Линза

Содержание
I. Введение.
II. Основная часть.
1. Линза
2. Построение изображения в линзе
3. Формула тонкой линзы. Увеличение линзы
III. Заключение.
IV. Список литературы.
I. Введение.
До сих пор мы рассматривали преломление света на плоской границе двух сред. На практике широко используется преломление на сферических поверхностях.
Прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями, называют линзой.
Рассмотрим способы построения изображения в линзе.
Выведем формулу, связывающую три величины: расстояние d от предмета до линзы, расстояние f от изображения до линзы и фокусное расстояние F
II. Основная часть.
1. Линза
Виды линзы. Линза может быть ограничена двумя выпуклыми сферическими поверхностями (двояковыпуклая линза – рис. 172, а), выпуклой сферической поверхностью и плоскостью (плосковыпуклая линза - рис. 172, б), выпуклой и вогнутой сферическими поверхностями (вогнуто-выпуклая линза - рис. 172, в). Эти линзы посредине толще, чем у краев, и все они называются выпуклыми.
Линзы, которые посредине толще, чем у краев, называются вогнутыми. На рисунке 173 изображены три вида вогнутых линз: двояковогнутая – а, плосковогнутая – б, выпукло-вогнутая – в.
Тонкая линза. Мы рассмотрим наиболее простой случай, когда толщина линзы пренебрежимо мала по сравнению с радиусами и поверхностей линзы (рис. 174) и расстоянием предмета от линзы. Такую линзу называют тонкой линзой. В дальнейшем говоря о линзе, мы всегда будем подразумевать тонкую линзу.
Точки А и .В — вершины сферических сегментов — в тонкой линзе расположены столь близко друг от друга, что их можно принять за одну точку, которую называют оптическим центром линзы и обозначают буквой О. Луч света, который проходит через оптический центр линзы, практически не преломляется.
Прямую OjO2, проходящую через центры сферических поверхностей, которые ограничивают линзу, называют ее главной оптической осью. Главная оптическая ось тон¬кой линзы проходит через оптический центр. Любую дру-гую прямую, проходящую через оптический центр, назы¬вают побочной оптической осью (рис. 175).
Изображение в линзе. Подобно плоскому зеркалу, лин¬за создает изображения источников света. Это означает, что свет, исходящий из какой-либо точки предмета (ис¬точника), после преломления в линзе снова собирается в одну точку (изображение) независимо от того, через ка¬кую часть линзы прошли лучи. Если по выходе из лин¬зы лучи сходятся, они образуют действительное изобра¬жение. В случае же, когда прошедшие через линзу лучи расходятся, то пересекаются в одной точке не сами эти лучи, а лишь их продолжения. Изображение тогда мни¬мое. Его можно наблюдать глазом непосредственно или с помощью оптических приборов1.
Собирающая линза. Обычно линзы делают из стекла. Выпуклые линзы являются собирающими. Любую из них
Рис. 175
схематично можно себе пред¬ставить как совокупность стеклянных призм (рис. 176). В воздухе каждая призма от¬клоняет лучи к основанию. Все лучи, идущие через лин¬зу, отклоняются в сторону ее главной оптической оси.
Преломление лучей в со¬бирающей линзе можно на¬блюдать на опыте. Линзу ук¬репляют на диске. Сначала направляют узкий пучок вер¬тикально вдоль главной оп¬тической оси и убеждаются в том, что он проходит че¬рез линзу без преломления (рис. 177).
рис. 177
Затем направля¬ют пучок вдоль побочной оси (т. е. тоже через оптический центр) и наблюдают лишь небольшой
рис. 178
параллельный сдвиг преломленного пучка (рис. 178).
После этого направляют от осветителя на линзу три параллельных пучка верти¬кально. Преломившись, они после выхода из линзы пересекаются в одной точке (рис. 179).
рис. 179
Точка, в которой пересе¬каются после преломления в собирающей линзе лучи, па¬дающие на линзу параллель¬но главной оптической оси, называется главным фокусом линзы. Эту точку обозначают буквой F (рис. 180).
Пучки, параллельные главной оптической оси, можно направить на линзу и с противоположной стороны. Точка, в которой они сойдут¬ся, пройдя линзу, будет другим главным фокусом (рис. 181).
Таким образом, у линзы два главных фокуса. В однородной среде они располага¬ются по обе стороны линзы на одном и том же расстоя¬нии от нее. Это расстояние называется фокусным рас-стоянием линзы; его обоз¬начают буквой F (той же буквой, что и фокус).
Направим три узких па¬раллельных пучка от осве¬тителя под углом к главной оптической оси. Мы увидим тогда, что пересечение про¬изойдет не в главном фо¬кусе, а в другой точке (рис. 182, а).
Но примеча¬тельно то, что точки пересе¬чения независимо от углов, образуемых этими пучками с главной оптической осью, располагаются в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси и проходя¬щей через главный фокус (рис. 182, б). Ее называют фокальной плоскостью.
Поместив светящуюся точку в фокусе линзы (или в любой точке фокальной плоскости), получим после преломления параллельные лучи (рис. 183).
Если смес¬тить источник дальше от линзы, лучи за линзой ста-новятся сходящимися и дают действительное изо¬бражение (рис. 184, а). Ког¬да же источник находится ближе фокуса, преломлен ные лучи расходятся и изображение получается мнимым (рис. 184, б).
Рассеивающая линза. Вогнутые линзы являются рас-сеивающими. Укрепив линзу на диске, направим на нее лучи, параллельные главной оптической оси. Преломлен¬ные лучи будут расходящимися (рис. 185), а их продол¬жения пересекаются в главном фокусе рассеивающей линзы.
В этом случае главный фокус является мнимым (рис. 186) и расположен на расстоянии F от линзы. Дру¬гой мнимый главный фокус находится по другую сторо¬ну линзы на таком же расстоянии, если среда по обе сто¬роны линзы одна и та же (рис. 187).
Оптическая сила линзы. Величину, обратную фокус¬ному расстоянию, называют оптической силой линзы. Ее обозначают буквой D:
Чем ближе к линзе лежат ее фокусы, тем сильнее линза преломляет лучи, собирая или рассеивая их, и тем больше по абсолютному значению оптическая величина линзы.
Оптическую силу линз выражают в диоптриях (дптр). Оптической силой в 1 дптр обладает линза с фокусным расстоянием 1 м.
2. Построение изображения в линзе.
Свойства тонкой линзы определяются главным образом расположением ее фокусов. Это означает, что, зная расстояние от источника до линзы и фокусное расстояние (положение фокусов), можно определить расстояние до изображения, не прибегая к рассмотрению хода лучей внутри линзы.
В связи с этим опадает надобность изображать на чертеже точный вид сферических поверхностей линзы, Собирающую линзу обозначают символом, показанным на рисунке 188, а рассеивающую символом, показанным на рисунке 189.
рис. 188
Нам уже известно, что все лучи, вышедшие из какой-либо точки предмета, пройдя сквозь линзу, пересекаются также в одной точке. Именно благодаря этому свойству тонкая линза дает изображение любой точки предмета, а следовательно, и всего предмета в целом.
Для построения изображений, получаемых с помощью собирающей линзы, фокусы и оптический центр которой заданы, мы преимущественно будем пользоваться тремя видами «удобных» лучей. Как было выяснено в предыдущем параграфе, лучи, параллельные главной оптической оси, преломившись в линзе, проходят через ее фокусы. Из обратимости хода лучей следует, что лучи, идущие к линзе через ее фокус, после преломления пойдут параллельно главной оптической оси. Наконец, лучи, проходящие через оптический центр линзы, не меняют своего направления.....