TwiddleLab / Физика / Свет и зрение

Линзы создают изображения

Урок 5 из 10 · 7 мин · Бесплатно, без аккаунта

Что ты узнаешь

• Собирающая линза сводит параллельные лучи в фокусе F. Расстояние от линзы до F это фокусное расстояние f.
• Далёкий предмет даёт маленькое перевёрнутое действительное изображение (камера); между F и 2F большое действительное изображение (проектор); внутри F прямое увеличенное мнимое изображение (лупа).
• В ходе лучей используют два простых луча: параллельный, который потом идёт через F, и прямо через центр. Размер изображения ÷ размер предмета = v ÷ u.

Начать урок

Как идёт урок

1. Камера телефона, лупа и проектор используют линзы одного типа. Как так?

   Сначала: куда поставить экран, чтобы свеча на нём была чёткой?

2. Пропусти через линзу параллельный пучок.

3. Двигай свечу. Сделай камеру, проектор и лупу.

   Жёлтый пунктир это твоя догадка про экран.

4. Собирающие линзы.

   Собирающая линза толще в середине. Лучи, параллельные её оси, встречаются в фокусе F; фокусное расстояние f это расстояние от линзы до F.

   Действительное изображение получается там, где лучи правда встречаются: его можно поймать на экран. Оно перевёрнуто.

   Мнимое изображение находится там, откуда лучи только кажутся идущими: его видно через линзу. Лупа даёт такое, когда предмет внутри F.

   Для хода лучей нужно два луча: параллельный, который потом идёт через F, и прямо через центр. Упрощение: идеальная тонкая линза. Правило 1/f = 1/u + 1/v есть в практике.

5. Построй ход лучей самостоятельно.

   Два луча от кончика пламени. Где они пересекутся, там изображение.

6. Настрой проектор для стены в 3 м.

   Слайд стоит в 12 см за линзой. Выбери фокусное расстояние.

   Проектор ставит слайд чуть дальше F. Тогда лучи встречаются далеко: здесь 1/v = 1/11.54 - 1/12 даёт v = 300 см. Изображение в v ÷ u = 300 ÷ 12 = 25 раз больше и перевёрнуто, поэтому слайды вставляют вверх ногами.

7. Игра: сфокусируй камеру. Четыре объекта, на время.

   Размытый снимок стоит 3 секунды.

8. Математика: в ходе лучей спрятаны два подобных треугольника.

   Двигай свечу и сравнивай отношения. Какое всегда совпадает с отношением размеров?

   Центральный луч образует два треугольника с одинаковыми углами (вертикальные углы в центре линзы, прямые углы у оси). У подобных треугольников все стороны меняются в одно и то же число раз, поэтому высота изображения ÷ высота предмета = v ÷ u.

9. Где должна быть свеча, чтобы линза работала как лупа?

   Внутри F линза не может свести лучи; она только делает их расхождение меньше. Глаз продолжает их назад до точки за предметом, дальше и крупнее: мнимое прямое изображение.

10. Твоя камера делает снимки.

Предыдущий урок: Полное внутреннее отражение: свет в трубке · Следующий урок: Глаз и очки · Часть курса: Свет и зрение

Уроки интерактивные и работают на JavaScript. Включи его, чтобы играть.