe lustro, nawet małe, zawiera duży obraz.
Czasem zdarzają się zwierciadła wklęsłe. Służą do golenia. Jeśli zbliżysz się do takiego lustra, zobaczysz swoją twarz w ogromnym powiększeniu. W reflektorze zastosowano także lustro wklęsłe. To właśnie zbiera promienie z lampy w równoległą wiązkę.
W świecie nieznanego
Około czterysta lat temu wykwalifikowani rzemieślnicy we Włoszech i Holandii nauczyli się robić okulary. W ślad za okularami wynaleziono szkła powiększające do oglądania małych obiektów. To było bardzo interesujące i ekscytujące: nagle zobaczyć we wszystkich szczegółach ziarno prosa lub udko muchy!
W naszych czasach radioamatorzy budują sprzęt, który pozwala im odbierać coraz bardziej odległe stacje. A trzysta lat temu miłośnicy optyki chętnie szlifowali coraz mocniejsze soczewki, pozwalające im głębiej wnikać w świat niewidzialnego.
Jednym z takich amatorów był Holender Anthony Van Leeuwenhoek. Soczewki najlepszych mistrzów tamtych czasów powiększały się zaledwie 30-40 razy. A soczewki Leeuwenhoeka dały dokładny, wyraźny obraz, powiększony 300 razy!
Jak gdyby cały świat cuda otworzyły się przed dociekliwym Holendrem. Leeuwenhoek ciągnął pod szkłem wszystko, co wpadło mu w oko.
Jako pierwszy zobaczył mikroorganizmy w kropli wody, naczynia włosowate w ogonie kijanki, czerwone krwinki i dziesiątki, setki innych niesamowitych rzeczy, których nikt wcześniej nie podejrzewał.
Ale pomyśl, że Leeuwenhoekowi łatwo było dokonać swoich odkryć. Był osobą bezinteresowną, która całe swoje życie poświęciła badaniom. Jego soczewki były bardzo niewygodne, w przeciwieństwie do dzisiejszych mikroskopów. Musiałem oprzeć nos na specjalnym stojaku, aby podczas obserwacji moja głowa była całkowicie nieruchoma. I tak po prostu, oparty o stojak, Leeuwenhoek przeprowadzał swoje eksperymenty przez 60 lat!
Po raz kolejny jest na odwrót
W lustrze nie widzisz siebie dokładnie tak, jak widzą cię ludzie wokół ciebie. Tak naprawdę, jeśli przeczeszesz włosy na jedną stronę, w lustrze zostaną one zaczesane na drugą. Jeśli na twarzy znajdują się pieprzyki, pojawią się one również po niewłaściwej stronie. Jeśli odwrócisz to wszystko w lustrze, twarz będzie wydawać się inna, nieznana.
Jak możesz nadal postrzegać siebie tak, jak widzą cię inni? Lustro wywraca wszystko do góry nogami... No cóż! Przechytrzmy go. Przekażmy mu obraz, już odwrócony, już odzwierciedlony. Niech znów to odwróci i wszystko się ułoży.
Jak to zrobić? Tak, za pomocą drugiego lustra! Stań przed lustrem ściennym i weź kolejne, ręczne. Trzymaj go pod ostrym kątem do ściany. Przechytrzysz oba lustra: twój „właściwy” obraz pojawi się w obu. Łatwo to sprawdzić za pomocą czcionki. Przyłóż do twarzy książkę z dużym napisem na okładce. W obu lusterkach napis zostanie odczytany poprawnie, od lewej do prawej.
Teraz spróbuj pociągnąć grzywkę. Jestem pewien, że nie będzie to możliwe od razu. Tym razem obraz w lustrze jest całkowicie poprawny, a nie przekręcony z prawej na lewą stronę. Dlatego będziesz popełniać błędy. Przyzwyczaiłeś się do widoku lustrzanego odbicia w lustrze.
W sklepach z gotową odzieżą i studiach krawieckich pojawiają się lustra trójlistne, tzw. kraty. Można w nich także zobaczyć siebie „od zewnątrz”.
