Ох, уж эти линзы. Задач по этой теме немного, но они могут застать врасплох даже перспективного ученика. А все дело в том, что при минимальном количестве формул, эта тема содержит множество «НО», мешающих разложить все по полочкам в голове.
Предлагаю выделить 5 минут, чтобы полностью сформировать базу, достаточную для решения всех задач по этой теме внутри границ ОГЭ по физике. Достаточно всего лишь внимательно прочитать, понять и запомнить.
Что такое линза?
Линза – это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон (или с одной из сторон) криволинейной поверхностью.
Линза может быть собирающей или рассеивающей.
У собирающих линз середина толще краёв, у рассеивающих – наоборот.
Прямая, проходящая через центры кривизны поверхностей линзы называется главной оптической осью. Если параллельно этой оси пустить пучок света, то после прохождения лучей через собирающую линзу они пересекутся в одной точке, называемой фокусом линзы. Расстояние от оптического центра линзы до фокуса называют фокусным расстоянием F. Если мы говорим о рассеивающей линзе, то фокус будет находиться со стороны самого предмета, а фокусное расстояние, соответственно, будет отрицательным.
Фокусное расстояние зависит только от толщины линзы и от значения преломления n материала, из которого сделана линза.
Важно также понимать, что при решении задач часто используют тонкие линзы, т.е. линзы, толщиной которой можно пренебречь. Это делается для того, чтобы главная оптическая ось пересекала линзу в одной точке, которая называется оптическим центром линзы O. Лучи через оптический центр проходят без преломления.
Построение изображения в тонкой линзе.
Для построения изображения точки, которая не лежит на главной оптической оси, необходимо построить:
- луч, проходящий через оптический центр линзы (без преломления);
- луч, идущий к линзе параллельно главной оптической оси и пересекающий после линзы ее фокус.
На пересечении этих лучей и будет располагаться изображение.
Важно понимать, что полноценное, т.е. действительное изображение точки можно получить только в собирающей линзе, т.к. только в этом случае после всех отражений и преломлений лучи, вышедшие из одной точки предмета, могут собраться в одну точку.
Рассеивающая линза всегда дает только мнимое изображение, т.е. изображение, которое возникает при пересечении продолжений расходящегося пучка лучей. Собирающая линза может давать как мнимое, так и действительное изображение.
Построение изображения предмета в тонкой линзе
В задачах ОГЭ предмет, как правило, представлен в виде двух точек, соединенных между собой жирным отрезком. Отрезок расположен перпендикулярно главной оптической оси и берет на ней свое начало, т.е. одна из точек всегда расположена на этой оси. Построение изображения начинается с точки, лежащей на другом конце этого отрезка согласно алгоритму, описанному выше. Для построения изображения всего предмета достаточно просто опустить перпендикуляр с точки пересечения лучей (места изображения точки) на главную оптическую ось.
Как и в случае с изображением точки, изображение предмета в рассеивающей линзе является мнимым. Кроме того, оно всегда прямое и уменьшенное.
А вот характер изображения, полученного с помощью собирающей линзы, зависит от положения предмета относительно линзы. Следует запомнить эту таблицу, а лучше самостоятельно перерисовать все эти случаи для понимания логики построения, т.к. вероятность попадания подобного вопроса достаточно высока.
Теперь, когда есть понимание, как строится изображение предмета в линзе, необходимо понимать зависимость фокусного расстояния от расстояний предмета (d) и изображения (f) до линзы: 1/F=1/d+1/f.
Также стоит запомнить величину оптическая сила D. Она определяет преломляющую способность линз и оптических систем линз и измеряется в диоптриях (дптр). Оптическая сила обратно пропорциональна фокусному расстоянию, т.е. D = 1/F, а раз существует такая зависимость, оптическая сила, как и фокусное расстояние, зависит только от характеристики самой линзы, а не от расстояний d (от предмета до линзы) и, соответственно, f (от изображения до линзы).
ИТАК, прошло, как и обещал, 5 минут. Решим теперь в качестве примера задачу из демонстрационного варианта ОГЭ по изученной теме.
В первую очередь обращаем внимание, что линза собирающая (ориентируемся по вертикальным стрелкам).
Сложность этого задания в том, что предмет представляется точкой, лежащей на основной оптической оси, что не совсем стандартно и удобно для представления. Однако для правильного решения достаточно вспомнить зависимость изображения от расстояния предмета от линзы. В нашем случае это расстояние равно 2F, а значит, изображение должно быть на таком же расстоянии. В нашем случае это линия 2.
Спасибо всем, кто дочитал этот пост, надеюсь, он был полезным.
Не забудьте поставить лайк и подписаться на мой канал, чтобы полезные и интересные посты выходили как можно чаще :-)
