Охарактеризуйте изображение которое дает рассеивающая линза

Охарактеризуйте изображение, которое даёт рассеивающая линза.

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Рассеивающая линза

Линза — это тело, способное пропускать свет, состоящее из двух поверхностей. Одна поверхность линзы сферическая, вторая может быть или сферической или плоской. Линза может быть собирающей или рассеивающей. Рассмотрим свойства рассеивающей линзы, дадим определение, приведём формулу рассеивающей линзы.

Ход лучей в линзе

Применение линз основано на их способности искривлять лучи света. Коэффициент преломления стекла отличается от коэффициента преломления воздуха, а поэтому луч, падающий на линзу, преломляется. При выходе из линзы происходит второе преломление.

Лучи, прошедшие сквозь линзу, будут либо отклоняться к оптической оси (такая линза называется собирающей), либо отклоняться в сторону от оптической оси (такая линза называется рассеивающей).

Способность отклонять лучи от прямолинейного распространения называется оптической силой линзы. Если у линзы большая оптическая сила, то у неё будет малое фокусное расстояние, и наоборот. Таким образом, оптическая сила линзы — это величина, обратная фокусному расстоянию. Она измеряется в диоптриях. Для рассеивающей линзы фокусное расстояние и оптическая сила отрицательны.

Рис. 1. Оптическая сила линзы.

Рассеивающая линза

Если толщина линзы в центре меньше, чем по краям, — лучи, прошедшие сквозь такую линзу, будут отклоняться от оптической оси. Однако если продолжить линии хода лучей, то они сойдутся в фокальной плоскости перед линзой. То есть после рассеивающей линзы лучи, параллельные главной оптической оси, направлены так, что они как бы выходят из точки пересечения фокальной плоскости и оси. Такая точка называется фокусом рассеивающей линзы.

Фокус рассеивающей линзы — это чисто геометрический объект. В нём сходятся лишь продолжения лучей, реального «выхода лучей из фокуса» нет. Поэтому фокус рассеивающей линзы является мнимым.

Рис. 2. Ход лучей в рассеивающей линзе.

Изображение, даваемое рассеивающей линзой

Из курса физики в 8 классе известно: чтобы построить изображение точки, которое даёт рассеивающая линза, строится схема хода лучей. Из реальной точки «пускаются» два луча, в точке их пересечения будет изображение.

Лучи, прошедшие сквозь рассеивающую линзу, расходятся. Поэтому пересечения самих лучей после линзы не будет. Однако если продолжить линии хода лучей, то они пересекутся в точке перед линзой, создавая мнимое изображение.

Как правило, используются следующие два луча:

• луч, проходящий через линзу без изменений: он проходит через оптический центр линзы;
• луч, продолжение которого пройдёт через фокус линзы: он параллелен оптической оси.

После построения линий хода этих двух луче также потребуется достроить продолжение линий до их пересечения. Пересекутся они перед рассеивающей линзой, образуя мнимое изображение. Расстояние до этого изображения можно определить из формулы рассеивающей линзы:

• $d$ — расстояние от точки до линзы;
• $f$ — расстояние от линзы до изображения (отрицательное);
• $D$ — оптическая сила линзы (отрицательная).

Что мы узнали?

Линза — это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина линзы в середине меньше, чем по краям, то лучи, прошедшие сквозь неё, расходятся, и эта линза называется рассеивающей. Фокус и изображение, построенные рассеивающей линзой, находятся перед ней и являются мнимыми.

Построение изображения в линзах

Вы уже знаете, что линзы — это прозрачные тела, которые фокусируют (собирают) или рассеивают свет. Но каковы характеристики изображений, создаваемых линзами, и, как и в случае с зеркалами, можно ли их построить?

Оптические характеристики линз

Основная функция линзы в оптической системе заключается в фокусировке или рассеивании падающих световых лучей симметрично относительно оптической оси (см. рисунок 1). В случае двояковыпуклой или двояковогнутой линзы оптическая ось — это линия, соединяющая центры сфер, ограничивающих линзу. Эта ось также является осью симметрии линзы.