Literatura:
- L. Galpershtein, Fizyka zabawy, M.: Literatura dziecięca, 1994
GAPOU „Politechnika Akbulak”
Scenariusz zajęć dla dyscypliny: FIZYKA
Lekcja nr 150
Bydło
grupa dat
Temat lekcji: Soczewki. Formuła cienkiej soczewki
Cele Lekcji:
Edukacyjny -
` formułować pojęcie soczewki, jakie istnieją rodzaje soczewek;
` pokazują główne punkty charakterystyczne soczewki (środek optyczny, główną oś optyczną, główne ogniska soczewki)
` w wadze podstawowe formuły cienkiej soczewki
Rozwojowa – sprzyjająca rozwojowi: myślenia, wyobraźnię przestrzenną, umiejętności komunikacyjne; kontynuować tworzenie naukowego światopoglądu;
Edukacyjne – rozwijanie kultury pracy umysłowej i naturalnie materialistycznego światopoglądu poprzez lekcje mające na celu zaszczepienie zainteresowania fizyką jako nauką.
. Rodzaj zajęć:_ teoretycznych
Sprzęt Laptop, projektor, podręcznik elektroniczny
TREŚĆ LEKCJI
Lp. Etapy lekcji, pytania na lekcji Formy i metody nauczania Regulamin zajęć
1 Etap organizacyjny:
Sprawdzanie obecności
Sprawdzanie gotowości uczniów do zajęć
Sprawdzenie pracy domowej. Ustalenie gotowości klasy do zajęć. 2-3 minuty
2 Wiadomość dotycząca tematu lekcji Slajdy, tablica 2 min.
3 Punkt motywacyjny:
Uzasadnienie konieczności studiowania tego tematu dla skutecznego opanowania fizyki
Na poprzednich lekcjach badaliśmy, jak światło zachowuje się w różnych warunkach. Studiowaliśmy prawa optyki. Jak myślisz, w jaki sposób ludzie wykorzystują te prawa do celów praktycznych?
Włączanie uczniów w proces ustalania celów i zadań lekcji
Rozmowa. Analiza aktywności 2-3 min
4 Aktualizacja podstawowej wiedzy:
Od jakiego przedmiotu zacząłeś się uczyć?
Z jakimi prawami się zapoznałeś?
Sformułuj prawo prostoliniowości propagacji światła.
Sformułuj prawo odbicia światła.
Sformułuj prawo załamania światła. Rozmowa frontalna 5-7 min.
5. Pracuj nad tematem lekcji:
Co to jest soczewka Jakie są rodzaje soczewek?
Pierwszą wzmiankę o soczewkach można znaleźć w starożytnej greckiej sztuce
Arystofanes „Chmury” (424 pne), gdzie za pomocą wypukłości
szkło i światło słoneczne rozpalił ogień.
Obiektyw od niego. linse, z łac. soczewka - soczewicaRodzaje soczewek
Podstawowe elementy obiektywu
GŁÓWNA OŚ OPTYCZNA to przechodząca przez nią linia prosta
środki powierzchni sferycznych wyznaczających soczewkę.
CENTRUM OPTYCZNE - przecięcie głównej osi optycznej z soczewką, oznaczone punktem O.
Pomocniczą osią optyczną jest dowolna linia prosta przechodząca przez środek optyczny.
Jeżeli wiązka promieni pada na soczewkę zbierającą,
równolegle do głównej osi optycznej, a następnie za nią
załamania światła w soczewce zbierają się w jednym punkcie F,
co nazywa się głównym ogniskiem obiektywu.
Istnieją dwa główne cele; są one umieszczone na głównej osi optycznej w tej samej odległości od środka optycznego soczewki po przeciwnych stronach.
Cienka soczewka - soczewka, której grubość jest mała w porównaniu do promienia krzywizny ograniczających ją powierzchni sferycznych.
Formuły cienkich soczewek
Moc obiektywu
1 dioptria to moc optyczna soczewki, której ogniskowa wynosi 1 metr.
Obrazy wytwarzane przez obiektyw
Rodzaje obrazów
Konstruowanie obrazów w soczewce skupiającej
Legenda
F – ostrość obiektywu
d - odległość przedmiotu od soczewki
f – odległość soczewki od obrazu
h – wysokość obiektu
H – wysokość obrazu
D - Moc optyczna obiektywu.
