Конспект по физике для 9 класса «Оптические приборы». Устройство и принцип действия лупы, оптического микроскопа, оптического телескопа, линзы фотоаппарата.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Оптические приборы
Оптическими приборами называют устройства, предназначенные для получения изображений различных объектов. Существуют разнообразные оптические приборы, которые вооружают глаз. Одни из них позволяют различать удалённые предметы (бинокль, телескоп), другие — мелкие предметы (лупа, микроскоп). К оптическим приборам также относятся технические устройства, позволяющие получать изображения на экранах, светочувствительных пластинках, фотоплёнках и т. д., установленных в плоскости изображения. К подобным приборам относятся, например, фотоаппарат и проекционный аппарат.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛУПЫ
Рассмотрим простейший оптический прибор — лупу, представляющую собой собирающую линзу с малым фокусным расстоянием (около 10 см). С помощью лупы можно увеличить изображение от 2 до 25 раз. При работе лупу берут за ручку и приближают достаточно близко к глазу, а рассматриваемый предмет помещают на такое расстояние, при котором его изображение становится более чётким.
Лупа может быть использована в промышленности, так и в быту, в различных областях человеческой деятельности: биологии, медицине и т.д. Например, настольные лупы используют часовщики, ювелиры, исследователи и преподаватели, а также некоторые врачи.
Как получается изображение предмета с помощью лупы? Расстояние от лупы до рассматриваемого предмета должно быть чуть меньше фокусного. Тогда изображение этого предмета является мнимым, прямым и увеличенным.
Изучим ход лучей при рассматривании небольшого предмета через лупу. Обозначим: F и F’ — фокусы линзы, точка О — оптический центр глаза. Мнимое изображение точки S предмета I, полученное после прохождения исходящих из неё лучей через лупу, обозначим через S’. Получившееся изображение обозначим через l’. При этом лучи, исходящие из точки S, преломляются сначала в лупе, затем в преломляющих средах глаза и собираются в точке S» на сетчатке. В той же точке S» собрались бы лучи, если бы лупы не было, а сам источник находился бы в точке S’ и имел размер такой, как предмет l’.
Лучи, изображённые пунктиром, в действительности не существуют, так как мнимое изображение, полученное при их помощи, не испускает и не отражает световые лучи. Ощущение того, что мы видим предмет l’, возникает потому, что глаз автоматически восстанавливает ход попавших в него лучей, а лучи после преломления в лупе падают на глаз так, как если бы этот предмет был реальным предметом.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОПТИЧЕСКОГО МИКРОСКОПА
Часто увеличение лупы оказывается недостаточным. Для получения большого увеличения малых объектов используют систему из двух или более линз. Такие системы линз применяются в приборах, называемых оптическими микроскопами.
Оптическая система микроскопа состоит из двух частей: объектива (обращённого к объекту) и окуляра (обращённого к глазу). Небольшие линзы объектива приближают к образцу. Объектив даёт действительное, перевёрнутое, увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы.
Небольшой предмет S1S2 располагается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива F1. После прохождения световых лучей через объектив получается его действительное изображение S1’S2’, которое находится между окуляром 2 и его передним фокусом F2. Это изображение рассматривается глазом через окуляр как через лупу, на сетчатке глаза образуется изображение S1«S2«, которое воспринимается глазом как исходящее от мнимого, увеличенного изображения S1”S2”.
Имя первого изобретателя микроскопа неизвестно. Считается, что в конце XVI в. в Нидерландах потомственные оптики Захарий и Ханс Янсены смонтировали две выпуклые линзы внутри одной трубки, т. е. фактически создали первый микроскоп. В 1609 г. Г. Галилей разработал составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами. Считается, что первым, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов, является Антони ван Левенгук (1632—1723). Его микроскопы представляли собой небольшие изделия с одной сильной линзой.
Увеличение микроскопа значительно больше увеличения, даваемого объективом или окуляром. Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и увеличения окуляра. Поэтому нередко применяют микроскопы с увеличением около 1000 раз и даже больше.
Микроскопы — незаменимое оптическое оборудование для таких областей человеческой деятельности, как медицина, биология, электроника и геология. С их помощью проводятся исследования, на результатах которых основываются научные открытия, определяется диагноз и разрабатываются новые лекарственные препараты.
