Построение изображений, полученных с помощью линз - Световые явления

Цели: сформировать практические умения применять знания о свойствах линз для нахождения изображений графическим методом.

Демонстрации: получение изображений с помощью линз.

Ход урока

I. Повторение. Проверка знаний

С целью повторения пройденного, а также проверки глубины усвоения знаний учащимися, в начале урока целесообразно провести фронтальный опрос по изученной теме:

- Что такое линза? Каковы ее свойства?

- Что называется главной оптической осью линзы?

- Какую точку называют фокусом линзы?

- Что такое фокусное расстояние линзы?

- Как по внешнему виду линз можно узнать, у какой из них короче фокусное расстояние?

- Какая из двух линз, имеющих разные фокусные расстояния, дает большее увеличение?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Экспериментальное наблюдение изображений светящейся точки, даваемой линзой.

2. Построение хода лучей через собирающую и рассеивающую линзы.

3. Условия, при которых возникает то или иное изображение, и свойства каждого из них.

4. Построение изображения предмета.

1. Изучение вопроса о получении изображения светящейся точки предлагаем начать с постановки демонстрационного эксперимента. На экране отчетливо видно, что пучок, сформированный линзой, трансформируется из сходящегося в расходящийся. В месте наибольшего сужения преломленного линзой пучка и обнаруживается изображение светящейся точки.

Далее с учащимися обсуждается вопрос о том, как изменяется положение изображения светящейся точки при ее смещении относительно главной оптической оси. Для этого вначале светящаяся точка перемещается из «бесконечности» вдоль главной оптической оси по направлению к центру линзы и показывается, как при этом изменяется положение изображения, в каких случаях оно будет действительным, а в каких - мнимым.

Затем демонстрируется, куда смещается изображение, если светящаяся точка располагается выше (ниже) главной оптической оси.

Из описанных опытов следует, что по мере приближения светящейся точки к фокусу линзы расстояние от изображения до линзы увеличивается. Учащиеся убеждаются в том, что изображение светящейся точки будет действительным в тех случаях, когда эта точка будет расположена перед фокусом линзы. Если светящаяся точка находится между фокусом и линзой, то ее изображение будет мнимым, так как в этом случае исходящий из светящейся точки пучок света не преобразуется линзой в сходящийся.

Аналогично демонстрируются опыты по получению изображения светящейся точки с помощью рассеивающей линзы. На основании этих опытов легко убедиться, что рассеивающая линза дает только мнимое изображение.

2. Демонстрационные эксперименты завершаются выводами:

а) точечный объект и его изображение всегда лежат на одной оптической оси;

б) луч, падающий на линзу параллельно оптической оси, после преломления через линзу проходит через фокус, соответствующий этой оси;

в) луч, проходящий через фокус до собирающей линзы, после линзы распространяется параллельно оси, соответствующей этому фокусу;

г) луч, параллельный оптической оси, пересекается с ней после преломления в фокальной плоскости.

3. Руководствуясь вышеизложенными выводами, учитель объясняет учащимся условия, при которых возникает то или иное изображение, и свойства каждого из них (здесь d - расстояние предмета до линзы; F - фокусное расстояние линзы).

Предмет находится за двойным фокусным расстоянием линзы: d > 2F.

Линза дает уменьшенное, перевернутое, действительное изображение предмета, лежащее по другую сторону от линзы между ее фокусом и двойным фокусом (рис. 47).

Предмет находится на двойном фокусном расстоянии линзы: d = 2F.

Линза дает равное, перевернутое, действительное изображение предмета, лежащее по другую сторону от линзы на двойном фокусном расстоянии (рис. 48).

Предмет находится между фокусом линзы и ее двойным фокусом: F < d < 2F.

Линза дает увеличенное, перевернутое, действительное изображение предмета, расположенное по другую сторону от линзы за двойным фокусным расстоянием (рис. 49).

Предмет помещен в фокус линзы: d = F.

Изображение предмета будет размытым. (рис. 50).

Предмет находится между линзой и ее фокусом: d < F.

Изображение предмета увеличенное, мнимое, прямое и расположено по ту же сторону от линзы, что и предмет (рис. 51).

Рассматривая изображения, даваемые рассеивающей линзой, делается вывод, что линза не дает действительных изображений, так как лучи, прошедшие сквозь нее, расходятся (рис. 52): при всех положениях предмета линза дает уменьшенное, мнимое, прямое изображение, лежащее по ту же сторону от линзы, что и предмет.

III. Решение задач

Для закрепления и более глубокого усвоения материала конец урока желательно посвятить решению задач по изученной теме:

Задача 1

С помощью линзы на экране получено изображение пламени свечи. Изменится ли, и как, это изображение, если половину линзы закрыть непрозрачным экраном?

Задача 2

На рис. 53 показаны главная оптическая ось ММ линзы, предмет АВ и его изображение A₁B₁. Определите графически положение оптического центра и фокусов линзы.

Задача 3

Определите построением положение фокусов линзы, если задана главная оптическая ось и ход произвольного луча (рис. 54).

Домашнее задание

1. § 67 учебника; вопросы и задания.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1592, 1593, 1594, 1596.