фізика 16/20

 03.10.2022

Уроки 3, 4

Тема. Кут зору. Оптичні прилади та їх застосування.

Завдання:

1. Опрацювати теоретичний матеріал
2. Переглянути відео, нище за посиланням
3. Записати конспект і задачі в зошит
4. Розв'язати задачі в зошиті
5. Відповісти на запитання

https://www.youtube.com/watch?v=waOlS9CJ6f4

За своїм призначенням оптичні прилади поділяють на дві групи: 1. Прилади для розгляду дрібних об’єктів (лупа, мікроскоп). 2. Прилади для розгляду віддалених об’єктів (зорові труби, біноклі, телескопи).

Лупа — короткофокусна збиральна лінза (фокусна відстань 10-100 мм), яку використовують для розгляду дрібних предметів (мал. 2.82). Як правило, лупу розміщують поближче до ока, а предмет між лінзою і її головним фокусом — поблизу останнього (мал. 2.83).

Мал. 2.82

Мал. 2.83

Збільшення лупи визначають за формулою:

де d0 — відстань найкращого зору (d = 25 см); F — фокусна відстань лінзи.

Приклад. Визначимо збільшення лупи при фокусній відстані 0,25 мм.

Згідно з попередньою формулою:

З формули

випливає, що за допомогою лупи можна отримати досить велике збільшення. Для цього здавалося б потрібно лише зменшити фокусну відстань лупи. А використовувати лінзи з малою фокусною відстанню, а отже, і з малим діаметром, складно. Тому лупи зі збільшенням у понад 40 разів практично не використовують.

Для отримання більших збільшень використовують оптичний мікроскоп (мал. 2.84). Оптична система мікроскопа складається з двох основних частин: об’єктива і окуляра. Оптична система мікроскопа побудована так, що через окуляр розглядається не сам предмет, а його дійсне, збільшене зображення, яке отримане за допомогою об’єктива.

Мал. 2.84

Невеликий предмет В розміщують перед об’єктивом (короткофокусною збиральною лінзою) на відстані d (F < d < 2F), поблизу головного фокуса об’єктива F1 (мал. 2.85). За допомогою об’єктива отримують дійсне, обернене, збільшене зображення В'. Це зображення слугує предметом для окуляра. Зображення В' розміщене між окуляром і його головним фокусом F2, поблизу останнього. Через окуляр зображення В' розглядається як через лупу. Утворене зображення В" є уявним, оберненим відносно предмета В і збільшеним.

Мал. 2.85

Збільшення мікроскопа обчислюють за формулою: k = kоб · kок, де kоб — збільшення об’єктива; kок — збільшення окуляра. Оптичний мікроскоп дає збільшення у 3000 разів.

У бінокулярному мікроскопі (мал. 2.86) використовують стереоскопічний ефект, що дає змогу сприймати зображення об’ємно.

Мал. 2.86

Зорова труба — оптичний прилад, призначений для розгляду віддалених предметів (мал. 2.87).

Мал. 2.87

Складається зорова труба з об’єктива і окуляра. Об’єктив і окуляр є складними оптичними системами, але для спрощення вважатимемо їх тонкими лінзами. Об’єктив зорової труби має бути збиральною системою, а окуляр може бути і збиральною, і розсіювальною системою.

Зорову трубу з розсіювальним окуляром називають трубою Галілея, а зорову трубу із збиральним окуляром — трубою Кеплера.

Зорова труба збільшує розміри зображення віддаленого предмета на сітківці ока, діючи так, ніби предмет «наблизився» до ока. Таким чином, зорова труба збільшує кут зору.

Труба Галілея, яку використовують у театральному біноклі, утворює пряме зображення.

Труба Кеплера дає обернене зображення, а тому, якщо її використовують у наземних спостереженнях, то потрібно використовувати ще оборотні призми. Прикладом такого застосування є польовий бінокль (мал. 2.88). Перевагою труби Кеплера перед трубою Галілея є те, що в ній є дійсне проміжне зображення, у площині якого можна розмістити вимірювальну шкалу.

Мал. 2.88

Телескопи. Уперше зорову трубу в астрономічних дослідженнях використав Галілео Галілей у 1610 р. Телескоп Галілея мав збільшення у 32 рази.

Телескопи, сконструйовані за типом зорової труби Кеплера, називають рефракторами.

У телескопі-рефракторі (мал. 2.89) світлові промені від небесного тіла потрапляють в об’єктив. Відстань від Землі до світила є досить великою порівняно з фокусною відстанню лінзи, що зображення світила отримується у головному фокусі лінзи об’єктива. Зображення світила буде дійсним, оберненим, зменшеним. Це зображення розглядається в окуляр як через лупу.

Мал. 2.89

Поряд з телескопами-рефракторами використовують дзеркальні телескопи — рефлектори.

На сферичне дзеркало телескопа-рефлектора (мал. 2.90) падають світлові промені від небесного тіла. Відстань від Землі до світила є досить великою порівняно з фокусною відстанню дзеркала, що зображення світила отримується в головному фокусі дзеркала. Зображення світила буде дійсним, оберненим і зменшеним. Для того щоб зручно було розглядати це зображення, поблизу головного фокуса дзеркала розміщують невелике плоске дзеркало, яке повертає світлові промені. Зображення, яке утворює сферичне дзеркало, розглядається в окуляр як через лупу.

Мал. 2.90

Найбільшим телескопом-рефлектором в Україні є дзеркальний телескоп імені Г. А. Шайна (мал. 2.91). Він розміщений у Кримській астрофізичній обсерваторії, діаметр його дзеркала становить 2,64 м. На момент створення телескопа (1960) він був найбільший у Європі і третій у світі.

Мал. 2.91

У 1990 р. на навколоземну орбіту було виведено американський оптичний телескоп Габбл. Дані, які збирає телескоп, спочатку накопичуються на його борту, а потім передаються на Землю.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

• 1. Хто вивчав закони геометричної оптики?
• 2. Сформулюйте основні закони геометричної оптики.
• 3. Розкажіть, як потрібно будувати зображення за допомогою лінз і дзеркал.
• 4. Які оптичні прилади ви знаєте і де їх використовують?

РОЗВ’ЯЗУЄМО РАЗОМ

1. Світловий промінь з повітря падає на скляну  пластинку так, що заломлений і відбитий промені взаємно перпендикулярні. Визначити кут падіння (мал. 2.92)

Розв’язання

2. На відстані 15 см від двоопуклої лінзи, оптична сила якої 10 дптр, поставлено перпендикулярно до оптичної осі предмет заввишки 2 см. Визначте положення та висоту зображення. Побудуйте хід променів, предмета і зображення.

Розв’язання

Розв'язати задачі:

1. Промінь світла переходить з повітря у скло. Кут заломлення дорівнює 27°. Який кут падіння променя? Показник заломлення скла — 1,7.

2.Кут падіння променя з повітря на поверхню води складає 60°, а кут заломлення — 40°. Який показник заломлення води? Який кут падіння променя, якщо кут заломлення дорівнює 45°?