Источники света. Закон прямолинейного распространения света

ПЛАН УРОКА.

Тема: Лупа, оптические системы, проекционный аппарат, фотоаппарат, глаз как оптическая система, дефекты зрения, очки, бинокль, микроскоп.

Цель: Познавательная цель - сформировать у учащихся представление об источниках света; ознакомить учащихся с различными типами источников света; сформулировать закон прямолинейного распространения света, привести условия его применимости, сформулировать закон независимого распространения света. Развивающая цель - развить навыки репродуцирования, анализа, сравнения, формировать умение обобщать и систематизировать изученный материал. Практическая цель - научить учащихся решать качественные задачи.

Хронометраж урока:

организационный момент    - 3 мин объяснение нового материала       - 30 мин закрепление материала        - 10 мин домашнее задание                 - 2 мин

Ход урока:

Органом зрения человека является глаз, представляющий собой весьма совершенную оптическую систему. По своему строению глаз аналогичен фотоаппарату. Роль объектива играет совокупность преломляющих сред, состоящих из водянистой жидкости А, хрусталика В и стеклоподобного тела (глазного яблока) С (рис. 1). Хрусталик представляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества, показатель преломления которого примерно равен 1,4. Роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз, играет круглое отверстие — зрачок. Диаметр зрачка может изменяться. Форма хрусталика тоже может изменяться благодаря усилиям окружающих его мышц, в результате чего изменяется оптическая сила, что дает возможность фокусировать глаз на различные расстояния. Это свойство глаза называется аккомодацией. Границы расстояний, на которых возможна аккомодация, носят название дальней и ближней точек. Для нормального глаза дальняя точка, фиксируемая без напряжения, лежит в бесконечности, а ближняя - на расстоянии от 10 см до 22 см в зависимости от возраста человека. Изображение рассматриваемого глазом предмета получается на сетчатой оболочке Д. Воспринимается изображение светочувствительными элементами - палочками, которых на оболочках около 130 млн и колбочками (~ 7 млн.). Светочувствительные элементы являются окончаниями разветвлений светочувствительного нерва, которые выходят на поверхность сетчатки.

Оптическая система глаза может обладать недостатками, в результате проявления которых четкого изображения на сетчатке не получается. Если четкое изображение бесконечно отдаленной точки при расслабленной мышце хрусталика получается перед сетчаткой, глаз является близоруким, если же за сетчаткой — дальнозорким. Для ликвидации этих недостатков применяются очки. При близорукости глаза в очках используются рассеивающие линзы, а при дальнозоркости — собирающие. Приближая предмет к глазу, мы увеличиваем угол зрения, т.е. угол, составленный прямыми, проведенными из оптического центра к крайним точкам предмета. Это позволяет рассмотреть отдельные мелкие детали предметов. Но при максимально возможном приближении усиливается напряжение мышцы, деформирующей хрусталик. Глаз быстро утомляется. При нормальном зрении расстояние для чтения и письма составляет около 25 см (расстояние наилучшего зрения d₀).

Для рассмотрения очень маленьких предметов пользуются различными оптическими системами, которые позволяют значительно увеличить угол зрения.

Лупа представляет собой простую оптическую систему (одну или несколько линз) с небольшим фокусным расстоянием (10 - 1 см). Она предназначена для получения увеличенных изображений малых предметов. Лупа располагается перед глазом так, чтобы объект АВ (рис. 2) находился около ей фокальной плоскости, несколько ближе к лупе. В этом случае получается мнимое, прямое, увеличенное изображение предмета A₁B₁ на расстоянии наилучшего зрения d₀ . Увеличение лупы определяется формулой k= d₀ /F, где F— фокусное расстояние лупы.

Микроскоп позволяет получить большое увеличение при рассмотрении малых предметов. Он состоит из двух оптических систем - объектива и окуляра, которые располагаются на значительном расстоянии друг от друга. Оптическая схема микроскопа показана на рис. 3. Объект АВ располагается близко от главного фокуса объектива (Об), дающего увеличенное действительное изображение A₁B₁, которое рассматривают через окуляр (Ок), как через лупу, и получают мнимое увеличенное изображение А₂В₂ на расстоянии наилучшего зрения d₀ .

Увеличение, которое даёт микроскоп, может быть определено через увеличение объектива k₁ и окуляра k₂:

Если обозначить через Δ расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра, то увеличение микроскопа

Подзорная труба (телескоп) используется для рассмотрения деталей отдаленных объектов. Особенностью телескопических систем является то, что при аккомодации нормального глаза на бесконечность задний фокус объектива должен совпадать с передним фокусом окуляра. Объектив даёт перевёрнутое уменьшенное изображение A₁B₁ (рис. 4) отдаленного предмета, расположенное в задней фокальной плоскости и рассматриваемое в окуляр (Ок) как в лупу. Увеличение таких систем определяется отношением фокусных расстояний объектива и окуляра

Подзорные трубы бывают разных конструкций (от биноклей разных типов до астрономических телескопов). При разработке таких приборов прежде всего надо ликвидировать сферическую и хроматическую аберрации в линзах, используемых в качестве объектива и окуляра. В последнее время используют так называемые рефлекторы, т. е. телескопы с отражательным объективом. Первый отражательный телескоп (рис. 5) был построен Ньютоном в 1672 г. Существуют разные схемы рефлекторов, которые различаются друг от друга конструктивно.

Проекционный аппарат используется для получения увеличенных изображений на экране с негативов, позитивов, чертежей, текста и т.д. (рис. 6). Проекционный аппарат, предназначенный для проектирования непрозрачных объектов M_lN_l (рис. 7), называется эпископом. Часто используют эпископы, дающие возможность проецировать как прозрачные, так и непрозрачные объекты.

Фотоаппарат можно рассматривать как простейший проекционный аппарат, объектив которого дает действительное изображение предмета на плоскости, в которой находится светочувствительная пленка или пластинка.