Тонкие линзы. Глаз как оптический инструмент.

3-тема

содержание

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.
Линзы бывают собирающими и рассеивающими.
 

Собирающая линза

рассеивающая линза

Собирающая рис. линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше.
Прямая, проходящая через центры кривизны O1 и O2 сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. Главная оптическая ось пересекается с линзой в точке O, которую называют оптическим центром линзы. Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления.

Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями.
Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их про-должения) соберутся в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые.

Пучки лучей, параллельных одной из побочных оптических осей, также фокусируются после прохождения через линзу в точку F', которая расположена при пересечении побочной оси с фокальной плоскостью Ф, то есть плоскостью перпендикулярной главной оптической оси и проходящей через главный фокус. Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием. Оно обозначается той же буквой F.

Формула тонкой линзы.

Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

Формула тонкой линзы.

Формула тонкой линзы.

Величину D, обратную фокусному расстоянию называют оптической силой линзы. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м: 1 дптр = м –1.

Изображения в тонких линзах.

Изображения предметов бывают прямыми и перевернутыми, действительными и мнимыми, увеличенными и уменьшенными.
Для геометрических построений используют свойства стандартных лучей, ход которых известен. Это лучи, проходящие через оптический центр или один из фокусов линзы, а также лучи, параллельные главной или одной из побочных оптических осей.

Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, которая по своему действию аналогична оптической системе фотоаппарата.
Лучи света от предмета, преломляясь на границе воздух–роговица, проходят далее через хрусталик (линзу с изменяющейся
оптической силой) и создают изображение на сетчатке.
Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, оптический центр которой расположен на расстоянии около 5 мм от роговицы
. При расслабленной глазной мышце оптическая сила глаза приблизительно равна 59 дптр, при максимальном напряжении мышцы – 70 дптр.

 

При нарушении зрения изображения удаленных предметов в случае ненапряженного глаза могут оказаться либо перед сетчаткой (близорукость), либо за сетчаткой (дальнозоркость). (рис.19.23)
Расстояние наилучшего зрения у близорукого глаза меньше, а у дальнозоркого больше, чем у нормального глаза.
 
a – нормальный глаз;
b – близорукий глаз;
с – дальнозоркий глаз.

18.Что называют линзой?
19.По какому признаку можно узнать: собирающая эта линза или рассеивающая ?
20.Какую линзу называют тонкой? Что такое оптический центр тонкой линзы?
21.Что называют главной оптической осью линзы? Побочной оптической осью линзы?
22.Что называют фокусом линзы? В каком случае фокус линзы действительный, а в каком – мнимый ? Что называют фокусным расстоянием ?
23.Начертите и объясните все случаи построения изображений в собирающей линзе.
24.Начертите и объясните все случаи построения изображений для рассеивающей линзы.
25.Напишите формулу тонкой собирающей линзы. Какой вид имеет эта формула для рассеивающей линзы?

26.Что называют линейным увеличением линзы? По какой формуле определяется линейное увеличение линзы?
27.Что называют оптической силой линзы? В каком случае оптическая сила линзы положительна, а в каком отрицательна? В каких единицах измеряется оптическая сила линзы?
28.Что называют аккомодацией глаза? Что такое ближайшая точка аккомодации? Дальняя точка аккомодации? Где находятся эти точки?
29.Что называют углом зрения? При каком минимальном угле зрения между рассматриваемыми деталями предмета глаз видит эти детали раздельно?
30.Что называют расстоянием наилучшего зрения? Чему равно это расстояние для нормального глаза?
31.Какой дефект зрения называют дальнозоркостью? Близорукостью? Каким путем исправляют эти дефекты? Ответы объясните схематически.

Тестовые задания.

10.(97/10-41). Чему равна длина световой волны (в метрах) в среде с пока-зателем преломления 1,5, если частота колебаний 1015 Гц? (с=3108 м/с)
А) 2·10 -7. В) 3·10 -7. С) 0,5·10 -7. D) О,3·10 -7.
Е) по приведенным данным невозможно определить длину волны.
11.(98/3-55). Как изменится угол между падающим на плоское зеркало и отраженным от него лучами света, если угол падения уменьшится на 10°?
А) уменьшится на 5°. В) уменьшится на 10°.
С) не изменится. D) уменьшится на 20°. Е) НПО.

Тестовые задания.

12.(97/8-78). На каком рисунке правильно показаны угол падения α, угол отражения β и угол преломления γ ?
А) 1. В) 2. С) 3. D) 4. Е) 5
13.Луч света проходит из стекла с показателем преломления 1,73 в воздух. Под каким углом должен падать луч на границу раздела, чтобы угол преломления был в 2 раза больше угла падения?
А) 25°. В) 30°. С) 45°. D) 60°. Е) НПО.

Тестовые задания.

14.(97/9-45). На боковую поверхность равносторонней треугольной призмы под углом 45° падает луч света. На какой угол отклонится луч при выходе из призмы по отношению к направлению падающего луча?
Считать, что n = , sin45°= / 2 .
А) 15°. В) 30°. С) 45°. D) 60°. Е) 90°.
15.(97/6-48). Если угол падения луча на поверхность раздела двух сред увеличивается, относительный показатель преломления этих сред ...
А) при малых углах увеличивается, а при больших -уменьшается.
В) не изменяется. С) уменьшается.
D) при малых углах уменьшается, а при больших — увеличивается.
Е) увеличивается.

Тестовые задания.

16.(97/3-49). Из какой формулы определяется предельный угол полного внутреннего отражения света, если свет переходит из среды с показателем преломления n2 в среду с показателем преломления n1
A) sinα=1/ n1. В) sinα=1/ n2 С) sinα = n2/ n1.
D) sinα=n1 / n2 E) НПО.
17.(97/11-42). Свет переходит из среды с показателем преломления n1 в среду с показателем преломления n2. При выполнении какого условия может происходить полное внутреннее отражение?
А) n1> n2 В) n1< n2 С) n1= n2.
D) при любом условии. Е) НПО.