Jednostki mocy optycznej - dioptrie - [dtpr]
G – powiększenie obiektywu
Praktyczne znaczenie badanego tematu. Praca z ICT
Podręcznik elektroniczny 22-28 min
6 Podsumowanie lekcji, ocena wyników pracy Rozmowa 2-3 min
7. Praca domowa 18.4. 331-334 s. 1-2 minuty
8. Refleksja: w jakim stopniu cele i zadania lekcji zostały osiągnięte? Rozmowa 1-2 min
Nauczyciel: G.A.Krivosheeva
Plan:
- Wstęp
- 1. Historia
- 2 Charakterystyka prostych soczewek
- 3 Ścieżka promieni w cienkiej soczewce
- 4 Ścieżka promieni w układzie soczewek
- 5 Konstruowanie obrazu za pomocą cienkiej soczewki skupiającej
- 6 Formuła cienkiej soczewki
- 7 Skala obrazu
- 8 Obliczanie ogniskowej i mocy optycznej soczewki
- 9 Połączenie wielu soczewek (system centralny)
- 10 Wady prostego obiektywu
- 11
Soczewki o specjalnych właściwościach
- 11.1 Organiczne soczewki polimerowe
- 11.2 Soczewki kwarcowe
- 11.3 Soczewki silikonowe
- 12 Stosowanie soczewek Notatki
Literatura
Wstęp
Soczewka płasko-wypukła
Obiektyw(Niemiecki) Linse, z łac. obiektyw- soczewica) - część wykonana z optycznie przezroczystego jednorodnego materiału, ograniczona dwiema wypolerowanymi załamującymi powierzchniami obrotowymi, na przykład kulistą lub płaską i kulistą. Obecnie coraz częściej stosuje się „soczewki asferyczne”, których powierzchnia różni się kształtem od kuli. Jako materiały na soczewki powszechnie stosuje się materiały optyczne, takie jak szkło, szkło optyczne, optycznie przezroczyste tworzywa sztuczne i inne materiały.
Soczewki nazywane są także innymi urządzeniami optycznymi i zjawiskami, które tworzą podobny efekt optyczny, nie mając określonego cechy zewnętrzne. Na przykład:
- Płaskie „soczewki” wykonane z materiału o zmiennym współczynniku załamania światła, który zmienia się w zależności od odległości od środka
- Soczewki Fresnela
- Płyta strefowa Fresnela wykorzystująca zjawisko dyfrakcji
- „soczewki” powietrza w atmosferze - niejednorodność właściwości, w szczególności współczynnika załamania światła (przejawiającego się w postaci migoczących obrazów gwiazd na nocnym niebie).
- Soczewka grawitacyjna - efekt odchylający obserwowany na odległościach międzygalaktycznych fale elektromagnetyczne masywne obiekty.
- Soczewka magnetyczna to urządzenie wykorzystujące stałe pole magnetyczne do skupiania wiązki naładowanych cząstek (jonów lub elektronów) i stosowane w mikroskopach elektronowych i jonowych.
- Obraz soczewki utworzony przez układ optyczny lub część układu optycznego. Stosowany w obliczeniach złożonych układów optycznych.
1. Historia
Pierwsza wzmianka o soczewki można znaleźć w starożytnej greckiej sztuce „Chmury” Arystofanesa (424 p.n.e.), w której ogień wytwarzano przy użyciu wypukłego szkła i światła słonecznego.
Z dzieł Pliniusza Starszego (23 - 79) wynika, że ten sposób rozpalania ognia był znany także w Cesarstwie Rzymskim - opisuje też być może pierwszy przypadek stosowania soczewek do korekcji wzroku - wiadomo, że Neron obserwował walki gladiatorów przez wklęsły szmaragd w celu skorygowania krótkowzroczności.
Seneka (3 p.n.e. - 65) opisał efekt powiększający, jaki daje szklana kula wypełniona wodą.
Arabski matematyk Alhazen (965-1038) napisał pierwszy znaczący traktat o optyce, opisując, w jaki sposób soczewka oka tworzy obraz na siatkówce. Soczewki weszły do powszechnego użytku dopiero wraz z pojawieniem się okularów około lat osiemdziesiątych XII wieku we Włoszech.
Złotą Bramę widać przez krople deszczu działające jak soczewki.
