Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают»

Увеличение линзы Часто в задачах на геометрическую оптику встречается термин – увеличение линзы. Под линейным увеличением Г (гамма) понимают число, указывающее, во сколько раз линейный размер изображения больше соответствующего линейного размера самого предмета. Если размер предмета h, а размер его изображения H (рис. 20), то . Эти соотношения позволяют заменять в формуле тонкой линзы параметры: либо f=, либо d =. И тогда формула приобретает вид: или . Это бывает особенно удобно, когда в задаче задается линейное увеличение предмета, так как уменьшается количество неизвестных. Удобно использование линейного увеличения и в случае, когда точка движется перпендикулярно главной оптической оси. Если движение происходит с постоянной скоростью V, то h=Vt, и H=Ut, где U – скорость движения изображения точки в линзе. Тогда = . Если же точка движется перпендикулярно главной оптической оси, но с постоянным ускорением, то ==. Реже, но тоже встречается в задачах термин «угловое увеличение». Это величина, обратная линейному увеличению, равная  = . Глаз как оптическая система Термин «наведение на резкость» при использовании оптических приборов довольно широко используется в речи и достаточно понятен даже неосведомленным в физике людям. Но когда речь заходит о нашем зрении, смысл этого понятия несколько затушевывается. При разглядывании удаленных или близко расположенных предметов глаз автоматически настраивается на резкость. Управляет этой процедурой аккомодационный мускул глаза, который соответствующим образом деформирует хрусталик глаза. В результате изображение предмета попадает точно на сетчатку глаза (своеобразный экран) – и изображение получается резким. Такие дефекты зрения, как близорукость или дальнозоркость, связаны с нарушением пределов аккомодации глаза. Под аккомодацией понимают способность глаза «приспосабливаться» к резкому видению предметов, находящихся от него на различных расстояниях. Другими словами, при изменении расстояния d от предмета до наблюдателя (точнее, до глаза наблюдателя) расстояние от хрусталика глаза (линзы) до сетчатки (экрана) остается неизменным. Это возможно только при условии, что изменяется фокусное расстояние линзы (хрусталика): или . Если глаз рассматривает удаленный предмет, d, то F = f или D =. Обычно расстояние между хрусталиком глаза и сетчаткой порядка 3 см, поэтому F=3см и D= -33 дптр. При приближении предмета к глазу начинает работать аккомодационная мышца, увеличивающая кривизну хрусталика. Хрусталик становится более выпуклым, радиус его поверхности уменьшается. Когда предмет находится на расстоянии наилучшего зрения 25 см, оптическая сила глаза становится равной 37 дптр. Дальнейшее приближение предмета к глазу вызывает перенапряжение аккомодационной мышцы, и изображение точки возникает не на сетчатке, а за ее пределами. А на сетчатке появляются следы от двух лучей, то есть точка «двоится». Такое изображение и вызывает ощущение не резкости. Если аккомодационные мышцы достаточно сильны, они могут довести оптическую силу хрусталика до 43 дптр, то есть предмет удается четко рассмотреть с расстояния 10 см. Но в таком состоянии глаз быстро устает. Поэтому оптимальным вариантом для глаза является расстояние между предметом и глазом 25 см. Его и называют расстоянием наилучшего зрения. Именно в таком режиме аккомодационная мышца не перенапряжена, а мелкие детали хорошо различимы. Недостаточная работоспособность аккомодационной мышцы приводит к таким дефектам зрения как близорукость или дальнозоркость. В первом случае ограничена способность аккомодационной мышцы уменьшать кривизну хрусталика (увеличивать его радиус) до нужных размеров, во втором случае хрусталик не способен увеличивать свою кривизну (уменьшать радиус). И тогда для коррекции зрения применяют очки. Корректировать близорукость или дальнозоркость глаза, означает – «приближать» или «удалять» предметы относительно глаза. Очевидно, что при близорукости, когда хрусталик имеет выпуклую форму, и изображение предмета располагается перед сетчаткой глаза, используются рассеивающие линзы. В случае дальнозоркости хрусталик имеет плоскую форму, и изображение предмета получается за сетчаткой, поэтому в качестве очков используются линзы собирающие. Принято различать очки "для дали" и очки "для чтения". Первые "переносят" предметы, находящиеся на бесконечно большом расстоянии, на дальнюю границу области аккомодации данного глаза. Вторые "переносят" предметы со стандартного для нормального глаза расстояния наилучшего зрения 25 см на расстояние наилучшего зрения близорукого или дальнозоркого глаза. Пример 