Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 7 клас. Повні уроки>> Поширення світла в різних середовищах. Заломлення світла на межі двох середовищ. Лінзи. Оптична сила і фокусна відстань лінзи. Побудова зображень, що дає тонка лінза.

Тема

• Поширення світла в різних середовищах. Заломлення світла на межі двох середовищ. Лінзи. Оптична сила і фокусна відстань лінзи. Побудова зображень, що дає тонка лінза

Мета

• Ознайомитися з особливостями поширення світла на межі двох середовищ, розглянути поняття "Лінза" та навчитися будувати зображення за допомогою линз.
  

Хід уроку

Заломлення світла

Якщо світловий пучок падає на поверхню, що розділяє два прозорі середовища різної оптичної щільності, наприклад повітря й воду, то частина світла відбивається від цієї поверхні, а інша частина — проникає в друге середовище. При переході з одного середовища в іншу промінь світла змінює напрямок на межі цих середовищ. Це явище називається переломленням світла.

Розглянемо переломлення світла докладніше. На малюнку показані: падаючий промінь АВ, переломлений промінь BD і перпендикуляр ОВ, відновлений із точки падіння О до поверхні, що розділяє два різні середовища. Кут АВО- кут падіння, кут DOB- кут переломлення. Кут переломлення DOB менше кута падіння АВО.

Промінь світла при переході з повітря у воду змінює свій напрямок, наближаючись до перпендикуляра CD. Вода — середовище оптично більш щільне, ніж повітря. Якщо воду замінити яким-небудь іншим прозорим середовищем, оптично більш щільним, ніж повітря, то переломлений промінь також буде наближатися до перпендикуляра. Тому можна сказати:  якщо  світло йде із середовища оптично менш щільного в більш щільне середовище, то кут переломлення завжди менше кута падіння.

Досвіди показують, що при тому самому куті падіння кут переломлення тем менше, чим щільніше в оптичнім відношенні середовище, у яке проникає промінь.

Якщо на шляху переломленого променя розташувати перпендикулярно    променю    дзеркало,    то    світло   відіб'ється від дзеркала й вийде з води в повітря по напрямку падаючого променя. Отже, промені падаючий і переломлений оборотні так само, як оборотні падаючий і відбитий промені.

Якщо світло йде із середовища більш оптично щільного в середовище менш щільне, то кут переломлення променя більше кута падіння.

Переломлення світла при переході з одного середовища в інше зумовлено відмінністю у швидкостях поширення світла в тому й іншому середовищі, тому для різної довжини світлової хвилі кут переломлення буде різним

Закони переломлення світла

Із усього сказаного містимо:

1. На межі розділа двох середовищ різної оптичної щільності промінь світла при переході з одного середовища в інше міняє свій напрямок.

2. При переході променя світла в середовище з більшою оптичною щільністю кут переломлення менше кута падіння; при переході променя світла з оптично більш щільного середовища в середовище менш щільне кут переломлення більше кута падіння.

Переломлення світла супроводжується відбиттям, причому зі збільшенням кута падіння яскравість відбитого пучка зростає, а переломленого слабшає.

Перший закон переломлення звучить так: відношення синуса кута падіння до синуса кута переломлення є постійною величиною для даних двох середовищ: sinà/sinß=n,
де n - відносний показник переломлення (показник переломлення другого середовища щодо першого).

Другий закон переломлення світла дуже нагадує другий закон відбиття світла:
падаючий промінь, промінь переломлений і перпендикуляр, проведений у точку падіння променя, лежить в одній площині.

Показник переломлення речовини — величина, рівна відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі й у даному середовищі:
n=c/v

Показник переломлення залежить від властивостей речовини й довжини хвилі випромінювання

Ця величина за інших рівних умов більше одиниці при переході променя із середовища більш щільного в середовище менш щільне, і менше одиниці при переході променя із середовища менш щільного в середовище більш щільне (наприклад, з газу або з вакууму в рідину або тверде тіло). Є виключення із цього правила, і тому прийнято називати середовище оптично більше або менш щільне, ніж інше (не плутати з непрозорістю середовища).

Промінь, що падає з безповітряного простору на поверхню якого-небудь середовища В, переломлюється сильніше, чим при падінні на неї з іншого середовища А; показник переломлення променя, що падає на середовище з безповітряного простору, називається його абсолютним показником переломлення або просто показником переломлення даного середовища, це і є показник переломлення, визначення якого дано на початку статті. Показник переломлення будь-якого газу, у тому числі повітря, при звичайних умовах багато менше, чим показники переломлення рідин або твердих тіл, тому приблизно (і з порівняно непоганою точністю) про абсолютний показник переломлення можна судити по показникові переломлення щодо повітря.

Показники переломлення різних середовищ

Повітря ( при звичайних умовах)    1,0002926
Вода    1,332986
Гліцерин    1,4729
Бензол    1,500
Органічне скло    1,51
Фіаніт (CZ)    2,15–2,18
Кремній    4,010
Алмаз    2,419
Кварц    1,544
Кіновар    3,02
Топаз    1,63
Лід    1,31
Масло маслинове    1,46
Цукор    1,56
Спирт етиловий    1,36

Лінзи

Лінзою називається прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями. Якщо товщина самої лінзи мала в порівнянні з радіусами кривизни сферичних поверхонь, то лінзу називають тонкою.

