Урок по теме "Линзы"

Тема урока: Линзы. Построение изображений, даваемых линзой.

Цели урока:

Образовательная: продолжим изучение световых лучей и их распространение, ввести понятие линзы,оптическая ось, оптический центр, фокус, фокусное расстояние,изучить действие собирающей и рассеивающей линз; научить строить изображения даваемые линзой.

Развивающая: способствовать развитию логического мышления, умений видеть , слышать, собирать и осмысливать информацию, самостоятельно делать выводы.

Воспитательная: воспитывать внимательность, усидчивость и аккуратность в работе; учиться пользоваться приобретенными знаниями для решения практических и познавательных задач.

Тип урока:изучение нового материала, включающий освоение новых знаний, умений, навыков, закрепление и систематизацию ранее полученных знаний.

Ход урока.

1. Организационный момент (2 мин):

1.приветствие учащихся;

2.проверка готовности учащихся к уроку;

3.запись в тетради даты и темы урока.

2. Повторение ранее изученного материала.

1.Сформулировать законы геометрической оптики:

а) закон прямолинейного распространения света; б) закон отражения света; в) закон преломления света; г) явление полного внутреннего отражения.

2. Световой луч переходит из вакуума в прозрачную среду. Как при этом изменится скорость, энергия, частота и длина волны? (Скорость светового луча уменьшится; Энергия световых квантов не изменится; Частота колебаний света уменьшится; Длина световой волны уменьшится)

3. Угол падения луча на зеркальную поверхность равен 20˚. Чему равен угол между отраженным лучом и плоскостью зеркала? (70˚)

4. При переходе света из одной среды в другую угол падения равен 30°, а угол преломления равен 60°. Чему равен относительный показатель преломления второй среды к показателю преломления первой среды? ( 1/)

На прошлых занятиях мы изучили отражение и преломление света. Каждый день сталкиваемся с этими явлениями: зеркало, глаз, фотоаппарат, телескоп, подзорная труба, бинокль, перископ и т.д. В большинстве перечисленных приборов основной частью является линза. При получении изображения большое значение имеет форма линзы и ее положение в том или ином физическом приборе.

Цель, которую мы сегодня ставим перед собой – изучить линзы и их характеристики, а также научиться строить изображения в линзах.

3. Изучение нового материала.

Явление преломления света лежит в основе действия линз и многих оптических приборов, служащих для управления световыми пучками и получения оптических изображений.

Линза - это оптическое прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Существует два вида линз:

а) собирающие;

б) рассеивающие.

Выпуклые линзы являются собирающими ( далее мы покажем это),  у этих линз середины толще, чем края.

Собирающие линзы - линзы, преобразующие параллельный пучок световых лучей в сходящийся.

Линзы бывают: двояковыпуклыми, плосковыпуклыми, вогнуто-выпуклыми.

Вогнутые линзы являются рассеивающими.у этих линз толще края.

Рассеивающими линзы - линзы, преобразующие параллельный пучок световых лучей в расходящийся.

Линзы могут быть: двояковогнутыми, плосковогнутыми, выпукло вогнутыми.

 В дальнейшем для простоты мы будем рассматривать преломление световых лучей тонкими линзами.

Линза, толщина которой пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхности называюттонкой.

Дадим определение геометрических характеристик линзы.

Главная оптическая ось (ГОО) – прямая, на которой лежат центры сферических поверхностей, ограничивающих  линзу. Она является осью симметрии линзы.

Главная плоскость линзы – плоскость, проходящая через центр линзы (т. О) перпендикулярно главной оптической оси.

Фокус собирающей линзы – точка на главной оптической оси, в которой собираются лучи, падающие параллельно главной оптической оси, после преломления их в линзе.

Фокус рассеивающей линзы – точка на главной оптической оси, через которую проходят продолжения расходящегося пучка лучей,  параллельных  главной оптической оси.

Фокусное расстояние (обозначаемое как и главный фокус F) – расстояния от главного фокуса до центра линзы.

Фокальная плоскость линзы – плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси.

Оптическая сила – величина, обратная фокусному расстоянию линзы.

Единица оптической силы – диоптрия (дптр).
Для собирающих линз оптическая сила положительна.

Основные лучи для собирающей линзы.
Рассмотрение преломления световых лучей собирающей тонкой линзой позволяет выделить важнейшие характерные лучи, достаточно для построения любого хода луча, падающего на линзу, а так же для получения изображения предмета в линзе.

Луч, параллельный ГОО, преломляясь в линзе, проходит через ее главный фокус.
Луч, идущий через оптический центр линзы, проходит через нее, не преломляясь. Это объясняется тем, что такой луч падает практически на плоскопараллельную пластинку. Ввиду того что линза тонкая, незначительным параллельным отклонением преломленного луча можно пренебречь.

Рассмотрим и построим изображение предмета (источника света), находящегося на расстоянии d от собирающей линзы с фокусным расстоянием F. Рассмотрим последовательной случаи.

Положение предмета (d)	Действительное или мнимое	Увеличение	Прямое или обратное
d > 2F	действительное	уменьшенное	обратное
d = 2 F	действительное	того же самого размера	обратное
2 F< d< F	действительное	увеличенное	обратное
d = F	изображения нет
d < F	мнимое	увеличенное	прямое

Изображение предмета складывается из изображений отдельных точек этого предмета. Изображение предмета АВ в линзе находится путем построения изображений его крайних точек. Вначале строится изображение точки А, не находящейся на главной оптической оси.
Для построения изображения точки А предмета воспользуемся, двумя характерными лучами: лучом 1, параллельным главной оптической оси, и лучом 2, проходящим через оптический центр О линзы.
Построив изображение А', опускаем перпендикуляр на главную оптическую ось и находим точку В', являющуюся изображением точки В.