Roślina widziana przez dwuwypukłą soczewkę
2. Charakterystyka prostych soczewek
W zależności od dostępnych formularzy zbieranie(pozytywny) i rozpraszanie(negatywne) soczewki. Do grupy soczewek zbierających zalicza się zazwyczaj soczewki, których środek jest grubszy niż ich brzegi, natomiast do grupy soczewek rozpraszających zalicza się soczewki, których brzegi są grubsze od środka. Należy zauważyć, że jest to prawdą tylko wtedy, gdy współczynnik załamania światła materiału soczewki jest większy niż współczynnik załamania światła środowisko. Jeśli współczynnik załamania światła soczewki jest niższy, sytuacja będzie odwrotna. Na przykład pęcherzyk powietrza w wodzie jest dwuwypukłą soczewką rozpraszającą.
Soczewki zazwyczaj charakteryzują się mocą optyczną (mierzoną w dioptriach) lub ogniskową.
Do budowy urządzeń optycznych z korygowaną aberracją optyczną (głównie chromatyczną, spowodowaną rozproszeniem światła - achromaty i apochromaty) istotne są także inne właściwości soczewek/ich materiałów, np. współczynnik załamania światła, współczynnik dyspersji, przepuszczalność materiału w wybranym układzie optycznym zakres.
Czasami soczewki/soczewki systemy optyczne(refraktory) są specjalnie zaprojektowane do stosowania w środowiskach o stosunkowo wysokim współczynniku załamania światła (patrz mikroskop zanurzeniowy, płyny immersyjne).
Rodzaje soczewek:
Zbieranie:
1 - dwuwypukły
2 - płasko-wypukły
3 - wklęsło-wypukły (menisk dodatni)
Rozpraszanie:
4 - dwuwklęsły
5 - płasko-wklęsły
6 - wypukło-wklęsły (menisk ujemny)
Nazywa się soczewką wypukło-wklęsłą menisk i może być zbiorczy (grubszy w kierunku środka), rozproszony (grubszy w kierunku krawędzi) lub teleskopowy (ogniskowa wynosi nieskończoność). Na przykład soczewki okularów na krótkowzroczność są z reguły łąkotkami ujemnymi.
Wbrew powszechnemu błędnemu mniemaniu moc optyczna menisku o równych promieniach nie wynosi zero, ale jest dodatnia i zależy od współczynnika załamania światła szkła i grubości soczewki. Menisk, którego środki krzywizny powierzchni znajdują się w jednym punkcie, nazywany jest soczewką koncentryczną (moc optyczna jest zawsze ujemna).
Charakterystyczną właściwością soczewki zbierającej jest zdolność do zbierania promieni padających na jej powierzchnię w jednym punkcie znajdującym się po drugiej stronie soczewki.
Główne elementy soczewki: NN – oś optyczna – linia prosta przechodząca przez środki powierzchni sferycznych wyznaczających soczewkę; O - środek optyczny - punkt, który dla soczewek dwuwypukłych lub dwuwklęsłych (o tych samych promieniach powierzchni) znajduje się na osi optycznej wewnątrz soczewki (w jej środku).
Notatka. Ścieżkę promieni pokazano jak w wyidealizowanej (cienkiej) soczewce, bez wskazania załamania na rzeczywistej granicy faz. Dodatkowo pokazano nieco przesadzony obraz soczewki dwuwypukłej
Jeżeli punkt świetlny S zostanie umieszczony w pewnej odległości przed soczewką zbierającą, wówczas promień światła skierowany wzdłuż osi przejdzie przez soczewkę bez załamania, a promienie, które nie przejdą przez środek, zostaną załamane w kierunku soczewki zbierającej. osi optycznej i przecinają się na niej w pewnym punkcie F, który i będzie obrazem punktu S. Punkt ten nazywany jest ogniskiem sprzężonym, lub po prostu centrum.
Jeżeli światło pada na soczewkę z bardzo odległego źródła, którego promienie można przedstawić jako padające w postaci równoległej wiązki, to po wyjściu z niej promienie załamują się pod większym kątem i punkt F przesunie się na osi optycznej bliżej soczewki obiektyw. W tych warunkach nazywa się punkt przecięcia promieni wychodzących z soczewki centrum F’, a odległość od środka soczewki do ogniska to ogniskowa.
