19. Геометрична оптика. Лінзи
Матеріал
Урок №19. Геометрична оптика. Лінзи
Мета уроку: розширити знання учнів про лінзи та фізичні величини, які характеризують лінзи; дізнатися правила побудови зображення в лінзах; формувати знання щодо характеристик отриманих зображень; розглянути формулу тонкої лінзи та її застосування для розв’язування задач геометричної оптики.
Очікувані результати для учнівства:
Очікувані результати для вчителя:
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- 4. Якісна освіта
- 9. Інновації та інфраструктура
Ключові слова: лінза, головна оптична вісь, оптичний центр лінзи, опукла лінза, увігнута лінза, збиральна лінза, розсіювальна лінза, головний фокус лінзи, подвійний фокус, фокусна відстань, оптична сила лінзи, дійсне зображення, уявне зображення.
План уроку:
- Мотиваційна частина
- Теоретичний блок
- Попрактикуймо самостійно
- Рефлексія
Рис. 1. Фото людини
Джерело:https://freepik.com/premium-photo/blurred-image-young-girl-sunset-sky-background_28293093.htm
Чому під час фотографування ми інколи отримуємо розмиті фото?
Дружня порада вчителю
Тривалість до 3 хв.
Це питання можна обіграти навіть у класі, навмисно зробивши розмите фото.
І з цього почати проблемне питання (розмите фото можна отримати, рухаючи телефон під час фотографування).
Посилання на відео:
Відео
Відео
Відео
Відео
Відео
Дружня порада вчителю
Тривалість до 30 хв.
Ця тема є непростою, здобувачам освіти потрібно буде згадати великі обсяги матеріалу, який включає в себе теорію, формули та особливості побудови зображень у лінзах.
В уроці не відділяється окремо блок теорії та блок життєвих ситуацій (розв’язування завдань). Висвітлення теорії чергується з завданнями, які учням потрібно виконати під наглядом учителя. Важливо познайомити учнів із двома видами лінз та особливостями побудови зображень у цих лінзах. Запропоновані завдання допоможуть також перевірити вміння розв’язувати задачі.
Лінза – прозоре тіло, обмежене з двох боків сферичними поверхнями. За формою лінзи поділяють на опуклі й увігнуті.
Рис. 2. Лінза
Джерело: https://www.miyklas.com.ua/p/fzika/9-klas/svitlovi-iavishcha-347335/linzi-334615/re-a319aaee-6b7c-4310-aca5-ab34705891a3
Тонка лінза – це лінза, товщина якої на багато разів менша від радіусів сферичних поверхонь, що її обмежують.
Рис. 3. Види лінз
Джерело: https://www.miyklas.com.ua/p/fzika/9-klas/svitlovi-iavishcha-347335/linzi-334615/re-a319aaee-6b7c-4310-aca5-ab34705891a3
Опукла лінза — лінза, товщина якої посередині більша, ніж біля країв (двоопукла, плоско-опукла, увігнуто-опукла) (рис. 3, а).
Увігнута лінза — лінза, товщина якої посередині менша, ніж біля країв (двоввігнута, плоско-ввігнута, опукло-ввігнута) (рис. 3, б).
Лінзи також поділяють на збиральні та розсіювальні.
Збиральна лінза — це лінза, що перетворює паралельний пучок променів на збіжний.
Рис. 4. Хід променя в лінзах
Джерело: https://www.miyklas.com.ua/p/fzika/9-klas/svitlovi-iavishcha-347335/linzi-334615/re-a319aaee-6b7c-4310-aca5-ab34705891a3
Розсіювальна лінза — це лінза, що перетворює паралельний пучок променів на розбіжний.
Познайоммося з характеристиками лінзи на прикладі збиральної лінзи.
Рис. 5. Характеристики лінзи
Головна оптична вісь – лінія, що перпендикулярна до лінзи й проходить через її центр.
Оптичний центр лінзи – точка, у якій перетинається головна оптична вісь і лінза. При проходженні через цю точку світловий промінь не змінює свій напрямок.