Задание 1. Построить изображение предмета и охарактеризовать его.

Задание 2. Построить изображение предмета и охарактеризовать его.

Рассмотрим наиболее характерные примеры построения изображений предметов в линзе. Точечный источник света находящийся на главной оптической оси. Для построения изображения точечного источника S необходимо найти ход двух лучей, идущих от источника после преломления их линзой. Точка их пересечения S' определяет положение изображения предмета. В качестве одного из этих лучей можно взять произвольный луч 1. Для построения преломленного луча воспользуемся свойством параллельных лучей.Луч 2, параллельный лучу 1, проходящий через центр О линзы, не преломляясь, пересекает ее фокальную плоскость в точке F'. Через эту же точку должен пройти луч 1.

Задание 3. Построить изображение предмета и охарактеризовать его.

Задание 4. Найдите построением оптический центр и фокус собирающей линзы.

Если известны положение и размер предмета и изображения, можно найти построением расположение линзы и ее фокусное расстояние. Предположим, что предмет h и его изображение Н в собирающей линзе располагаются относительно главной оптической оси линзы. В этом случае изображение предмета является увеличенным и прямым. Такое изображение возникает в собирающей линзе, если предмет располагается между линзой и ее главным фокусом. Линза должна находиться справа от предмета. Выполним построение хода лучей. Пересечение продолжения прямой  с главной оптической осью дает положение оптического центра О и главной плоскости линзы. Проведем из точки линию, параллельную ГОО, до пересечения с плоскостью. Пересечение продолжения прямой А'К с главной оптической осью будет главным фокусом линзы. Подобным образом можно находить положение и фокусное расстояние линзы при любых типах изображения предмета.

Основные лучи для рассеивающей линзы.

Луч, параллельный ГОО, преломляясь в линзе, выходит как бы из мнимого фокуса.
Луч, идущий через оптический центр линзы, проходит через нее, не преломляясь.

Задание 1. Построить изображение предмета и охарактеризовать его.

В отличие от собирающей линзы побочный фокус F' располагается в фокальной плоскости, находящейся перед линзой. Положение побочного фокуса определяется пересечением луча 2, проходящего через оптический центр О линзы, с этой фокальной плоскостью.Известные свойства характерных и параллельных лучей позволяют построить ход произвольного луча, падающего на рассеивающую линзу с фокусным расстоянием F. Для определения направления преломленного луча воспользуемся лучом 2, проходящим через оптический центр О параллельно падающему лучу 1. Луч 2 проходит линзу, не преломляясь, пересекая фокальную плоскость в побочном фокусе F'.
Согласно свойству параллельных лучей после преломления луч 1 также пройдет через этот побочный фокус.
Найдем теперь направление падающего луча, если известен ход преломленного луча. По принципу обратимости лучей будем считать, что дано направление луча, падающего на линзу. Повторяя предыдущее построение с помощью луча 3, проходящего через оптический центр О линзы параллельно лучу 2, получим побочный фокус F', через который проходит продолжение падающего луча 2.

Изображение протяженного предмета складывается из изображений отдельных точек этого предмета. Продолжения преломленных лучей 1 и 2 пересекаются в точке А', являющейся мнимым изображением точки А, находящимся на расстоянии от линзы.

Рассеивающая линза всегда создает только мнимое изображение (независимо от расстояния между предметом и линзой).

Задание 2. Постройте изображение предмета.

Задание 3. Найти построением оптический центр и главный фокус рассеивающей линзы

Построим изображение линейного предмета, находящегося на расстоянии d от рассеивающей линзы с фокусным расстоянием F. Такое изображение находится путем построения изображений крайних точек предмета АВ. Для построения изображения точки А предмета воспользуемся двумя характерными лучами: лучом 1, параллельным главной оптической оси, и лучом 2, проходящим через оптический центр О линзы.
Построив мнимое изображение А', опускаем перпендикуляр на главную оптическую ось и на-ходим точку В', являющуюся мнимым изображением точки В. Мнимое изображение предмета в линзе находится по ту же сторону от линзы, что и предмет.

4. Обобщение и закрепление изученного материала. (Приложение 1).

Выполнить задачи на построение в линзах. Для выполнения заданий необходимо следовать алгоритму построения изображений в линзе.

Двое работают у доски, остальные самостоятельно в тетради. Обсуждение.

5. Заключение. Домашнее задание.

Подведение итогов.

Домашнее задание: § 63, 64.

Краткое описание документа:

Тема урока: Линзы. Построение изображений, даваемых линзой.

Цели урока:

Образовательная: продолжим изучение световых лучей и их распространение, ввести понятие линзы,оптическая ось, оптический центр, фокус, фокусное расстояние,изучить действие собирающей и рассеивающей линз; научить строить изображения даваемые линзой.

Развивающая: способствовать развитию логического мышления, умений видеть , слышать, собирать и осмысливать информацию, самостоятельно делать выводы.

Воспитательная: воспитывать внимательность, усидчивость и аккуратность в работе; учиться пользоваться приобретенными знаниями для решения практических и познавательных задач.

Тип урока:изучение нового материала, включающий освоение новых знаний, умений, навыков, закрепление и систематизацию ранее полученных знаний.