Promienie padające na soczewkę rozbieżną zostaną załamane w kierunku krawędzi soczewki po wyjściu z niej, to znaczy rozproszone. Jeśli promienie te będą kontynuowane w przeciwnym kierunku, jak pokazano na rysunku linią przerywaną, to zbiegną się w jednym punkcie F, który będzie centrum ten obiektyw. Ta sztuczka będzie wyimaginowany.
Wyimaginowane skupienie soczewki rozpraszającej
To, co zostało powiedziane o ogniskowaniu na osi optycznej, odnosi się również do przypadków, gdy obraz punktu leży na linii ukośnej przechodzącej przez środek soczewki pod kątem do osi optycznej. Nazywa się płaszczyznę prostopadłą do osi optycznej, znajdującą się w ognisku soczewki płaszczyzna ogniskowa.
Soczewki zbiorcze mogą być skierowane w stronę obiektu z dowolnej strony, dzięki czemu promienie przechodzące przez soczewkę mogą być zbierane zarówno z jednej, jak i drugiej strony. Zatem obiektyw ma dwa ogniska - przód I tył. Znajdują się one na osi optycznej po obu stronach obiektywu w odległości ogniskowej od głównych punktów obiektywu.
3. Droga promieni w cienkiej soczewce
Soczewkę, dla której przyjmuje się, że grubość wynosi zero, nazywa się w optyce „cienką”. Jak na taki obiektyw pokazują nie dwie główne płaszczyzny, a jedną, w której przód i tył zdają się zlewać w jedną całość.
Rozważmy konstrukcję ścieżki wiązki o dowolnym kierunku w cienkiej soczewce zbierającej. W tym celu wykorzystujemy dwie właściwości cienkiej soczewki:
- Wiązka przechodząca przez środek optyczny soczewki nie zmienia swojego kierunku;
- Promienie równoległe przechodzące przez soczewkę zbiegają się w płaszczyźnie ogniskowej.
Rozważmy promień SA o dowolnym kierunku padający na soczewkę w punkcie A. Skonstruujmy linię jego propagacji po załamaniu w soczewce. Aby to zrobić, konstruujemy promień OB równoległy do SA i przechodzący przez środek optyczny O soczewki. Zgodnie z pierwszą właściwością soczewki promień OB nie zmieni swojego kierunku i przetnie płaszczyznę ogniskową w punkcie B. Zgodnie z drugą właściwością soczewki, promień równoległy SA po załamaniu musi przecinać płaszczyznę ogniskową w tym samym miejscu punkt. Zatem promień SA po przejściu przez soczewkę będzie podążał drogą AB.
Inne belki, takie jak belka SPQ, można skonstruować w podobny sposób.
Oznaczmy odległość SO od soczewki do źródła światła przez u, odległość OD soczewki od punktu skupienia promieni przez v, a ogniskową OF przez f. Wyprowadźmy wzór łączący te wielkości.
Rozważ dwie pary podobne trójkąty: 1) SOA i OFB; 2) DOA i DFB. Zapiszmy proporcje
Dzieląc pierwszą proporcję przez drugą, otrzymujemy
Po podzieleniu obu stron wyrażenia przez v i przestawieniu wyrazów dochodzimy do ostatecznej formuły
gdzie jest ogniskowa cienkiej soczewki.
4. Droga promieni w układzie soczewek
Ścieżkę promieni w układzie soczewek konstruuje się tymi samymi metodami, co w przypadku pojedynczej soczewki.
Rozważmy układ dwóch soczewek, z których jedna ma ogniskową OF, a druga O 2 F 2. Konstruujemy ścieżkę SAB dla pierwszej soczewki i kontynuujemy odcinek AB, aż wejdzie on w drugą soczewkę w punkcie C.
Z punktu O 2 konstruujemy promień O 2 E, równoległy do AB. Promień ten przecinając płaszczyznę ogniskową drugiej soczewki da punkt E. Zgodnie z drugą właściwością cienkiej soczewki promień AB po przejściu przez drugą soczewkę będzie podążał drogą BE. Przecięcie tej linii z osią optyczną drugiej soczewki da punkt D, w którym skupią się wszystkie promienie wychodzące ze źródła S i przechodzące przez obie soczewki.