Рис. 1. Оптическая ось двояковыпуклой линзы

На оптической оси находится центр линзы — его можно определить графически, как показано на рисунке 2 ниже.

Рис. 2. Метод определения центра двояковыпуклой линзы

При прохождении через линзу свет преломляется дважды: один раз, когда он входит в линзу, и второй раз, когда он выходит из нее.

Когда лучи света, идущие параллельно оптической оси, проходят через собирающую линзу, они пересекаются в точке на оптической оси. Эта точка называется фокусом линзы и обозначается буквой F. Расстояние этой точки от центра S линзы называется фокусным расстоянием f (см. рисунок 3).

Рис. 3. Фокус F и фокусное расстояние f собирающей линзы

Помните! Фокусная точка (F) собирающей линзы — это точка пересечения всех лучей светового пучка после его прохождения через линзу, которые до попадания в линзу шли параллельно ее оптической оси.

Фокусное расстояние (f) линзы — это расстояние от фокусной точки (F) до центра линзы (S).

В случае рассеивающей линзы падающий пучок света расходится — лучи света, входящие в линзу, рассеиваются таким образом, что их продолжения пересекаются в одной точке. Это называется мнимым (кажущимся) фокусом рассеивающей линзы (см. рисунок 4). Он расположен на той же стороне линзы, откуда исходили лучи.

Рис. 4. Мнимый фокус в рассеивающей линзе

Как формируется изображение с помощью собирающей линзы?

Чтобы увидеть, какие изображения мы получаем с помощью собирающей линзы, давайте проведем эксперимент.

Опыт 1. Наблюдение изображений, создаваемых линзой.

Что вам понадобится?

• фонарик;
• кусок черного картона размером больше стекла фонарика;
• ножницы;
• скотч (липкая лента);
• большая лупа;
• белая картонная коробка (экран).

Инструкция.

1. Вырежьте стрелку в черной картонной коробке.
2. С помощью скотча приклейте черный картон к экрану фонарика.
3. Расположите лупу, фонарь и экран на оптической оси лупы.
4. Измените положение фонаря и экрана для получения четкого изображения.

Какой вывод получится?

Изменяя положение экрана и фонарика относительно лупы, вы получите различные изображения — однократно увеличенное, однократно уменьшенное, перевернутое и прямое. Как вы заметите, собирающая линза не обязательно увеличивает наблюдаемый объект. Почему это происходит?

Как и в случае с зеркалами, геометрические построения изображений с использованием лучей (см. рисунок 5), характерных для линз, окажутся полезными для ответа на вопрос, поставленный в резюме эксперимента.

Рис. 5. Лучи, используемые для построения изображения в собирающих линзах

Когда нам нужно построить изображение с помощью собирающей линзы, мы обычно выбираем два из трех перечисленных ниже лучей:

1. луч, параллельный оптической оси — после прохождения через линзу он проходит через фокус;
2. луч, проходящий через центр линзы — после прохождения через линзу его направление (путь) не меняется;
3. луч, проходящий через фокусную точку — после прохождения через линзу выходит параллельно оптической оси.

Последнее предложение справедливо для тонких линз, которые мы и будем использовать в наших экспериментах. Затем мы проигнорируем толщину линзы и нарисуем ее в виде отрезка, заканчивающегося стрелками.

Изображение точки образуется при пересечении как минимум двух лучей или их продолжений.

Сводная информация о положении изображения в зависимости от положения объекта и характеристиках получаемых изображений приведена в таблице 1 ниже.