6. Какие очки следует прописать близорукому человеку, который может читать текст, расположенный не далее 25 см, чтобы он мог любоваться звездами? Решение. Для того чтобы близорукий человек мог видеть удаленные предметы, например звезду, очки должны создавать изображение звезды не далее 25 см от глаза, а глаз будет рассматривать уже это изображение. Предположим, что линза очков вплотную придвинута к глазу (небольшой зазор между линзой и глазом несущественно исказит приведенные ниже расчеты), и запишем формулу линзы:. Здесь d — расстояние до звезды, равное , f — максимальное расстояние от изображения звезды до глаза, равное 0,25 м. Минус перед означает, что изображение мнимое. Таким образом, близорукому человеку следует использовать очки с рассеивающими линзами, оптическая сила которых равна D = 1/ - 1/0,25 = - 4 дптр. Пример 7. Предмет расположен на расстоянии 105 см перед объективом фотоаппарата, фокусное расстояние которого 50 мм. Где должна быть расположена фотопленка? Решение. Расчеты можно вести в сантиметрах, так как других единиц измерения в формулах нет. Выполним расчеты по разным формулам. По формуле Декарта: «точка отсчета» – центр линзы; d = 105см, F= 5 см; 5,25 см (от линзы). По формуле Ньютона: «точка отсчета» - фокус линзы; а = 105 – 5 = 100см; 0,25 см (от заднего фокуса линзы или 5,25 см от линзы). Пример 8. Луч света падает на плоскопараллельную пластинку толщиной Н = 1 см, сделанную из стекла с показателем преломления n = 1, 73. Из-за многократных отражений от граней пластинки на экране Э образуется ряд светлых пятен. Найдите расстояние между этими пятнами, если угол падения равен 600 и падающий луч перпендикулярен плоскости экрана. Плоскость падения луча совпадает с плоскостью рисунка. Решение. В основе решения лежит закон Снеллиуса. После однократного преломления на обеих гранях пластинки луч выходит из пластинки параллельно падающему лучу. Поскольку при дальнейших отражениях и преломлениях углы падения на грани одинаковы, все попадающие на экран лучи параллельны падающему. Расстояние между лучами, равное расстоянию между пятнами на экране, равно d=AC сos, АС=2Нtg, tg = ; ; = 0,58 см. Ответ: d = 0,58 см. Пример 9. На поверхности воды лежит двояковыпуклая тонкая стеклянная линза с радиусами кривизны RI = R2 =10 см. Определите переднее и заднее фокусные расстояния линзы, если показатель преломления стекла равен n =1,5, а показатель преломления воды n2 = 1,33. Чему равно фокусное расстояние этой линзы в воздухе? Решение. Применение формул и позволяет рассчитать F1 и F2. Здесь n1 = 1 (воздух), n2 = 1,33 (вода), n = 1,5 (стекло). Тогда ; F1 = 1/6,7 = 0,14 м= 14 см. Аналогично рассчитывается F2 = 18,5 см. Для расчета фокусного расстояния линзы в воздухе используем формулу . F=10 см. Задачи для самостоятельного решения. 9.1.1. Дальнозоркий человек резко видит предметы на расстоянии не ближе 1м от глаза. В каких очках он нуждается, чтобы читать газету, держа ее на расстоянии наилучшего зрения от глаза, равного 25 см? 9.1.2. Близорукий человек лучше всего различает мелкий шрифт, расположенный на расстоянии d=15 см от глаза. Какие очки для чтения нужны этому, человеку? 9.1.3. Какие очки нужны человеку, у которого расстояние наилучшего зрения оказалось равным L =75 см? 9.1.4. Найти главное фокусное расстояние зеркала, если светящаяся точка и её изображение лежат на главной оптической оси вогнутого зеркала на расстоянии 16см и 100см соответственно от главного фокуса. 9.1.5. Прозрачный кубик лежит на монете. Монета освещается рассеянным светом. Определите, при каком значении показателя преломления материала кубика монета не будет видна через его боковыую поверхность.   R  H 9.1.6. В днище судна сделан стеклянный иллюминатор для наблюдения за морскими животными. Диаметр иллюминатора d=40 см. Какова площадь обзора дна из такого иллюминатора, если показатель преломления морской воды 1,4, показатель преломления стекла иллюминатора 1,6, расстояние от днища судна до дна 5м. Толщиной стекла иллюминатора можно пренебречь. 9.1.7. На предмет АВ высотой h, стоящий на плоском зеркале, падает параллельный пучок лучей. Определить размер геометрической тени на экране (см. рисунок). S d f Vt S Vt S 9.1.8. Кажущаяся глубина водоема 3м. Определите истинную глубину водоема h0. Показатель преломления воды n=1,33.   0 b 0 R r L 9.1.9. Точечный источник света помещен на расстоянии d=12 см от линзы на ее главной оптической оси. Фокусное расстояние линзы F=8 см. Линза начинает смещаться в направлении, перпендикулярном своей главной оптической оси, со скоростью V =1 см/с. С какой скоростью начнет смещаться при этом изображение источника света, если сам источник остается неподвижным? 