b733e4
Проверьте знания по физике бесплатно
Узнать бесплатно

Оптическая сила линзы

Оптическая сила линзы
91.8K

Думаем, каждому знаком такой предмет, как увеличительная лупа. С ее помощью детективы исследуют места преступлений, а бабушки и дедушки читают газеты или журналы. Также лупа способна собирать в одну точку солнечные лучи, чем пользуются хулиганы, когда поджигают тополиный пух или сухую траву. Эти развлечения опасны, так делать не нужно! Но изучить свойства линз, их секретные способности, ход лучей — дело хорошее, даже очень.

Этим сегодня и займемся:

  • узнаем, что такое линза в физике и какие бывают линзы;

  • поговорим о том, что такое оптическая сила линзы, на что она влияет и в каких единицах ее измеряют;

  • свяжем физику с математикой и посмотрим, как с помощью формул можно рассчитать оптическую силу.

А еще мы немного порисуем: даже самые серьезные физики любят иллюстрировать свои объяснения забавными рисунками. :)

Что такое линзы

Вспомните, в каких ситуациях вы сталкивались со словом «линза». Верно, есть линзы для зрения, линзы в объективе фотоаппарата. Теперь пришло время разобраться, что такое линза в мире физики.

Ли́нза — прозрачное тело, ограниченное либо двумя сферическими поверхностями, либо одной сферической и одной плоской.

Действие линз основано на законах преломления света. Параллельные пучки световых лучей, проходя через линзу, преломляются и меняют свое направление: они могут сходиться в одной точке или же рассеиваться в разные стороны.

Виды линз

Линзы делятся на две группы: рассеивающие и собирающие, чье назначение понятно из названия. В свою очередь, и рассеивающие, и собирающие линзы бывают различных видов по своему строению. Давайте внимательно рассмотрим рисунок.

Виды линз

Запомните и еще одно отличие: в собирающих линзах середина толще краев, а в рассеивающих — края толще середины.

Хорошая новость: при решении физических задач мы не будем прописывать строение линзы или определять: это вогнуто-выпуклая или выпукло-вогнутая. Мы будем использовать схематичное изображение для собирающей и рассеивающей линзы, где сразу будет понятно, с чем мы имеем дело.

Собирающая и рассеивающая линзы

Что такое оптическая сила линзы

Тема нашей статьи — «Оптическая сила линзы», но чтобы детально разобраться в этом понятии, нам необходимо вспомнить еще несколько моментов, связанных с основными точками и линиями линзы для построения хода лучей. Эти точки будут одинаковыми и для собирающей, и для рассеивающей линз.

Главная оптическая ось

Главная оптическая ось (далее — ГОО) — воображаемая линия, которая проходит через центр линзы и перпендикулярна плоскости линзы. Точка О — оптический центр линзы. Лучи света, которые проходят через эту точку, не будут преломляться.

Ход лучей через оптический центр линзы

Фокус линзы — точка, в которой пересекутся лучи, которые проходят параллельно ГОО.

Обратите внимание, что точка фокуса есть и справа, и слева от линзы. Фокус, который располагается левее линзы, называют мнимым фокусом — в нем при определенных условиях могут пересечься не сами лучи, а только их продолжения, и в этой плоскости мы получим только мнимое изображение.

Фокусное расстояние — расстояние от точки F до оптического центра линзы.

На главной оптической оси располагают и точку 2F, но тут все просто — мы ставим ее на двойном фокусном расстоянии. Расстояние от объекта до линзы обозначают буквой d, а от линзы до изображения — буквой f.

Фокусное расстояние линзы

В зависимости от того, как близко стоит объект перед линзой, мы будем получать разные по размеру действительные и мнимые изображения объекта. Чтобы характеризовать увеличивающую способность линзы, ввели понятие «оптическая сила».

Оптическая сила линзы — это величина, характеризующая преломляющую способность линзы. Эта величина зависит от радиусов кривизны сферических поверхностей линзы и от показателя преломления материала, из которого она сделана.

Эта физическая величина обозначается латинской буквой D и измеряется в диоптриях. Сокращенное обозначение — дптр.

Как найти оптическую силу линзы с помощью формулы

Оптическая сила — это величина, обратно пропорциональная фокусному расстоянию, следовательно ее можно рассчитать в диоптриях по формуле:

D = 1/F.

Так как фокусное расстояние измеряется в метрах, можно сделать логичное заключение:

[дптр] = [1/м] = [м–1].

Обратите внимание!
Мы уже знаем, что собирающая и рассеивающая линзы отличаются по своим основным функциям. Это значит, что и оптическая сила этих линз будет отличаться. Для собирающих линз впереди оптической силы ставится знак «+», а для рассеивающих — знак «–».

Разберем еще 3 формулы, которые помогут вам решать задачи по этой теме.

  1. Если необходимо рассчитать оптическую силу системы двух линз, воспользуйтесь формулой:

    D = D1 + D2 – dD1D2, где:

    D — конечная оптическая сила,

    D1 — оптическая сила первой линзы,

    D2 — оптическая сила второй линзы,

    d — расстояние между линзами.

  2. Для системы тонких линз оптическая сила рассчитывается как алгебраическая сумма оптических сил каждой линзы:

    D = D1 + D2 + D3 + … + Dn.

  3. Оптическую силу линзы также можно рассчитать через формулу тонкой линзы:

    1/F = 1/f + 1/d или D = 1/f + 1/d, так как D = 1/F, где:

    F — фокусное расстояние,

    D — оптическая сила линзы,

    f — расстояние от линзы до изображения,

    d — расстояние от объекта до линзы.

Получи больше пользы от Skysmart:

Проверьте себя

Чтобы закрепить пройденный материал, давайте подведем промежуточные итоги в виде обсуждения в стиле «вопрос-ответ». С помощью этой таблицы вы можете подготовиться к контрольной работе по теме: закройте правую часть рукой и ответьте на вопросы.

Вопрос

Ответ

Что называется оптической силой линзы?

Свойство линзы преломлять лучи

Что характеризует оптическая сила?

Увеличивающую способность линзы

В каких единицах измеряют оптическую силу линзы?

В диоптриях

Как определить оптическую силу линзы?

По формуле D = 1/F, где:

D — оптическая сила,

F — фокусное расстояние.

Одинаковая ли оптическая сила у собирающей и рассеивающей линзы?

Нет, так как у рассеивающей линзы продолжения преломленных лучей пересекаются во мнимом фокусе. Оптическая сила рассеивающей линзы записывается со знаком «минус», а собирающей — со знаком «плюс».

Геометрическая оптика и оптика в целом — очень интересные разделы физики. Они не просто рассказывают, как ведут себя световые лучи, но и помогают построить невероятные приборы на основе их поведения. Например, телескопы, микроскопы, фотоаппараты. Даже в организме человека есть оптический прибор — глаз, с помощью которого мы можем наблюдать всю красоту этого мира.

Интересно, как именно он устроен? Присоединяйтесь к онлайн-курсам физики в школе Skysmart, чтобы узнать больше. На занятиях мы рассказываем, как человек с особенностями зрения подбирает для себя очки, можно ли с помощью физики объяснить причину астигматизма, близорукости и дальнозоркости и многое другое. Ждем вас на уроках — впереди еще много интересного!

Бесплатный вебинар
Бесплатный вебинар
Бесплатный вебинар
Проверьте знания по физике бесплатно
  • Оставьте заявку на бесплатное тестирование
  • Приходите на тестирование вместе с ребёнком
  • Получите оценку знаний и конкретные шаги, чтобы прокачать их
Шаг 1 из 2
Шаг 1 из 2
Шаг 2 из 2