Линзы - ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Цель урока:

Дать знания о линзах, их физических свойствах и характеристиках.

Ход урока

I. Повторение. Проверка знаний

- Какое явление называется преломлением света? В чем его суть?

- Какие наблюдения и опыты наводят на мысль об изменении направления распространения света при переходе его в другую среду?

- В каком случае угол преломления луча равен углу падения?

- Какой угол - падения или преломления - будет больше в случае перехода луча света из воздуха в стекло?

- Почему, находясь в лодке, трудно попасть копьем в рыбу, плавающую невдалеке?

- Любой водоем, дно которого хорошо видно, всегда кажется мельче, чем в действительности. Почему?

- Почему изображение предмета в воде всегда менее ярко, чем сам предмет?

- Если посмотреть на окружающие тела через теплый воздух, поднимающийся от костра, то они кажутся «дрожащими». Почему?

II. Изучение нового материала

Явление преломления света лежит в основе действия линз и многих оптических приборов, служащих для управления световыми пучками и получения оптических изображений.

Линза обычно - это оптически прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями. Существует два вида линз: а) выпуклые и б) вогнутые.

Выпуклые линзы бывают: двояковыпуклыми, плосковыпуклыми, вогнуто-выпуклыми.

Вогнутые линзы могут быть: двояковогнутыми, плосковогнутыми, выпукло-вогнутыми.

В школьном курсе физики изучаются так называемые тонкие линзы. Линза, толщина которой много меньше радиусов кривизны ее поверхностей, называется тонкой линзой.

Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в сходящийся и собирают его в одну точку называют собирающими линзами. Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в расходящийся - рассеивающими.

Основные параметры и действие собирающей линзы рекомендуется изучать с помощью двояковыпуклой цилиндрической линзы. Для этого пучок света направляют на двояковыпуклую линзу и наблюдают собирающее действие такой линзы: каждый луч из падающего на линзу пучка света после преломления ею отклоняется от своего первоначального направления, приближаясь к главной оптической оси.

Затем поясняется ход световых пучков через собирающую линзу. Демонстрируя собирающее действие двояковыпуклой линзы, важно обратить внимание учащихся на то, что указанное отклонение лучей собирающей линзой имеет место всегда при любом угле падения луча на линзу. Это утверждение подтверждается опытом, в котором светящаяся точка перемещается вдоль главной оптической оси по направлению к линзе. Описанные здесь опыты естественным образом подводят учащихся к понятиям главного фокуса и фокусного расстояния линзы.

Расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса называют фокусным расстоянием линзы. Обозначают его буквой F, как и сам фокус.

Далее поясняется ход световых пучков через рассеивающую линзу. Аналогичным образом рассматривается вопрос о действии и параметрах рассеивающей линзы. Легко убедиться, что независимо от расположения светящейся точки по отношению к двояковогнутой линзе, последняя всегда формирует только расходящийся пучок света. Нетрудно убедиться также, что угол раствора сформированного вогнутой линзой пучка света всегда оказывается больше угла раствора пучка, падающего на линзу. Именно поэтому рассматриваемая линза и называется рассеивающей.

Основываясь на экспериментальных данных, можно сделать вывод: фокус рассеивающей линзы мнимый.

Вопросы учащимся:

- Почему фокус рассеивающей линзы называется мнимым?

- Чем отличается действительное изображение точки от мнимого?

- По какому признаку можно узнать: собирающая эта линза или рассеивающая, если судить только по форме?

Обобщая результаты приведенных выше опытов, целесообразно обратить внимание учащихся на то, что действие линз различной конфигурации (плосковыпуклая, плосковогнутая, вогнуто-выпуклая и т. д.) в конечном счете, бывает либо собирающим, либо рассеивающим. Если средняя часть линзы толще, чем ее края, то линза будет собирающей, а если наоборот, то - рассеивающей.

После демонстрации хода лучей через выпуклые и через вогнутые линзы можно графически показать основные параметры линз:

• оптический центр линзы;

• оптические оси линзы и главную оптическую ось линзы;

• главные фокусы линзы (действительные и мнимые) и фокальную плоскость.

Кроме фокусного расстояния F, линзы часто характеризуют оптической силой (D):

При этом F обязательно выражают в метрах. Оптическую силу измеряют в диоптриях:

1 дптр = 1 м-1.

Т. е. 1 дптр - это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием F = 1 м.

Оптическая сила собирающих линз D > 0, т. к. F > 0. Для рассеивающих линз D < 0, т. к. F < 0.

Практический интерес представляет случай нескольких близкорасположенных линз. В этом случае оптическая сила системы линз равна сумме (обязательно с учетом знака) оптических сил отдельных линз:

Доказательство этого факта выходит за рамки программы 9 класса. Однако учитель легко может показать справедливость этой формулы, подобрав собирающую и рассеивающую линзы с практически одинаковыми по величине оптическими силами. Сложив их вместе, мы получим в результате обычное плоское стекло: никакого увеличения или уменьшения рассматриваемого предмета наблюдаться не будет.

III. Закрепление изученного

- Почему выпуклую линзу называют собирающей?

- Почему вогнутую линзу называют рассеивающей?

- Почему в солнечный летний день нельзя поливать цветы в саду?

- Склеив два выпуклых стекла от часов, можно получить воздушную выпуклую линзу. Если такую линзу поместить в воду, то будет ли она собирающей линзой?

Домашнее задание

1. § 34;

2. Выполнить экспериментальное задание;

3. Задачи 141-144.