9.1.10. На половину шара радиусом r=2см, изготовленного из стекла с показателем преломления n=1,41, падает параллельный пучок лучей. Определите радиус светлого пятна на экране, расположенном на расстоянии L = 4,82 см от центра шара (см. рисунок). 9.1.11. Фокусное расстояние собирающей линзы F=30см, расстояние предмета от фокуса 10см. Линейные размеры предмета 5см. Определить размеры изображения. 9.1.12. На каком расстоянии от рассеивающей линзы с оптической силой D=– 4дптр нужно поместить предмет, чтобы его мнимое изображение получилось в 4 раза меньше самого предмета. 9.1.13. Расстояние между предметом и его изображением L=72см. Увеличение линзы равно Г=3. Найти фокусное расстояние линзы. 9.1.14. Тонкая линза с некоторым фокусным расстоянием F1 создает прмое изображение предмета с увеличением Г1=2/3. Каково будет увеличение Г2, если, не изменяя расстояние между предметом и линзой, заменить линзу на рассеивающую с оптической силой D2= – D1. 9.1.15. На каком расстоянии перед выпуклым сферическим зеркалом должен находиться предмет, чтобы его изображение получилось в 1,5 раза ближе к зеркалу, чем сам предмет. Радиус кривизны зеркала 1,6 м. 9.1.16. На стеклянную пластинку, показатель преломления которой 1,5, падает луч света. Найти угол падения луча, если угол между отраженным и преломленным лучами 90 градусов. 9.1.17. Собирающая линза, радиусы кривизны поверхностей которой R1=15см и R2=25см, дает действительное изображение предмета на расстоянии 50см от линзы, если предмет находится на расстоянии 0,25м от линзы. Найти показатель преломления материала линзы и ее оптическую силу. Линза находится в воздухе. 9.1.18. Высота изображения предмета на пленке в фотоаппарате при съемке с расстояния d1=2м равна h1=30мм, а при съемке с расстояния d2=3,9м высота h2= 15мм. Определить фокусное расстояние F объектива фотоаппарата.

Похожие:

	Планирование по физике в 12 "А,Б" классе. Заочное обучение. I полугодие:... Электромагнитная природа света. Закон прямолинейного распространения света. Скорость света. Закон отражения света		Методическая разработка урока физики с использованием информационных... Задачи. — Познакомить учащихся с многообразием пресмыкающихся, их значением в природе и жизни человека, сформировать знания о характерных...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Познакомить учащихся с историей развития взглядов на природу света, привести их к выводу о законе прямолинейного распространения...		Урок1 Тема урока Свет. Источники света. Прямолинейное распространение... Научить определять условия образования тени и полутени на основе закона прямолинейного распространения света
	Цель урока: Формирование у учащихся представление о световых явлениях... Свет. Источники света. Прямолинейное распространение света. Солнечные и лунные затмения		Тема «Отражение света» Образовательная – сформировать понятие отражения света, раскрыть сущность законов отражения
	Урок по физике в 8-м классе на тему: "Свет. Источники света. Распространение света" Обучающая: показать на конкретных примерах роль света в жизни человека; сформировать представление о естественных и искусственных...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Повторение закона преломления и отражения света и особенностей его распространения в средах разной оптической плотности
	Проектная работа На тему: «Методика формирования понятий: световой луч, точечный источник света, действительное и мнимое изображение, законы отражения...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Закон последствий: что посеешь, то и пожнёшь. Закон причины и следствия основной закон жизни
	1. Важнейшие понятия и законы химии Закон сохранения массы веществ, закон сохранения и превращения энергии при химических реакциях		Тест по физике для 8 класса Тема: Источники света. Распространение света к В трудах какого учёного были обнаружены первые высказывания о прямолинейном распространении света?
	Урок математики во 2 классе Учитель 2Б класса моу сош №19 Дубина... Проверить выполняется ли сочетательный закон сложения. Формировать вычислительный навык, используя сочетательный закон сложения		Контрольная работа №2 «Механические колебания и волны. Звук» «Законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. Движение тела по окружности. Импульс тела. Закон сохранения импульса.»
	Реферат Тема: «Оптика и оптические явления» Оптика – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска...		Темы вашего учебного проекта Семь чудес света (или Семь чудес света Древнего Мира) — знаменитый список самых прославленных достопримечательностей античной культуры....