Лінзи входять до складу практично всіх оптичних приладів. Лінзи бувають, що збирають, що  й розсіюють.  Лінза, що збирає, у середині товстіше, чим у країв, розсіювальна лінза, навпаки, у середній частині тонше,як показано на малюнку.

На малюнку лынзи що збирають позначені (a), що  розсіюють (b) а також їх умовні позначки.

Пряма, що проходить через центри кривизни  сферичних поверхонь, називається головною оптичною віссю лінзи.

У випадку тонких лінз приблизно можна вважати, що головна оптична вісь перетинається з лінзою в одній точці, яку прийнято називати оптичним центром лінзи O. Промінь світла проходить через оптичний центр лінзи, не відхиляючись від первісного напрямку. Усі прямі, що проходять через оптичний центр, називаються побічними оптичними осями.

Якщо на лінзу направити пучок променів, паралельних головної оптичної осі, то після проходження через лінзу промені (або їх продовження) зберуться в одній точці F, яка називається головним фокусом лінзи.

У тонкої лінзи є два головні фокуси, розташовані симетрично на головній оптичній осі щодо лінзи. У лінз, що збирають, фокуси дійсні, а в тих, що розсіюють – уявні.

Пучки променів, паралельних однієї з побічних оптичних осей, після проходження через лінзу також фокусуються в точку F', яка розташована при перетинанні побічної осі з фокальною площиною Ф, тобто площиною, перпендикулярною головної оптичної осі й минаючої через головний фокус Відстань між оптичним центром лінзи O і головним фокусом F називається фокусною відстанню. Вона визначаетcя тою же буквою F.

Часто використовують поняття подвійного фокуса 2F,подвійний фокус рівний подвоєній фокусній відстані.

Для характеристики лінз використовують величину, яка називається оптичною силою.

Оптична сила лінзи — величина, зворотна до фокусної відстані лінзи, вираженої в метрах.
D=1/F

Позначають оптичну силу буквою D. За одиницю оптичної сили взята діоптрія (дптр).

Одна діоптрія - це оптична сила лінзи, фокусна відстань якої рівно 1 м.

Оптичну силу лінз, що збирають, вважають позитивною, а розсіювальних лінз – негативною.

Основна властивість лінз – здатність давати зображення предметів. Зображення бувають прямими й переверненими, дійсними й уявними, збільшеними й зменшеними.

Положення зображення і його характер можна визначити за допомогою геометричних побудов.

Для цього використовують властивості деяких стандартних променів, хід яких відомий. Є три промені, зручні для побудови зображення точкового джерела світла в тонкій лінзі.Перший промінь проходить через центр лінзи. Після лінзи він не змінює свого напрямку, як для  збираючої так і для розсіювальної лінзи. Два інших зручних променя розглянемо на прикладі лінзи, що збирає. Один з них проходить через передній фокус, або його продовження назад проходить через передній фокус . Після лінзи такий промінь піде паралельно оптичної осі. Інший промінь проходить до лінзи паралельно оптичної осі, а після лінзи через задній фокус.Точка перетинання, уявного або дійсного, будь-якій парі із цих трьох променів, що пройшли лінзу, збігається із зображенням джерела.

Величина d - відстань від предмета до лінзи, величина f - відстань від лінзи до зображення.

Зручні для побудови зображення промені у випадку розсіювальної лінзи показані на малюнку

В разі розсіювальної лінзи зображення будується в такий спосіб

Положення зображення для заданого обєкта можна розрахувати по простій формулі з обліком деяких умовностей. Обєкт розміщують ліворуч від лінзи, а її центр вважається початком координат, від якого вимірюються всі відстані уздовж головної осі. Область ліворуч від лінзи називається простором обєкта, а праворуч – простором зображення. При цьому відстань до обєкта в просторі обєкта й відстань до зображення в просторі зображення вважаються позитивними. Усі відстані теж позитивні.У цьому випадку, якщо f – фокусна відстань, d– відстань до обєкта, а d – відстань до зображення, формула тонкої лінзи запишеться у вигляді

1/f = (1/d) + (1/d)

Формула прид й для ввігнутих лінз, якщо вважати фокусна відстань негативною. Помітимо, що, оскільки світлові промені мають властивість оборотності ( тобто підуть по тому ж самому шляху, якщо змінити їхній напрямок на протилежне), обєкт і зображення можна поміняти місцями за умови, що зображення є дійсним. Пари таких точок називають сполученими точками системи. Перевірити правильність даного матеріалу можна скачавши програму для будування зображень в лінзах.

[Скачать модель тонкой линзы в 3D]

Завдання

1. Назвить закони заломлення світла.

2.Як побудувать зображення точки в лінзі? 

Список використаних джерел

1. Янчук В. Довідник школяра: 5-11 кл., 2002, Київ

2. Коршак Є. В., Ляшенко О. І., Савченко В.Ф. Фізика 7 клас: Підруч. для для загальноосвітніх навч. закл. - Ірпінь: Перун, 2002.

3. Гончаренко С.У. Фізика: Основні закони і формули., 2006, Либідь.

4. Вакуленко М. О. Російсько-український словник фізичної термінології / За ред. проф. О. В. Вакуленка (додаток: "Російсько-український фізичний словник":. - К., 2006.

5. Урок фізики по тему: "Лінзи"Захарченко  Роман Олександрович

Відредаговано та надіслано Фролов Д. В.

Над уроком працювали

Фролов Д. В.

Захарченко Р. О.

Романчук В.Є.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, но и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.

>