Фокус – точка, у якій перетинаються світлові промені після проходження лінзи.
Фокусна відстань лінзи – це відстань від оптичного центра лінзи до фокуса.
Оптична сила лінзи – це фізична величина, яка характеризує заломлювальні властивості лінзи та є оберненою до її фокусної відстані.
Одиниця оптичної сили – діоптрія.
Подумайте, де вам могло траплятися слово “діоптрія” в житті?
Лінза дозволяє отримати зображення будь-якого предмета, змінивши його розміри чи взагалі перевернувши його.
Розгляньмо побудову зображення в лінзі на прикладі збиральної лінзи.
Рис. 6. Побудова зображення в лінзі
- – промінь, що проходить через оптичний центр лінзи, – не заломлюється та не змінює свого напрямку;
- – промінь, паралельний головній оптичній осі лінзи, – після заломлення в лінзі йде через фокус F.
При цьому зображення може бути:
- збільшене або зменшене (порівняння розмірів предмета та зображення);
- пряме або обернене (стрілочки, спрямовані в одну сторону, – це пряме зображення, у різні – обернене);
- дійсне або уявне (якщо промені перетнулись, то зображення дійсне, якщо не перетнулись, то уявне).
Звернімо увагу ще на декілька нових елементів на малюнку:
- h – висота предмета;
- H – висота зображення;
- d – відстань від предмета до лінзи;
- f – відстань від зображення до лінзи.
Для знаходження цих величин не обов’язково робити побудову, можна також скористатися формулою тонкої лінзи:
Завдання 1. Виведіть із цієї формули літеру f та d.
Лінійне збільшення Г (гамма велика) лінзи – це відношення лінійного розміру Н зображення предмета до розміру h самого предмета.
Завдання 2. Подумайте, яка одиниця вимірювання Г?
Завдання 3. Побудуйте зображення в лінзі (рис. 7) та опишіть його (збільшене чи зменшене; пряме чи обернене; дійсне чи уявне).
Рис. 7
Знаючи, що фокусна відстань лінзи становить 2,3 см; відстань від предмета до лінзи – 5 см; висота предмета – 1,4 см, визначте висоту зображення, відстань від зображення до лінзи та збільшення лінзи.
Розгляньмо побудову зображення (рис. 8), якщо предмет знаходиться між фокусом та лінзою.
Рис. 8
Промені в дійсності не перетинаються, а перетинаються їхні подовження зліва.
Завдання 4. Опишіть отримане при цьому зображення.
Під час розв’язування задач та використання формули слід знати:
- відстань f (від лінзи до зображення) необхідно брати зі знаком» « – », якщо зображення є уявним, і зі знаком « + », якщо зображення є дійсним.
Завдання 5. Знаючи, що фокусна відстань лінзи – 2,3 см; відстань від предмета до лінзи – 5 см; висота предмета – 1,4 см, визначте висоту зображення, відстань від зображення до лінзи та збільшення лінзи.
Розгляньмо побудову зображення в розсіювальній лінзі (рис. 9), якщо предмет знаходиться за 2F.
Рис. 9
Під час розв’язування задач та використанні формули слід знати:
- фокусна відстань F збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної – від’ємною;
- промені в дійсності не перетинаються.
Завдання 6. Опишіть отримане при цьому зображення.
Завдання 7. Побудуйте зображення в розсіювальній лінзі, якщо предмет знаходиться між фокусом та подвійним фокусом, й опишіть отримані зображення. Розміри предмета та значення фокусної відстані задайте будь-які.
Рівень А
- Відстань від предмета до розсіювальної лінзи становить 50 см, а від лінзи до зображення – 20 см. Визначте оптичну силу лінзи.
Рівень В
- Під час лабораторної роботи учень дістав чітке зображення запаленої свічки. Яка фокусна відстань й оптична сила лінзи, якщо відстань від свічки до лінзи становить 24 см, а відстань від лінзи до екрана – 12 см? Чому дорівнює збільшення лінзи?
