Номер 7, страница 37 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Шабусов, Дубина

Лабораторная работа № 7

Измерение фокусного расстояния и оптической силы тонкой линзы (урок 65)

Много теории

Сферическая линза — это прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями. Линзы бывают собирающими и рассеивающими.

Собирающие линзы после преломления делают параллельный пучок световых лучей сходящимся, рассеивающие линзы — расходящимся.

Обозначение линз:

Линзы можно различить по внешним признакам: собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше.

Основные точки и линии при построении хода лучей в тонкой линзе:

I. Собирающая линза (рис. 1):

Рис. 1

II. Рассеивающая линза (рис. 2):

Продолжение лучей

Рис. 2

Главный фокус линзы F — это точка, в которой пересекаются преломленные линзой лучи, падающие параллельно главной оптической оси, или их продолжения.

Согласно закону обратимости световых лучей, справедливо и обратное: лучи, проходящие через передний фокус после преломления в линзе, распространяются параллельно главной оптической оси. Это можно сделать, если в главный фокус поместить точечный источник света.

Побочная оптическая ось — прямая, проходящая через оптический центр линзы, не совпадающая с главной оптической осью.

Побочный фокус — это точка, через которую проходят лучи, падающие на линзу параллельно побочной оптической оси, после преломления.

Оптическая сила линзы D — это величина, обратная фокусному расстоянию:

$$D = \frac{1}{F}$$

Единица измерения оптической силы: [D] = 1 диоптрия (1 дптр).

Так как у рассеивающей линзы используется передний (мнимый) фокус, то фокусное расстояние и оптическая сила линзы считаются отрицательными.

Будьте внимательны: при расчете оптической силы линзы ее фокусное расстояние необходимо перевести в метры!

Построение изображения предмета

Для построения изображения предмета AB можно использовать три характерных луча: 1, 2, 3.

I. Собирающая линза (рис. 3):

Рис. 3

Обозначения: $\text{d}$ — расстояние от объекта до линзы; $\text{f}$ — расстояние от линзы до изображения; $\text{h}$ — высота предмета; $\text{H}$ — высота изображения; $A'B'$ — изображение предмета $\text{AB}$. Характерные лучи: 1 — луч, идущий параллельно главной оптической оси (после преломления проходит через задний фокус); 2 — луч, идущий через центр линзы (не меняет своего направления); 3 — луч, идущий через передний фокус (после преломления распространяется параллельно главной оптической оси).

II. Рассеивающая линза (рис. 4):

Рис. 4

Характерные лучи: 1 — луч, идущий параллельно главной оптической оси (преломляется таким образом, чтобы его продолжение проходило через передний фокус); 2 — луч, идущий через центр линзы (не меняет своего направления); 3 — луч, направляющийся в задний фокус (после преломления распространяется параллельно главной оптической оси).

Для построения изображения точечного объекта достаточно любых двух лучей. В точке, где пересекутся эти лучи (или их продолжения), и будет находиться изображение.

Если предмет находится на значительном расстоянии, то лучи, падающие на линзу, можно считать параллельными. Следовательно, они пересекутся вблизи фокуса, и расстояние от изображения предмета до линзы можно считать равным фокусному.

Изучение линз

Соберите схему установки, как показано на рис. 5.

Первоначально установите экран вблизи от линзы. Отдаляя экран, наблюдайте за световым пучком. Если линза собирающая, то световой пучок вначале будет уменьшаться, пока не получится изображение лампочки, а потом будет увеличиваться. Если линза рассеивающая, то пучок станет увеличиваться и изображения на экране не будет (ход световых лучей в линзах изображен на рис. 1 и 2).

Рис. 5

Получаем изображение далекого предмета

С помощью собирающей линзы на экране можно получить изображение далекого предмета: окна или лампочки, расположенной на столе учителя. Так как фокусное расстояние линзы (6–20 см) значительно меньше расстояния до предмета, можно считать, что расстояние от линзы до изображения равно фокусному. На самом деле, фокус расположен чуть ближе, чем экран, поэтому результат будет слегка завышенный. Например, $F = 14$ см = 0,14 м. Тогда

$$D = \frac{1}{F} = \frac{1}{0,14} = 7,1 \ дптр.$$

Пишем выводы

В данной работе изучалось преломление световых лучей в собирающей и рассеивающей линзах, а также измерялись характеристики собирающей линзы, поэтому можно сделать следующие выводы: «В ходе работы с помощью наблюдения за световым пучком мы определили, что линза № 1 — собирающая (световой пучок сходился), линза № 2 — рассеивающая (световой пучок расходился). Также определили основные характеристики собирающей линзы: фокусное расстояние ($F = 14$ см) и оптическую силу ($D = 7,1$ дптр).»

Какая линза "сильнее"?

Интересно выяснить, какая линза — собирающая или рассеивающая — имеет большую оптическую силу. Для этого можно расположить обе линзы вблизи друг друга и посмотреть, как будет себя вести световой пучок. Если он сходится, значит, собирающая линза «сильнее», если расходится — то «сильнее» рассеивающая линза. Кстати, если «сильнее» оказывается собирающая линза, можно получить изображение окна или лампочки, используя сразу две линзы.