Линзы: основы геометрической оптики

Слайд 1. Линзы: Основы геометрической оптики

Виды, элементы и физические характеристики линз для 11 класса

Слайд 2. Что такое линза?

Линза — это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями (одна из которых может быть плоской).

В основе работы линзы лежит явление преломления света на границе двух сред. Материалом обычно служит стекло или прозрачный пластик с показателем преломления $n>1$.

Слайд 3. Классификация линз

Линзы, у которых середина толще, чем края. Они преобразуют параллельный пучок лучей в сходящийся.

Линзы, у которых края толще, чем середина. Они преобразуют параллельный пучок лучей в расходящийся.

Слайд 4. Виды собирающих линз

Двояковыпуклая

Плосковыпуклая

Вогнуто-выпуклая (положительный мениск)

Слайд 5. Виды рассеивающих линз

Двояковогнутая

Плосковогнутая

Выпукло-вогнутая (отрицательный мениск)

Слайд 6. Главные элементы линзы

Оптический центр ($O$) — точка внутри линзы, при прохождении через которую луч света не преломляется.

Главная оптическая ось — прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы и её оптический центр.

Слайд 7. Главный фокус собирающей линзы

Если на собирающую линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после преломления они соберутся в одной точке $F$, называемой главным фокусом. У собирающей линзы фокус является действительным, так как в этой точке пересекаются сами лучи.

Слайд 8. Фокус рассеивающей линзы

Параллельные лучи после рассеивающей линзы расходятся так, что их продолжения пересекаются в одной точке $F$ перед линзой. Этот фокус называется мнимым.

Расстояние от оптического центра до фокуса называют фокусным расстоянием $F$ (измеряется в метрах).

Слайд 9. Фокальная плоскость

Слайд 10. Оптическая сила линзы

Величина, обратная фокусному расстоянию: $D=\frac{1}{F}$.

Измеряется в диоптриях (дптр). 1 дптр = 1 м^{-1}.

Для собирающих линз $D>0$, для рассеивающих $D<0$.

Слайд 11. Сравнение характеристик

Слайд 12. Основные лучи для построений

Проходит через точку $O$ без преломления и изменения направления.

Идущий параллельно оси, после линзы проходит через фокус $F$.

Падающий через фокус, после линзы идет параллельно главной оси.

Любая прямая, проходящая через оптический центр, кроме главной оси.

Слайд 13. История развития оптики

XIII век

1609 г.

1841 г.

Появление первых очков в Италии для коррекции зрения.

Галилео Галилей создает первый телескоп с использованием линз.

Гаусс публикует работу по теории тонких линз и расчету систем.

Слайд 14. «Природа говорит на языке математики, и буквы этого языка — треугольники, круги и другие геометрические фигуры...»

— Галилео Галилей

Слайд 15. Применение в технике

Фотоаппараты и видеокамеры

Микроскопы и телескопы

Слайд 16. Показатели преломления материалов

Чем выше показатель преломления материала, тем сильнее линза отклоняет лучи при той же кривизне поверхности.

Слайд 17. Глаз как оптическая система

Хрусталик глаза — это биологическая собирающая линза с изменяющимся фокусным расстоянием (аккомодация).

При близорукости или дальнозоркости изображение фокусируется не на сетчатке, что исправляется очками.

Слайд 18. Проверь себя

В чем отличие действительного фокуса от мнимого?

Как изменится оптическая сила линзы при погружении в воду?

Что такое тонкая линза?

Какую линзу нужно использовать для коррекции близорукости?

Слайд 19. Подведем итоги

Линзы делятся на собирающие ($D>0$) и рассеивающие ($D<0$).

Основные элементы: оптический центр, главная ось, фокус и фокальная плоскость.

Фокусное расстояние $F$ определяет оптическую силу $D=1/F$.

Свойства линз лежат в основе работы глаза и большинства оптических приборов.

Слайд 20. Спасибо за внимание! Есть ли у вас вопросы?