5. Konstruowanie obrazu za pomocą cienkiej soczewki zbierającej
Przedstawiając charakterystykę soczewek, uwzględniono zasadę konstrukcji obrazu punkt świetlny w ognisku obiektywu. Promienie padające na soczewkę z lewej strony przechodzą przez jej tylne ogniskowanie, a promienie padające z prawej strony przechodzą przez jej przednie ogniskowanie. Należy zauważyć, że w przypadku soczewek rozbieżnych przeciwnie, tylne ogniskowanie znajduje się przed obiektywem, a przednie ogniskowanie jest z tyłu.
Konstrukcję obrazu obiektów o określonym kształcie i rozmiarze przez soczewkę uzyskuje się w następujący sposób: powiedzmy, że linia AB reprezentuje obiekt znajdujący się w pewnej odległości od soczewki, znacznie przekraczającej jej ogniskową. Z każdego punktu obiektu przez soczewkę przejdzie niezliczona liczba promieni, z których dla przejrzystości rysunek schematycznie pokazuje przebieg tylko trzech promieni.
Trzy promienie wychodzące z punktu A przejdą przez soczewkę i przetną się w odpowiednich punktach zbiegu w A 1 B 1, tworząc obraz. Powstały obraz to ważny I do góry nogami.
W w tym przypadku obraz uzyskano przy ognisku sprzężonym w pewnej płaszczyźnie ogniskowej FF, nieco odległej od głównej płaszczyzny ogniskowej F’F’, biegnącej równolegle do niej przez ognisko główne.
Jeżeli obiekt znajduje się w nieskończonej odległości od soczewki, to jego obraz uzyskuje się w tylnym ognisku soczewki F' ważny, do góry nogami I zredukowany dopóki nie będzie to wyglądało na punkt.
Jeżeli obiekt znajduje się blisko soczewki i znajduje się w odległości przekraczającej dwukrotność ogniskowej soczewki, to jego obraz będzie ważny, do góry nogami I zredukowany i będzie znajdować się za ogniskiem głównym w odcinku pomiędzy nim a podwójną ogniskową.
Jeśli obiekt zostanie umieszczony w odległości dwukrotnie większej od soczewki, wówczas powstały obraz będzie po drugiej stronie soczewki w odległości dwukrotnie większej od niej. Uzyskano obraz ważny, do góry nogami I równej wielkości temat.
Jeśli obiekt zostanie umieszczony pomiędzy przednim ogniskiem a podwójną ogniskową, to obraz zostanie uzyskany za podwójną ogniskową i będzie ważny, do góry nogami I powiększony.
Jeśli obiekt znajduje się w płaszczyźnie przedniego głównego ogniska soczewki, wówczas promienie przechodzące przez soczewkę będą przebiegać równolegle, a obraz można uzyskać tylko w nieskończoności.
Jeśli obiekt zostanie umieszczony w odległości mniejszej niż główna ogniskowa, wówczas promienie wyjdą z soczewki w postaci rozbieżnej wiązki, nie przecinając się nigdzie. Obraz jest wtedy wyimaginowany, bezpośredni I powiększony, czyli w tym przypadku soczewka działa jak szkło powiększające.
Łatwo zauważyć, że gdy obiekt zbliża się do przedniego ogniska obiektywu od nieskończoności, obraz oddala się od tylnego ogniskowania, a gdy obiekt dociera do przedniej płaszczyzny ogniskowania, pojawia się od niej w nieskończoności.
Ten wzór ma bardzo ważne w praktyce różne rodzaje pracy fotograficznej, dlatego aby określić zależność pomiędzy odległością przedmiotu od obiektywu i od obiektywu do płaszczyzny obrazu, należy znać podstawowe formuła soczewki.
6. Formuła cienkiej soczewki
Odległości od punktu obiektu do środka soczewki oraz od punktu obrazu do środka soczewki nazywane są ogniskowymi sprzężonymi.
Wielkości te są współzależne i wyznaczane są za pomocą wzoru zwanego cienka formuła soczewki(odkryte przez Isaaca Barrowa):
gdzie jest odległość soczewki od obiektu; - odległość obiektywu od obrazu; - główna ogniskowa obiektywu. W przypadku grubej soczewki wzór pozostaje niezmieniony, z tą tylko różnicą, że odległości mierzone są nie od środka soczewki, a od głównych płaszczyzn.