Положение объекта, x	Положение изображения, y	Особенности изображения
x > 2f	f < y < 2f	Перевернутое, действительное, уменьшенное
x = 2f	y = 2f	Перевернутое, действительное, имеет те же размеры, что и объект
2f > x > f	y > 2f	Перевернутое, действительное, увеличенное
x = f	лучи проходят через линзу и параллельны друг другу	Без изображения
x < f	изображение появляется на той же стороне, что и объект	Прямое, мнимое, увеличенное

Таблица 1. Характеристики изображения, создаваемого собирающей линзой

Из таблицы 1 можно сделать вывод, что характеристики изображения, формируемого в собирающей линзе, зависят от расстояния объекта от линзы.

Помните! Реальное изображение точки формируется там, где пересекаются лучи, преломленные через линзу. Однако часто бывает так, что преломленные лучи расходятся. Тогда их продолжения всегда пересекаются, и получается мнимое (иллюзорное) изображение. Если преломленные лучи параллельны друг другу, изображение вообще не образуется.

Как создается изображение при использовании рассеивающей линзы?

В случае с рассеивающей линзой построение изображения несколько иное. Пучок лучей, падающих параллельно линзе после ее выхода, является расходящимся. Как уже говорилось, пересекаются только продолжения лучей, преломленных в так называемой мнимой фокусной точке (см. рисунок 6).

Рис. 6. Лучи, используемые для построения изображения в рассеивающих линзах

Для построения изображения в рассеивающей линзе (как и в собирающей) достаточно двух лучей:

1. падающий луч, параллельный оптической оси — после прохождения через линзу падающий луч движется таким образом, что его продолжение проходит через мнимую фокусную точку;
2. луч, проходящий через центр линзы — при прохождении через линзу он не меняет направления.

Помните! В рассеивающей линзе результирующее изображение всегда прямое, уменьшенное и мнимое.

ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЛИНЗАХ

1) Луч, идущий через оптический центр, не преломляется.

2) Луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через ее фокус.

3) Луч, идущий через фокус, после преломления в линзе идёт параллельно главной оптической оси.

Остаётся только провести перпендикуляр до пересечения с главной оптической осью. A′B′— изображение предмета, полученного в собирающей линзе.

Изображение перевернутое, увеличенное, действительное

Положение предмета	Рисунок	Характеристика изображения, где используется.
Расстояние от предмета до линзы d	Расстояние от линзы до изображения f
Предмет расположен между фокусом и линзой d < F		Изображение прямое, увеличенное, мнимое (лупа) │ f │ > d
Предмет находится в фокусе линзы d = F		Изображение отсутствует (уходит на ∞).
Предмет расположен между фокусом и двойным фокусом F < d < 2F		Изображение перевернутое, увеличенное, действительное (проекционный аппарат). f > 2F
Предмет находится в двойном фокусе d = 2F		Изображение перевернутое, действительное, равное по размерам предмету. f = 2F
Предмет находится за двойным фокусом d > 2F		Изображение перевернутое, уменьшенное, действительное (фотоаппарат, глаз). < <

Построение изображения точки, находящейся на главной оптической оси собирающей линзы с помощью побочной оптической оси и фокальной плоскости:

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗЕ

ОСНОВНЫЕ ЛУЧИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЛИНЗАХ

1) Луч, проходящий через оптический центр, не преломляется.

2) Луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе пойдет так, что его продолжение будет проходить через ее фокус.

3) Луч, который прошёл бы через фокус, после преломления в линзе пойдёт параллельно главной оптической оси.

Рассеивающая линза всегда дает прямое, уменьшенное, мнимое изображение. < .

ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ

>0, если изображение действительное,

<0, если изображение мнимое;

>0, если действительная светящаяся точка,

<0, если точка мнимая;

>0, если линза собирающая,

<0, если линза рассеивающая.

где

оптическая сила линзы – величина, обратная фокусному расстоянию линзы, характеризующая преломляющую способность линз и оптических систем из линз.

>0, если линза собирающая,

<0,если линза рассеивающая.

Линейное увеличение линзы это отношение линейного размера изображения к линейному размеру предмета .