ТЕЛЕСКОПЫ
Телескопы, или зрительные трубы, предназначены для наблюдения удалённых объектов. Как и микроскоп, они состоят из двух линз — обращённой к предмету собирающей линзы с большим фокусным расстоянием (объектив) и линзы с малым фокусным расстоянием (окуляр), обращённой к наблюдателю. В зрительных трубах объектив и окуляр располагаются так, что задний фокус объектива F,’ почти совпадает с передним фокусом окуляра F2. Объектив даёт действительное, уменьшенное, перевёрнутое изображение бесконечно удалённого предмета, которое рассматривается в окуляр, как в лупу. Объектив зрительной трубы должен быть всегда собирающей линзой. Окуляр может быть как собирающей, так и рассеивающей линзой. В зависимости от типа окуляра различают зрительную трубу Кеплера и зрительную трубу Галилея.
Современные телескопы представляют собой большие и сложные сооружения со множеством различных частей и механизмов. Большую роль в усовершенствовании телескопов сыграли успехи в производстве оптического стекла, возросшее искусство шлифовки и полировки оптических поверхностей, общее развитие техники, а также различные открытия учёных-оптиков. Была изобретена фотография, которая значительно расширила возможности астрономических исследований и внесла большие изменения в конструкцию телескопов.
ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА КЕПЛЕРА
Зрительную трубу с собирающим окуляром называют трубой Кеплера. Она предназначена для астрономических наблюдений. Труба Кеплера даёт действительные, увеличенные, перевёрнутые изображения удалённых предметов и поэтому неудобна для земных наблюдений.
ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА ГАЛИЛЕЯ
Зрительную трубу с рассеивающим окуляром называют трубой Галилея. Она даёт увеличенные, прямые изображения и предназначена для земных наблюдений.
ФОТОАППАРАТ
Линзы являются главной частью ещё одного прибора — фотоаппарата, который позволяет получать изображения различных объектов на светочувствительной фотоплёнке или пластинке (в цифровых фотоаппаратах). В процессе фотографирования (от греч. photys — свет и graphe — письмо) линза проецирует изображение объекта съёмки на поверхность, покрытую светочувствительным слоем. Это изображение должно быть уменьшенным и действительным, так как мнимое изображение не может воздействовать на светочувствительный состав. Такое изображение даёт собирающая линза, если предмет находится за двойным фокусом линзы.
С момента создания первого фотоаппарата основная схема его работы почти не изменилась. В настоящее время широкое распространение получили цифровые фотоаппараты. Они почти полностью заменили плёночные фотоаппараты, использовавшиеся повсеместно вплоть до 90-х гг. XX в.
Первый фотоснимок сделал в 1826 г. французский инженер Жозеф Нисефор Ньепс, открывший способ сохранения полученного изображения путём обработки попадающего на поверхность из стекла света асфальтовым лаком. В 1835 г. английский физик Уильям Тальбот, изучая возможности камеры Ньепса, смог добиться улучшения качества фотоизображений с помощью изобретённого им отпечатка фотографии — негатива. В 1889 г. в истории фотографии появляется имя Джорджа Истмана Кодака, который запатентовал первую фотоплёнку в виде рулона, а потом и фотокамеру «Кодак», сконструированную специально для фотоплёнки. В 1904 г. братья Люмьер начали выпускать пластины для цветного фото, которые стали основоположниками будущего цветной фотографии. В 1988 г. компания «Fujifilm» официально выпустила в продажу первый цифровой фотоаппарат.
Первые попытки получить движущееся изображение были предприняты во второй половине XIX в. Первые кинокамеры имели множество объективов и затворов для ускоренной съёмки. Полученные отпечатки помещались в просмотровое устройство, где они прокручивались, создавая иллюзию движения. Сегодня существует аппаратура, которую называют киносъёмочной и кинопроекционной. Современное кино снимают со скоростью 24 кадра в секунду. Эта скорость является достаточной для создания ощущения непрерывного движения.
Основной частью фотоаппарата является объектив — линза или система линз. Он помещается в передней части светонепроницаемой камеры. Объектив можно плавно перемещать относительно плёнки для получения на ней чёткого изображения предмета. Во время фотографирования объектив открывают при помощи специального затвора, и изображение попадает на светочувствительную плёнку.
Корпус современного цифрового фотоаппарата — это светонепроницаемая коробка, внутри которой расположена чувствительная к свету матрица фотоаппарата. Кроме неё, в корпус вмонтирована вся управляющая электроника, глазок видоискателя и другие элементы. На корпусе установлен объектив, представляющий собой конструкцию с набором линз. Основным препятствием для света на пути к матрице является затвор — сложное техническое устройство, при срабатывании которого световой поток попадает на матрицу.
Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Оптические приборы».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).