Используя лупу, мы видим увеличенное изображение предмета. Другие линзы уменьшают действительные размеры предмета. От чего же это зависит? Как правильно построить изображение, даваемое линзой?
На прошлом уроке мы с вами научились строить изображения светящейся точки, даваемое собирающей или рассеивающей линзой. Теперь перед нами стоит задача выяснить закономерности получения различных изображений предмета и научиться самостоятельно их получать с помощью чертежей.
Изображение предмета и фокус линзы
Рассмотрим простой опыт, схожий с тем, что был в прошлом уроке. У нас так же имеется большая собирающая линза, но вместо маленькой лампочки — свеча (рисунок 1). Свечу мы уже можем рассматривать как протяженный предмет. Поместим ее между линзой и ее фокусом $F$.
Теперь посмотрим на свечу через линзу. Мы увидим ее изображение с той же стороны, где она действительно находится.
Но нам будет казаться, что свеча находится немного дальше своего истинного положения. Кроме того, изображение будет увеличенным.
Физика 11 класс (Урок№13 — Линза. Построение изображения в линзе.)
Изображение не будет наклоненным или перевернутым. Такое изображение называется прямым.
Если мы начнем перемещать свечу относительно ее фокуса (ближе и дальше от линзы), то увидим, что ее изображение будет существенно изменяться. Например, если мы переместим свечу за фокус линзы, то изображение пропадет. Но при этом оно появится с другой стороны линзы, далеко от нее. Чтобы его увидеть, нужно расположить экран с той стороны, где на рисунке 1 находится Образавр.
Это изображение будет не только увеличенным, но и перевернутым по отношению к свече.
Значит, передвигая свечу на различные расстояния от линзы и ее фокуса, мы можем получить различные изображения.
Построение изображения предмета, находящегося за двойным фокусом линзы
Теперь мы можем рассмотреть, как строятся изображения протяженных предметов, находящихся на разных расстояниях от собирающей линзы.
Разберем рисунок 2. Мы провели оптическую ось и отметили на рисунке собирающую линзу. По обе стороны от нее отметили две равноудаленные точки — фокусы линзы $F$. Так же мы отметили двойные фокусные расстояния — $2F$.
Предмет на чертежах мы будем изображать с помощью стрелки. Ее концы отмечаем точками $A$ и $B$. Такое обозначение поможет нам легко оценивать полученное изображение: будет оно прямым или перевернутым.
Начнем с того, что поместим наш предмет за двойной фокус линзы.
Чтобы получить изображение предмета, даваемое линзой, нам необходимо получить изображения двух точек $A$ и $B$ и соединить их между собой.
Получим изображение точки $A$. Для этого начертим ход двух световых лучей, выходящих из этой точки:
- Луч $AC$ параллелен оптической оси. После преломления в линзе он проходит через ее фокус $F$
- Луч $AO$ проходит через оптический центр $O$. После прохождения свозь линзу направление его распространения не изменяется
Эти два луча пересекутся в точке $A_1$. Эта точка является изображением точки $A$.
Мнимое изображение
Точка $B$ лежит на оптической оси линзы. Мы можем построить ее изображение способом из прошлого урока, использую фокальную плоскость, побочную ось и побочный фокус. Но при построении изображения предмета, который располагается перпендикулярно оптической оси, мы можем сделать это проще. Для этого нам просто необходимо опустить перпендикуляр из полученной точки $A_1$ на оптическую ось. Так мы получаем изображение точки $B$ — $B_1$.
Если предмет будет располагаться под каким-то углом к оптической оси или обе его точки будут находиться не на оптической оси, необходимо выполнять построение изображения каждой точки предмета способами, описанными в прошлом уроке.
Теперь нам осталось соединить точки $A_1$ и $B_1$ между собой. Не перепутайте направление стрелки: если у предмета ее острие было в точке $A$, то у изображения предмета острие стрелки должно быть в точке $A_1$.
Характеристики изображения предмета
Итак, мы получили изображение предмета $A_1B_1$. Для того чтобы описать его, введем новые обозначения. Обозначим расстояние от предмета до линзы как $d$, а от линзы до изображения предмета как $f$.
Если $d > 2F$, то изображение предмета, даваемое собирающей линзой:
1. Действительное
2. Уменьшенное
3. Перевернутое
4. $F < f < 2F$
Изображение действительное, потому оно образовано на пересечении преломленных линзой лучей.
Уменьшенное — мы можем судить об этом, посмотрев на полученный чертеж.
Перевернутое — если вернуться к опыту со свечей и поместить ее за двойной фокус линзы, то мы увидим изображение свечи огоньком вниз.
Получим ли мы на практике точно такое же изображение? Возьмем большую собирающую линзу и свечу. Расположим свечу с помощью подставки таким образом, чтобы ее крайняя нижняя точка находилась на оптической оси (рисунок 3). Поместим ее за двойным фокусом линзы.
Передвигая экран ближе и дальше от линзы, найдем такое его положение, когда на нем появится изображение свечи. Мы увидим, что оно совпадаем с тем, которое мы получили на чертеже: уменьшенное, перевернутое и находится между фокусом и двойным фокусом линзы.
Настраивая фотоаппарат вручную, можно получить такое изображение.
Изображение предмета, находящегося между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы
Будем постепенно приближать предмет к линзе. Теперь разместим его между фокусом и двойным фокусом линзы: $F < d < 2F$ (рисунок 4).