Рівень С
- Відстань від уявного зображення предмета до збиральної лінзи – 0,4 м, оптична сила лінзи – 2 дптр. Визначте відстань від лінзи до предмета. Чому дорівнює збільшення лінзи?
Дружня порада вчителю
Тривалість до 9 хв.
Наведіть приклади пристроїв, у конструкцію яких входять лінзи.
Дружня порада вчителю
Тривалість до 3 хв.
Запитання про приклади застосування лінз навмисно запропоноване в кінці уроку. Фінал цього уроку має плавно переходити в початок наступного, де вже буде роз’яснено про використання лінз в житті.
Урок №19. Геометрична оптика. Лінзи
Мета уроку: розширити знання учнів про лінзи та фізичні величини, які їх характеризують; дізнатися правила побудови зображення в лінзах; формувати знання щодо характеристик отриманих зображень; розглянути формулу тонкої лінзи та її застосування для розв’язування задач геометричної оптики.
Очікувані результати для учнівства:
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- 4. Якісна освіта
- 9. Інновації та інфраструктура
Ключові слова: лінза, головна оптична вісь, оптичний центр лінзи, опукла лінза, увігнута лінза, збиральна лінза, розсіювальна лінза, головний фокус лінзи, подвійний фокус, фокусна відстань, оптична сила лінзи, дійсне зображення, уявне зображення.
План уроку:
- Мотиваційна частина
- Теоретичний блок
- Попрактикуймо самостійно
- Рефлексія
Рис. 1. Фото людини
Джерело:https://freepik.com/premium-photo/blurred-image-young-girl-sunset-sky-background_28293093.htm
Чому під час фотографування ми інколи отримуємо розмиті фото?
Посилання на відео:
Відео
Відео
Відео
Відео
Відео
Лінза – прозоре тіло, обмежене з двох боків сферичними поверхнями. За формою лінзи поділяють на опуклі й увігнуті.
Рис. 2. Лінза
Джерело: https://www.miyklas.com.ua/p/fzika/9-klas/svitlovi-iavishcha-347335/linzi-334615/re-a319aaee-6b7c-4310-aca5-ab34705891a3
Тонка лінза – це лінза, товщина якої в багато разів менша від радіусів сферичних поверхонь, що її обмежують.
Рис. 3. Види лінз
Джерело: https://www.miyklas.com.ua/p/fzika/9-klas/svitlovi-iavishcha-347335/linzi-334615/re-a319aaee-6b7c-4310-aca5-ab34705891a3
Опукла лінза — лінза, товщина якої посередині більша, ніж біля країв (двоопукла, плоско-опукла, увігнуто-опукла) (рис. 3, а).
Увігнута лінза — лінза, товщина якої посередині менша, ніж біля країв (двоввігнута, плоско-ввігнута, опукло-ввігнута) (рис. 3, б).
Лінзи також поділяють на збиральні та розсіювальні.
Збиральна лінза — це лінза, що перетворює паралельний пучок променів на збіжний.
Рис. 4. Хід променя в лінзах.
Джерело: https://www.miyklas.com.ua/p/fzika/9-klas/svitlovi-iavishcha-347335/linzi-334615/re-a319aaee-6b7c-4310-aca5-ab34705891a3
Розсіювальна лінза — це лінза, що перетворює паралельний пучок променів на розбіжний.
Познайоммося з характеристиками лінзи на прикладі збиральної лінзи.
Рис. 5. Характеристики лінзи
Головна оптична вісь – лінія, що перпендикулярна до лінзи і проходить через її центр.
Оптичний центр лінзи – точка, у якій перетинається головна оптична вісь і лінза. При проходженні через цю точку світловий промінь не змінює свій напрямок.
Фокус – точка, у якій перетинаються світлові промені після проходження лінзи. Фокусна відстань лінзи – це відстань від оптичного центра лінзи до фокуса.
Оптична сила лінзи – це фізична величина, що характеризує заломлювальні властивості лінзи та є оберненою до її фокусної відстані.
Одиниця оптичної сили – діоптрія:
Подумайте, де вам могло траплятися слово “діоптрія” в житті?
