Линзы и построение изображений
⚡ Физика · 11 класс
Линзы
Линза — это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими (или одной сферической и одной плоской) поверхностями. Линзы преломляют световые лучи и позволяют получать изображения предметов. Они лежат в основе очков, фотоаппаратов, микроскопов и телескопов.
По действию на пучок света различают два вида линз:
- Собирающие (выпуклые) — сводят параллельные лучи в одну точку, фокусное расстояние положительное.
- Рассеивающие (вогнутые) — рассеивают параллельный пучок, фокусное расстояние отрицательное.
Основные понятия
Точку, в которой собираются преломлённые параллельные лучи, называют главным фокусом. Расстояние от линзы до фокуса — фокусное расстояние F. Величину, обратную фокусному расстоянию, называют оптической силой:
D = 1 / F, измеряется в диоптриях.
Формула тонкой линзы
Связь между расстоянием до предмета d, расстоянием до изображения f и фокусным расстоянием:
1/F = 1/d + 1/f
Увеличение линзы определяется как Γ = H/h = f/d, где H — высота изображения, h — высота предмета.
Построение изображений
Для построения используют два «удобных» луча: луч, идущий параллельно главной оптической оси (после линзы проходит через фокус), и луч, проходящий через центр линзы (не преломляется).
| Положение предмета | Изображение | Свойства |
|---|---|---|
| За двойным фокусом | Между фокусом и двойным фокусом | Действительное, уменьшенное, перевёрнутое |
| В двойном фокусе | В двойном фокусе | Действительное, равное, перевёрнутое |
| Между фокусом и двойным фокусом | За двойным фокусом | Действительное, увеличенное, перевёрнутое |
| Между линзой и фокусом | С той же стороны | Мнимое, увеличенное, прямое |
Разобранный пример
Предмет высотой h = 2 см стоит на расстоянии d = 30 см от собирающей линзы с фокусным расстоянием F = 10 см. Найдём положение изображения по формуле линзы:
1/f = 1/F − 1/d = 1/10 − 1/30 = 1/15
Значит, f = 15 см — изображение действительное. Увеличение Γ = f/d = 15/30 = 0,5, поэтому высота изображения H = 0,5·2 = 1 см. Изображение уменьшенное и перевёрнутое.
Оптические приборы
Линзы — основа множества приборов. В фотоаппарате собирающая линза даёт действительное уменьшенное изображение на матрице. В лупе предмет помещают между линзой и фокусом, получая мнимое увеличенное изображение. Микроскоп и телескоп используют по две системы линз — объектив и окуляр — для большого увеличения. Глаз человека также имеет линзу — хрусталик, который меняет свою кривизну, наводя резкость на предметы.
Недостатки линз
Реальные линзы дают не идеальные изображения. Из-за дисперсии лучи разных цветов фокусируются в разных точках — возникает хроматическая аберрация (цветная окантовка). Поэтому в качественной оптике применяют составные линзы из разных сортов стекла, компенсирующие эти искажения.
Частые ошибки. Для рассеивающей линзы фокусное расстояние и оптическую силу берут со знаком «минус». Мнимое изображение нельзя получить на экране — оно видно только при наблюдении сквозь линзу.
Кратко о главном
- Линзы бывают собирающие и рассеивающие.
- Оптическая сила
D = 1/Fизмеряется в диоптриях. - Формула тонкой линзы:
1/F = 1/d + 1/f. - Вид изображения зависит от положения предмета относительно фокусов.