Aby znaleźć tę lub inną nieznaną wielkość przy dwóch znanych, użyj następujących równań:
Należy zauważyć, że znaki ilości ty , w , F dobierane są na podstawie następujących rozważań – dla obrazu rzeczywistego z obiektu rzeczywistego w soczewce skupiającej – wszystkie te wielkości są dodatnie. Jeśli obraz jest urojony, odległość do niego przyjmuje się jako ujemną; jeśli obiekt jest urojony, odległość do niego jest ujemna; jeśli soczewka jest rozbieżna, ogniskowa jest ujemna.
Obrazy czarnych liter przez cienką wypukłą soczewkę o ogniskowej f (wyświetlane na czerwono). Pokazano promienie liter E, I i K (odpowiednio w kolorze niebieskim, zielonym i pomarańczowym). Wymiary obrazu rzeczywistego i odwróconego E (2f) są takie same. Obraz I (f) - w nieskończoności. K (przy f/2) ma dwukrotnie większy rozmiar obrazu wirtualnego i bezpośredniego
7. Skala obrazu
Skala obrazu () to stosunek wymiarów liniowych obrazu do odpowiednich wymiarów liniowych obiektu. Zależność tę można pośrednio wyrazić ułamkiem , gdzie jest odległość soczewki od obrazu; - odległość soczewki od przedmiotu.
Występuje tu współczynnik redukcyjny, czyli liczba pokazująca, ile razy wymiary liniowe obrazu są mniejsze od rzeczywistych wymiarów liniowych obiektu.
W praktyce obliczeń znacznie wygodniej jest wyrazić tę zależność w wartościach lub , gdzie jest ogniskowa obiektywu.
8. Obliczanie ogniskowej i mocy optycznej obiektywu
Wartość ogniskowej obiektywu można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
, Gdziewspółczynnik załamania światła materiału soczewki,
Odległość pomiędzy sferycznymi powierzchniami soczewki wzdłuż osi optycznej, zwana także grubość soczewki, a znaki promieni uważa się za dodatnie, jeśli środek powierzchni sferycznej leży na prawo od soczewki, a ujemne, jeśli po lewej stronie. Jeżeli jest ona pomijalnie mała w stosunku do ogniskowej, wówczas taki obiektyw nazywa się cienki, a jego ogniskową można znaleźć jako:
gdzie R>0, jeśli środek krzywizny znajduje się na prawo od głównej osi optycznej; R<0 если центр кривизны находится слева от главной оптической оси. Например, для двояковыпуклой линзы будет выполняться условие 1/F=(n-1)(1/R1+1/R2)
(Formuła ta jest również nazywana cienka formuła soczewki.) Ogniskowa jest dodatnia dla soczewek skupiających i ujemna dla soczewek rozbieżnych. Ilość nazywa się moc optyczna soczewki. Moc optyczną soczewki mierzy się w dioptrii, którego jednostkami są M −1 .
Wzory te można otrzymać dokładnie rozważając proces konstruowania obrazu w soczewce z wykorzystaniem prawa Snella, jeśli przejdziemy od ogólnych wzorów trygonometrycznych do przybliżenia przyosiowego.
Soczewki są symetryczne, czyli mają tę samą ogniskową niezależnie od kierunku padania światła – w lewo czy w prawo, co jednak nie dotyczy innych cech, np. aberracji, których wielkość zależy od tego, z której strony soczewka skierowana jest w stronę światła.
9. Połączenie wielu soczewek (system wycentrowany)
Soczewki można ze sobą łączyć, tworząc złożone układy optyczne. Moc optyczną układu dwóch soczewek można obliczyć jako prostą sumę mocy optycznych każdej soczewki (zakładając, że obie soczewki można uznać za cienkie i znajdują się blisko siebie na tej samej osi):
.Jeżeli soczewki znajdują się w pewnej odległości od siebie, a ich osie pokrywają się (układ dowolnej liczby soczewek o tej właściwości nazywany jest układem wycentrowanym), to ich całkowitą moc optyczną można wyznaczyć z wystarczającą dokładnością z następujące wyrażenie:
,gdzie jest odległość między głównymi płaszczyznami soczewek.
10. Wady prostego obiektywu
Nowoczesny sprzęt fotograficzny stawia wysokie wymagania jakości obrazu.