Лінза дозволяє отримати зображення будь-якого предмета, змінивши його розміри чи взагалі перевернувши його.
Розгляньмо побудову зображення в лінзі на прикладі збиральної лінзи.
Рис. 6. Побудова зображення в лінзі
- – промінь, що проходить через оптичний центр лінзи, – не заломлюється та не змінює свого напрямку;
- – промінь, паралельний головній оптичній осі лінзи, – після заломлення в лінзі йде через фокус F.
При цьому зображення може бути:
- збільшене або зменшене (порівняння розмірів предмета та зображення)
- пряме або обернене (стрілочки, спрямовані в одну сторону, – це пряме зображення, у різні – обернене);
- дійсне або уявне (якщо промені перетнулись, то зображення дійсне, якщо не перетнулись, то уявне).
Звернімо увагу ще на декілька нових елементів на малюнку:
- h – висота предмета;
- H – висота зображення;
- d – відстань від предмета до лінзи;
- f – відстань від зображення до лінзи.
Для знаходження цих величин не обов’язково робити побудову, можна також скористатися формулою тонкої лінзи:
Завдання 1. Виведіть із цієї формули літеру f та d.
Лінійне збільшення Г (гамма велика) лінзи – це відношення лінійного розміру Н зображення предмета до розміру h самого предмета.
Завдання 2. Подумайте, яка одиниця вимірювання Г?
Завдання 3. Побудуйте зображення в лінзі (рис. 7) та опишіть його (збільшене чи зменшене; пряме чи обернене; дійсне чи уявне).
Рис. 7
Знаючи, що фокусна відстань лінзи становить 2,3 см; відстань від предмета до лінзи – 5 см; висота предмета – 1,4 см, визначте висоту зображення, відстань від зображення до лінзи та збільшення лінзи.
Розгляньмо побудову зображення (рис. 8), якщо предмет знаходиться між фокусом та лінзою.
Рис. 8
Промені в дійсності не перетинаються, а перетинаються їхні подовження зліва.
Завдання 4. Опишіть отримане при цьому зображення.
Під час розв’язування задач та використання формули слід знати:
- відстань f (від лінзи до зображення) необхідно брати зі знаком» « – », якщо зображення є уявним, і зі знаком « + », якщо зображення є дійсним.
Завдання 5. Знаючи, що фокусна відстань лінзи – 2,3 см; відстань від предмета до лінзи – 5 см; висота предмета – 1,4 см, визначте висоту зображення, відстань від зображення до лінзи та збільшення лінзи.
Розгляньмо побудову зображення в розсіювальній лінзі (рис. 9), якщо предмет знаходиться за 2F.
Рис. 9
Під час розв’язування задач та використанні формули слід знати:
- фокусна відстань F збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної – від’ємною;
- промені в дійсності не перетинаються.
Завдання 6. Опишіть отримане при цьому зображення.
Завдання 7. Побудуйте зображення в розсіювальній лінзі, якщо предмет знаходиться між фокусом та подвійним фокусом та опишіть отримані зображення. Розміри предмета та значення фокусної відстані задайте будь які.
Рівень А
- Відстань від предмета до розсіювальної лінзи становить 50 см, а від лінзи до зображення – 20 см. Визначте оптичну силу лінзи.
Рівень В
- Під час лабораторної роботи учень дістав чітке зображення запаленої свічки. Яка фокусна відстань й оптична сила лінзи, якщо відстань від свічки до лінзи становить 24 см, а відстань від лінзи до екрана – 12 см? Чому дорівнює збільшення лінзи?
Рівень С:
- Відстань від уявного зображення предмета до збиральної лінзи – 0,4 м, оптична сила лінзи – 2 дптр. Визначте відстань від лінзи до предмета. Чому дорівнює збільшення лінзи?
Наведіть приклади пристроїв, у конструкцію яких входять лінзи.
https://phet.colorado.edu/sims/html/geometric-optics/latest/geometric-optics_all.html?locale=uk
Ділись та обговорюй важливе