Построение изображения выполняется точно таким же образом, как и в прошлом случае. Отмечаем на чертеже ход двух лучей, выходящих из точки $A$. На их пересечении получаем точку $A_1$. Опускаем перпендикуляр на оптическую ось и отмечаем точку $B_1$. Соединяем две полученные точки между собой и получаем изображение предмета — $A_1B_1$.
Охарактеризуем его.
Получается, что по мере приближения предмета к линзе (но не доходя до фокуса линзы), перевернутое изображение предмета будет удаляться от линзы, а его размеры будут увеличиваться.
Изображение предмета, находящегося перед фокусом собирающей линзы
Пододвинем предмет еще ближе к линзе. Теперь он находится между линзой и ее фокусом: $d < F$ (рисунок 5).
Луч $AC$ преломляется после прохождения сквозь линзу и проходит через фокус. Мы получили преломленный луч $CC_1$.
Луч $AO$ проходит через оптический центр и не меняет своего направления. Из линзы выходит преломленный луч $OD$, совпадающий по направлению с падающим лучом.
§ 35. Построение изображений, даваемых линзой
1. От чего зависит характер изображения, даваемого собирающей линзой?
1. От взаимного расположения предмета и линзы.
2. Каким является изображение предмета, расположенного за двойным фокусом собирающей линзы?
2. Действительным, перевернутым, уменьшенным, за 1-м фокусом.
3. Каким является изображение предмета, находящегося между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы?
3. Действительным, перевернутым, увеличенным, за двойным фокусом.
4. Каким является изображение предмета, находящегося между собирающей линзой и ее фокусом?
4. Мнимым, прямым, увеличенным, за 1-м фокусом.
5. Где должен находиться предмет, чтобы его изображение в собирающей линзе было равным самому предмету?
5. На втором фокусе.
6. Каким является изображение предмета, даваемое рассеивающей линзой?
7. С помощью линзы получено изображение некоторого предмета. В каком случае его можно увидеть на экране — когда это изображение является действительным или когда оно мнимое?
7. Когда действительное — экран в фокусе линзы, мнимое — нельзя получить.
Источник:
Решебник по физике за 9 класс (С.В.Громов, Н.А.Родина, 2000 год),
задача №35
к главе «Ответы на вопросы. Глава 3. Оптические явления».
Источник: 5terka.com
Изображение получаемое в проекторе является действительным уменьшенным
Назад в «Оглавление» — смотреть
1. Какое свойство линз позволяет широко использовать их в оптических приборах?
Получение изображения предмета.
2. В зависимости от чего меняются изображения, даваемые собирающей линзой?
В зависимости от того, на каком расстоянии находится предмет от линзы.
Изображения, даваемые собирающей линзой, зависят от места расположения предмета относительно линзы.
3. Как строилось изображение предмета, находящегося между фокусом и линзой, и каковы свойства этого изображения?
Изображение предмета между фокусом и линзой:
— построить ход двух лучей, исходящих из точки: первый луч — параллельно оптической оси, второй луч — через оптический центр линзы;
— за линзой эти лучи будут расходящимися и не пересекутся;
— изображение точки в этом случае даст пересечение продолжений этих лучей с той же стороны линзы, где находится сам предмет;
— т.к. предмет перпендикулярен оптической оси и один его конец находится на ней, то изображение предмета также будет перпендикулярно к оптической оси;
— из полученной точки изображения провести отрезок перпендикулярно оптической оси до пересечения с ней — это изображение предмета;
— полученное изображение является мнимым, прямым, увеличенным, находится по ту же сторону от линзы , что и сам предмет.
4. При каких условиях линза даёт уменьшенное, действительное изображение предмета? Где оно расположено?
Предмет находится за двойным фокусным расстоянием линзы.
В этом случае линза дает уменьшенное, перевернутое, действительное изображение предмета, лежащее по другую сторону линзы между ее фокусом и двойным фокусом.
5. При каких условиях линза даёт увеличенное, действительное изображение предмета? Где оно расположено?
Если предмет находится между фокусом и двойным фокусом линзы, то линза дает его увеличенное, перевернутое, действительное изображение.
Оно расположено по другую сторону от линзы по отношению к предмету, за двойным фокусным расстоянием.
6. Почему изображения предметов, находящихся на расстоянии большим, чем 2F от собирающей линзы, являются действительными?
Лучи, исходящие от точки, находящейся на расстоянии от линзы, большем, чем двойное фокусное, проходят через линзу и пересекаются за ней.
Изображение точки, получаемое на пересечении самих лучей, называется действительным.
6. В каких оптических приборах используются линзы?
Линзы применяются в в фотоаппаратах, микроскопах, биноклях, очках, телескопах и т.д.
7. Почему вогнутая линза не даёт действительного изображения?
Рассеивающая линза не дает действительных изображений, так как лучи, прошедшие сквозь нее, расходятся.
Изображение точки получается на пересечении не самих лучей, а их продолжений.
8. Как строится изображение в рассеивающей линзе. Каким оно бывает?
Рассеивающая линза при всех положениях предмета дает уменьшенное, мнимое, прямое изображение, лежащее по ту же сторону от линзы, что и предмет.
Назад в «Оглавление» — смотреть
Источник: class-fizika.ru