Obraz uzyskiwany za pomocą prostego obiektywu ze względu na szereg wad nie spełnia tych wymagań. Eliminację większości mankamentów osiąga się poprzez odpowiedni dobór szeregu soczewek w centralny układ optyczny – soczewkę. Obrazy uzyskane za pomocą prostych obiektywów mają różne wady. Wady układów optycznych nazywane są aberracjami i dzielą się na następujące typy:
- Aberracje geometryczne
- Aberracja sferyczna;
- Śpiączka;
- Astygmatyzm;
- Zniekształcenie;
- Krzywizna pola obrazu;
- Aberracja chromatyczna;
- Aberracja dyfrakcyjna (aberracja ta jest spowodowana innymi elementami układu optycznego i nie ma nic wspólnego z samym obiektywem).
11. Soczewki o specjalnych właściwościach
11.1. Organiczne soczewki polimerowe
Polimery umożliwiają tworzenie niedrogich soczewek asferycznych metodą odlewania.
Szkła kontaktowe
W dziedzinie okulistyki opracowano miękkie soczewki kontaktowe. Ich produkcja opiera się na zastosowaniu materiałów o charakterze dwufazowym, łączących fragmenty krzemoorganiczny lub krzemoorganiczny polimer silikonowy i hydrofilowy polimer hydrożelowy. Ponad 20-letnie prace doprowadziły do powstania pod koniec lat 90-tych soczewek silikonowo-hydrożelowych, które dzięki połączeniu właściwości hydrofilowych i wysokiej przepuszczalności tlenu mogą być używane nieprzerwanie przez 30 dni przez całą dobę.
11.2. Soczewki kwarcowe
Szkło kwarcowe to przetapiana czysta krzemionka z niewielkimi (około 0,01%) dodatkami Al 2 O 3, CaO i MgO. Charakteryzuje się wysoką odpornością cieplną i obojętnością na wiele substancji chemicznych z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego.
Przezroczyste szkło kwarcowe dobrze przepuszcza promienie ultrafioletowe i widzialne.
11.3. Soczewki silikonowe
Krzem łączy w sobie ultrawysoką dyspersję z najwyższą bezwzględną wartością współczynnika załamania światła n=3,4 w zakresie podczerwieni i całkowitą nieprzezroczystością w zakresie widzialnym widma.
Ponadto to właśnie właściwości krzemu i najnowocześniejsze technologie jego przetwarzania umożliwiły stworzenie soczewek dla zakresu rentgenowskiego fal elektromagnetycznych.
12. Używanie soczewek
Soczewki są uniwersalnym elementem optycznym większości układów optycznych.
Tradycyjne zastosowanie soczewek to lornetki, teleskopy, celowniki optyczne, teodolity, mikroskopy oraz sprzęt fotograficzny i wideo. Jako szkła powiększające stosuje się pojedyncze soczewki skupiające.
Kolejnym ważnym obszarem zastosowania soczewek jest okulistyka, gdzie bez nich nie da się skorygować wad wzroku – krótkowzroczności, dalekowzroczności, nieprawidłowego akomodacji, astygmatyzmu i innych chorób. Soczewki stosuje się w urządzeniach takich jak okulary i soczewki kontaktowe.
W radioastronomii i radarach soczewki dielektryczne są często używane do zbierania strumienia fal radiowych do anteny odbiorczej lub skupiania ich na celu.
Przy projektowaniu plutonowych bomb atomowych zastosowano układy soczewek wykonane z materiałów wybuchowych o różnych prędkościach detonacji (to znaczy o różnych współczynnikach załamania światła) w celu przekształcenia sferycznej rozbieżnej fali uderzeniowej ze źródła punktowego (detonatora) w sferyczną zbieżną.
Notatki
- Nauka na Syberii - www.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?15 320 1
- soczewki silikonowe dla zakresu IR - www.optotl.ru/mat/Si#2
Streszczenie opiera się na artykule z rosyjskiej Wikipedii. Synchronizacja została zakończona 09.07.11 o godzinie 20:53:22
Powiązane streszczenia: soczewka Fresnela, soczewka Luneberga, soczewka kęsowa, soczewka elektromagnetyczna, soczewka kwadrupolowa, soczewka asferyczna.
