§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Единица измерения оптической силы линзы

Единица измерения оптической силы линзы называется диоптрией (дптр). Линза с фокусным расстоянием в 1 метр имеет оптическую силу, равную 1 дптр.

$$ ={1\over}$$

Например, если фокусное расстояние линзы F равно 25 см, то оптическая сила D будет равна 4 дптр.

Диоптрия относится к внесистемным единицам измерения и используется в основном в офтальмологии для подбора линз к очкам.

Оптическую силу линз измеряют с помощью приборов, называемых диоптриметрами.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 3. Диоптриметр

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что из себя представляют оптические линзы, и каких типов они бывают. Основной характеристикой линзы является ее фокусное расстояние F. Величина D, обратная F, называется оптической силой линзы, измеряется в диоптриях и используется в основном в офтальмологии (раздел медицины, изучающий глаз).

Что такое фокусное расстояние

Лучи света падают на одну из сторон линзы, преломляются в стекле и сходятся с другой стороны (собирающая линза), формируя изображение.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 2. Фокусное расстояние у собирающей и рассеивающей линз.

Линза называется тонкой, если ее толщина мала по сравнению с радиусами ее поверхности. Прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью.

Главная оптическая ось пересекает линзу в точке, которая называется оптическим центром линзы. Точка, лежащая на главной оптической оси, в которой собираются преломленные линзой лучи (или их продолжения), если они падали на линзу параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом. Главный фокус собирающей линзы действительный, а рассеивающей — мнимый.

Расстояние от оптического центра линзы до его главного фокуса называется фокусным расстоянием и обозначается F. Плоскость, проведенная через фокус линзы перпендикулярно к главной оптической оси, есть фокальная плоскость. У собирающих линз значения F положительные (F>0), а у рассеивающих отрицательные (F<0).

Какие бывают линзы

Поверхность линзы может быть сферической выпуклой или сферической, но вогнутой. Есть линзы, у которых одна из поверхностей делается просто плоской. Выпуклые линзы называют собирающими, а вогнутые — рассеивающими.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 1. Виды линз.

В 1853 году, во время археологических раскопок Нимруда — столицы Ассирии (древнее государство на территории современных Сирии и Ирака), была найдена линза, возраст которой более 3000 лет. Линза имела трехкратное увеличение. Этот факт говорит о том, что замечательные оптические свойства линз люди научились применять на ранней стадии своего существования.

Физика8 класс

§ 68. Линзы. Оптическая сила линзы

Для того чтобы управлять световыми пучками, т. е. изменять направление лучей, применяют специальные приборы, например лупу, микроскоп. Основной частью этих приборов является линза.

Линзами называются прозрачные тела, ограниченные с двух сторон сферическими поверхностями.

Линзы бывают двух видов — выпуклые и вогнутые.

Линза, у которой края намного тоньше, чем середина, является выпуклой (рис. 151, а).

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 151. Виды линз:
а — выпуклые; б — вогнутые

Линза, у которой края толще, чем середина, является вогнутой (рис. 151, б).

Прямая АВ, проходящая через центры С1 и С2 (рис. 152) сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется оптической осью.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 152. Оптическая ось линзы

Направив на выпуклую линзу пучок лучей, параллельных оптической оси линзы, мы увидим, что после преломления в линзе эти лучи пересекают оптическую ось в одной точке (рис. 153). Эта точка называется фокусом линзы. У каждой линзы два фокуса — по одному с каждой стороны линзы.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 153. Собирающая линза:
а — прохождение лучей через фокус; б — изображение ее на схемах

Расстояние от линзы до её фокуса называется фокусным расстоянием линзы и обозначается буквой F.

Если на выпуклую линзу направить пучок параллельных лучей, то после преломления в линзе они соберутся в одной точке — F (см. рис. 153). Следовательно, выпуклая линза собирает лучи, идущие от источника. Поэтому выпуклая линза называется собирающей.

При прохождении лучей через вогнутую линзу наблюдается другая картина.

Пустим пучок лучей, параллельных оптической оси, на вогнутую линзу. Мы заметим, что лучи из линзы выйдут расходящимся пучком (рис. 154). Если такой расходящийся пучок лучей попадёт в глаз, то наблюдателю будет казаться, что лучи выходят из точки F. Эта точка находится на оптической оси с той же стороны, с какой падает свет на линзу, и называется мнимым фокусом вогнутой линзы. Такую линзу называют рассеивающей.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 154. Рассеивающая линза:
а — прохождение лучей через фокус; б — изображение её на схемах

Линзы с более выпуклыми поверхностями преломляют лучи сильнее, чем линзы с меньшей кривизной (рис. 155).

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 155. Преломление лучей линзами различной кривизны

Если у одной из двух линз фокусное расстояние короче, то она даёт большее увеличение (рис. 156). Оптическая сила такой линзы больше.

§ 68. линзы. оптическая сила линзы

Рис. 156. Увеличение линзы

Линзы характеризуются величиной, которая называется оптической силой линзы. Оптическая сила обозначается буквой D.

Оптическая сила линзы — это величина, обратная её фокусному расстоянию.

Оптическая сила линзы рассчитывается по формуле

D = 1 / F

За единицу оптической силы принята диоптрия (дптр).

1 диоптрия — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Собирающая линза

Если фокусное расстояние линзы меньше 1 м, то оптическая сила будет больше 1 дптр. В случае, когда фокусное расстояние линзы больше 1 м, её оптическая сила меньше 1 дптр. Например,

если F = 0,2 м, то D = 1 / 0,2 м = 5 дптр,
если F = 2 м, то D = 1 / 2 м = 0,5 дптр.

Поскольку у рассеивающей линзы фокус мнимый, то условились считать её фокусное расстояние отрицательной величиной. Тогда и оптическая сила рассеивающей линзы будет отрицательной.

Оптическую силу собирающей линзы условились считать положительной величиной.

Вопросы

  1. Как по внешнему виду линз можно узнать, у какой из них короче фокусное расстояние?
  2. Какая из двух линз, имеющих разные фокусные расстояния, даёт большее увеличение?
  3. Какую величину называют оптической силой линзы?
  4. Как называется единица оптической силы?
  5. Оптическая сила какой линзы принимается за единицу?
  6. Чем отличаются друг от друга линзы, оптическая сила одной из которых равна +2,5 дптр, а другой -2,5 дптр?

Упражнение 48

  1. По рисунку 155 сравните оптические силы изображённых на нём линз.
  2. Оптическая сила линзы равна -1,6 дптр. Каково фокусное расстояние этой линзы? Можно ли с её помощью получить действительное изображение?
admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий