Знак за вистинска слика на објект е тоа. Слики дадени од објективот

Наједноставниот инструмент за визуелно набљудување е лупата. Лупа е конвергирана леќа со мала фокусна должина (Ф< 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет - в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом.

Каде ч- големината на објектот. При гледање на ист предмет со голо око, тој треба да биде поставен на растојание d 0 = 25 cm најдобрата визија нормално око. Објектот ќе биде видлив под агол

Следи дека зголемувањето на лупата е

Објектив со фокусна должина од 10 cm дава зголемување од 2,5 пати. Работата на лупата е илустрирана на сл. 13.

Ориз. 13. Дејството на лупата: а - предметот се гледа со голо око од растојание на најдобар вид d 0 = 25 cm; б - објектот се гледа преку лупа со фокусна должина F.

Еден од наједноставните оптички уреди е лупа - конвергирана леќа дизајнирана да гледа зголемени слики од мали предмети. Објективот се приближува до самото око, а предметот се поставува помеѓу леќата и главниот фокус. Окото ќе види виртуелна и зголемена слика на објектот. Најзгодно е да се испита предмет преку лупа со целосно опуштено око, сместено до бесконечност. За да го направите ова, предметот се поставува во главната фокусна рамнина на леќата, така што зраците што излегуваат од секоја точка на објектот формираат паралелни зраци зад леќата. Сликата покажува два такви греди кои доаѓаат од рабовите на објектот. Влегувајќи во окото сместено до бесконечност, зраците од паралелни зраци се фокусирани на мрежницата и даваат јасна слика на објектот овде.

Аголно зголемување

Окото е многу блиску до леќата, така што аголот на гледање може да се земе како агол од 2 β , формирани од зраци кои доаѓаат од рабовите на објектот преку оптичкиот центар на леќата. Ако немаше лупа, ќе требаше да го поставиме предметот на растојание од најдобар вид (25 см) од окото и аголот на гледање ќе биде 2 γ . Со оглед на правоаголни триаголницисо ногарки 25 см и Ф cm и означува половина од предметот З, можеме да напишеме:

,

Каде:
2β - агол на гледање, кога се гледа преку лупа;
2γ - агол на гледање, кога се набљудува со голо око;
Ф- растојание од објектот до лупата;
З- половина од должината на предметниот предмет.

Имајќи предвид дека малите детали обично се гледаат преку лупа (а со тоа и агли γ и β се мали), тангентите може да се заменат со агли. Така, ќе се добие следниот израз за зголемување на лупата:

Затоа, зголемувањето на лупата е пропорционално на, односно неговата оптичка моќност.

Микроскоп

Микроскоп се користи за да се добијат големи зголемувања при набљудување на мали објекти. Зголемена слика на објект во микроскоп се добива со помош на оптички систем кој се состои од две леќи со краток фокус - објект О1 и окулар О2 (сл. 14). Објективот ќе даде вистинска превртена зголемена слика на субјектот. Оваа средна слика се гледа со око преку окулар, чија работа е слична на онаа на лупата. Окуларот е поставен така што средната слика е во нејзината фокусна рамнина; во овој случај, зраците од секоја точка на објектот се шират по окуларот во паралелен зрак.

Ориз. 14. Патека на зраците во микроскоп.

Имагинарна сликаПредметот што се гледа преку окуларот е секогаш наопаку. Ако ова се покаже дека е незгодно (на пример, кога читате мали букви), можете да го свртите самиот предмет пред објективот. Затоа, аголното зголемување на микроскопот се смета за позитивна вредност.

Како што следува од сл. 14, агол на гледање φ објект гледан преку окулар во приближување со мал агол,

Приближно може да се стави г ≈ Ф 1 и ѓ ≈ л, каде л- растојанието помеѓу објективот и окуларот на микроскопот („должина на цевката“). Кога го гледате истиот предмет со голо око

Како резултат на тоа, формулата за аголното зголемување γ на микроскопот станува

Добар микроскоп може да се зголеми неколку стотици пати. При големи зголемувања почнуваат да се појавуваат феномени на дифракција.

Во реалните микроскопи, објективот и окуларот се сложени оптички системи, со што се елиминирани различни аберации.

Телескоп

Телескопите (спојници) се дизајнирани да набљудуваат далечни објекти. Тие се состојат од две леќи - конвергирана леќа со голема фокусна должина свртена кон објектот (цел) и леќа со кратко фокусно растојание (окулар) свртена кон набљудувачот. Опсегот на забележување се од два вида:

• Кеплеровиот телескопдизајниран за астрономски набљудувања. Дава зголемени превртени слики на далечни објекти и затоа е незгодно за копнени набљудувања.
• Опсегот на забележување на Галилео, наменет за копнени набљудувања, што дава зголемени директни слики. Окуларот во Галилејската цевка е дивергентна леќа.

На сл. 15 го покажува текот на зраците во астрономски телескоп. Се претпоставува дека окото на набљудувачот е сместено до бесконечност, така што зраците од секоја точка на далечниот објект излегуваат од окуларот во паралелен зрак. Овој тек на зраците се нарекува телескопски. Во астрономска цевка, телескопската патека на зраците се постигнува под услов растојанието помеѓу објективот и окуларот да биде еднакво на збирот на нивните фокусни должини л = Ф 1 + Ф 2 .

Опсегот за забележување (телескоп) обично се карактеризира со аголно зголемување γ . За разлика од микроскопот, објектите набљудувани преку телескоп секогаш се отстрануваат од набљудувачот. Ако некој далечен предмет е видлив со голо око под агол ψ , и кога се гледа преку телескоп под агол φ , тогаш аголното зголемување е односот

Аголно зголемување γ , како и линеарно зголемување Γ , можете да доделите знаци плус или минус во зависност од тоа дали сликата е исправена или превртена. Аголното зголемување на астрономската цевка Кеплер е негативно, додека на копнената цевка на Галилео е позитивно.

Аголно зголемување опфати за забележувањеизразено во однос на фокусните должини:

Ориз. 15. Патека на телескопски зрак.

Сферичните огледала не се користат како леќи во големите астрономски телескопи. Таквите телескопи се нарекуваат рефлектори. добро огледалополесно се прави, а огледалата, за разлика од леќите, немаат хроматска аберација.

Во Русија е изграден најголемиот телескоп во светот со дијаметар на огледалото од 6 m. Треба да се има на ум дека големите астрономски телескопи се дизајнирани не само да ги зголемат аголните растојанија помеѓу набљудуваните вселенски објекти, туку и да го зголемат протокот на светлина енергија од слабо светли објекти.

Дозволете ни да ја анализираме шемата и принципот на работа на некои широко распространети оптички уреди.

Камера

Ориз. 16

На местото на оваа слика се става фотографски филм или фотографска плоча (обложена со емулзија осетлива на светлина која содржи сребробромид), леќата се отвора некое време - филмот е изложен. На него се појавува скриена слика. Влегувајќи во специјален раствор - развивач, „изложените“ молекули на сребрен бромид се распаѓаат, бромот се занесува во растворот, а среброто се ослободува во форма на темна обвивка на осветлените делови на плочата или филмот; колку повеќе светлина погодува дадена област на филмот за време на експозицијата, толку ќе стане потемна. По развојот и миењето, сликата мора да се фиксира, за што се става во раствор - фиксатор, во кој неизложениот сребрен бромид се раствора и се оддалечува од негативата. Излегува слика на она што беше пред објективот, со преуредување на нијанси - светлите делови станаа темни и обратно (негативни).

За да се добие фотографија - позитивна - потребно е некое време да се осветли фотографска хартија обложена со истиот сребрен бромид низ негативот. По неговото манифестирање и консолидација, ќе се добие негатив од негативното, односно позитивно, во кое светлите и темните делови ќе одговараат на светлите и темните делови на објектот.

За да добиете висококвалитетна слика големо значењеима фокусирање - комбинирање на сликата и филмот или плочата. За да го направите ова, старите камери имаа подвижен заден ѕид, наместо фотосензитивна плоча, беше вметната плоча од матирано стакло; со поместување на вториот, се воспостави остра слика со око. Потоа стаклената плоча беше заменета со фотосензитивна и беа направени фотографии.

Во модерните фотоапарати за фокусирање, се користи леќа што може да се повлече, поврзан со пронаоѓач на опсег. Во овој случај, сите количини вклучени во формулата за објективот остануваат непроменети, растојанието помеѓу објективот и филмот се менува додека не се совпадне со f. За да се зголеми длабочината на полето - растојанијата долж главната оптичка оска на која објектите се остро прикажани - леќата е отворена, т.е. нејзината бленда е намалена. Но, ова ја намалува количината на светлина што влегува во апаратот и го зголемува потребното време на експозиција.

Осветлувањето на сликата за која леќата е извор на светлина е директно пропорционална на нејзината површина на отворот, која, пак, е пропорционална на квадратот на дијаметарот d2. Осветлувањето е исто така обратно пропорционално на квадратот на растојанието од изворот до сликата, во нашиот случај, речиси квадратот на фокусната должина F. Значи, осветлувањето е пропорционално на делот d2 / F2, што се нарекува сооднос на отворот на леќата. Квадратниот корен на односот на отворот се нарекува релативна бленда и обично се означува на леќата во форма на натпис: 1: F: d. Современите камери се опремени со голем број уреди кои ја олеснуваат работата на фотографот и ги прошируваат неговите можности (автоматско стартување, збир на леќи со различни фокусни должини, мерачи на експозиција, вклучително и автоматско, автоматско или полуавтоматско фокусирање итн.). Фотографијата во боја е широко распространета. Во процес на мастеринг - тродимензионална фотографија.

Око

човечко окоод оптичка гледна точка, тоа е истата камера (сл. 23). Истата (реална, намалена, превртена) слика се креира на заден ѕидочи - на фотосензитивни жолта дамка, во која се концентрирани посебни завршетоци оптички нерви- конуси и прачки. Нивната иритација со светлина се пренесува на нервите во мозокот и предизвикува чувство на вид. Окото има леќа - леќа, дијафрагма - зеница, дури и капак на леќата - очен капак. На многу начини, окото е супериорно во однос на денешните камери. Тој автоматски се фокусира - со мерење на заобленоста на леќата под дејство на очните мускули, односно со промена на фокусната должина. Автоматски дијафрагмен - со стегање на зеницата кога се движите од темна просторија во светла. Окото дава слика во боја, „се сеќава“ на визуелните слики. Во принцип, биолозите и лекарите дошле до заклучок дека окото е дел од мозокот кој е поставен на периферијата.

Видот со две очи ви овозможува да видите предмет со различни партиит.е. да се спроведе тридимензионална визија. Експериментално е докажано дека кога се гледа со едно око, сликата од 10 m изгледа рамна (во основата, растојанието помеѓу крајните точки на зеницата е еднакво на дијаметарот на зеницата). Гледајќи со две очи, гледаме рамна слика од 500 m (основата е растојанието помеѓу оптичките центри на леќите), односно со око можеме да ја одредиме големината на предметите, кои и колку поблиску или подалеку.

За да се зголеми оваа способност, неопходно е да се зголеми основата, тоа се прави во призматични двогледи и во различен виддалечина (сл. 17).

Ориз. 17

Но, како и сè на светот, дури и совршеното создавање на природата како окото не е без недостатоци. Прво, окото реагира само на видливата светлина (а во исто време, со помош на видот, перцепираме до 90% од сите информации). Второ, окото е подложно на многу болести, од кои најчеста е миопија - зраците се спојуваат поблиску до мрежницата (сл. 18) и хиперопија - остра слика зад мрежницата (сл. 19).

Во двата случаи, на мрежницата се создава неостра слика. Оптиката може да им помогне на овие заболувања. Во случај на миопија, потребно е да се изберат очила со вдлабнати леќи со соодветна оптичка моќност. Со далекувидноста, напротив, потребно е да му се помогне на окото да ги донесе зраците на мрежницата, очилата треба да бидат конвексни, а исто така и со соодветна оптичка моќ.

Сè што ќе биде опфатено во оваа лекција ќе биде покриено со примерот на тенка конвергирана леќа, бидејќи оваа леќа е најчеста.

Да се ​​потсетиме на главните точки и линии на леќата. Овие точки го вклучуваат оптичкиот центар, главната оптичка оска и фокусните точки на леќата.

Да се ​​свртиме кон сликата (сл. 1)

Ориз. 1. Главни точки на леќата

Дијаграмот покажува дека конвергирачката леќа се наоѓа нормално на главната оптичка оска. Пресекот на главната оптичка оска со леќата (точка ) е оптичкиот центар на леќата, два фокуса (), две точки со двоен фокус (). Во овој случај, сметаме леќа со еднаков фокус, кога десната и левата леќа имаат исти фокусни должини.

Во првиот случај, предметот ќе биде на растојание поголемо од двојниот фокус. Објектот е прикажан како стрелка.

Два зраци се доволни за да се изгради точка. Затоа, изберете ги зраците, чиј тек е познат.

Од точка на леќата, го насочуваме зракот паралелно со главната оптичка оска. Според својството на леќата, овој зрак ќе се прекрши и ќе помине низ фокусната точка. Вториот зрак ќе го насочиме од точка низ оптичкиот центар. Според својството на леќите, овој зрак ќе помине низ леќата без да доживее рефракција. На пресекот на два зраци, добиваме слика на точка (слика 2).

Ориз. 2. Шема за конструирање на слика на точка

Ајде да конструираме точка на ист начин. Од точка насочуваме зрак паралелен со главната оска кон леќата, овој зрак се прекршува и поминува низ фокусот. Зракот ќе помине од точката низ оптичкиот центар. На пресекот на овие зраци, добиваме точка (слика 3).

Ориз. 3. Шема за конструирање слика на објект

Поврзувајќи ги точките и ја добиваме сликата на објектот.

Треба да се напомене дека сликата е превртена, намалена и реална. Гледаме точка под оптичката оска, додека самиот објект има точка над оптичката оска.

Сликата е создадена од зраци кои поминале низ објективот, па таквата слика се нарекува реална.

Размислете за следната слика.

Објектот е помеѓу двојниот фокус и фокусот на леќата. Ајде да ги искористиме истите зраци за да ја добиеме сликата на точките. Со нивно поврзување добиваме слика на објектот (сл. 4).

Ориз. 4. Шема за конструирање слика кога објектот е помеѓу

Колку е поблиску до фокусирањето изворот на светлина или предметот, толку е поголема сликата на предметот. Сликата на субјектот остана превртена, се зголеми и остана валидна.

На следната слика ќе конструираме слика на објект кој паднал точно во фокусот или фокусната рамнина. Рамнината нормална на главната оптичка оска и која минува низ фокусот се нарекува фокусна или фокусна рамнина (сл. 5).

Ориз. 5. Шема за конструирање слика на објект во кој паднал

Забележете дека ако објектот се наоѓа во фокусната рамнина, тогаш нема да добиеме никаква слика. Гредите што ги насочуваме се паралелни едни со други и затоа нема да дадат слика. Во овој случај, ќе набљудуваме заматено поле низ леќата.

Размислете за случајот кога предметот се наоѓа помеѓу фокусот и леќата (сл. 6).

Ориз. 6. Шема за конструирање слика на објект што е поблиску

Ги земаме истите зраци. Од точка, зракот влегува во леќата, се прекршува, поминува низ фокусот. Зракот што минува од точка низ оптичкиот центар не се прекршува. Овие два зраци се дивергентни, што значи дека нема да се сечат. Но, нивните продолжувања ќе се вкрстат. Токму тие ќе ни дадат слика на точка - точка.

На ист начин, ќе изградиме точка. Еден зрак ќе помине низ фокусот, вториот зрак - низ оптичкиот центар, пресекот на продолжетоците ќе ја даде точката Б′.

Во овој случај, сликата ќе биде имагинарна, бидејќи е добиена не со помош на самите зраци, туку со помош на нивните екстензии. Сликата ќе биде исправена и зголемена.

Врз основа на ова својство на конвергирани леќи, се гради таков уред како лупа. Со помош на лупа се добиваат зголемени, имагинарни, директни слики. Лупа е леќа која е вметната во рамка и има голема закривеност. Таквата леќа има многу кратко фокусно растојание, поради што се нарекува кратко фокусно растојание. Како резултат на тоа, таквата леќа дава многу добро зголемувањекога ги разгледуваме малите предмети.

Треба да се напомене дека многу оптички инструменти, како што се микроскоп, телескоп, се состојат од голем број леќи. Тие вклучуваат дифузни леќи.

Со помош на леќи, не само што можете да собирате или распрснете светлосни зраци, туку, како што добро знаете, можете да добиете и разни слики од некој предмет. Со помош на конвергирана леќа, ќе се обидеме да добиеме слика на прозрачна сијалица или свеќа.

Размислете за техниките за градење слики. Само два зраци се доволни за да се изгради точка. Затоа, се избираат два такви греди, чиј тек е познат. Ова е зрак паралелен со оптичката оска на објективот, кој, минувајќи низ леќата, ќе ја пресече оптичката оска во фокусот. Вториот зрак поминува низ центарот на леќата и не ја менува својата насока.

Веќе знаете дека од двете страни на леќата на нејзината оптичка оска е фокусот на леќата F. Ако поставите свеќа помеѓу објективот и неговиот фокус, тогаш на истата страна од објективот каде што се наоѓа свеќата, ќе видете ја зголемената слика на свеќата, нејзината директна слика (Слика 157).

Ориз. 157. Директна слика на свеќа

Ако свеќата е поставена зад фокусот на објективот, тогаш нејзината слика ќе исчезне, но од другата страна на објективот, далеку од неа, ќе се појави нова слика. Оваа слика ќе биде зголемена и превртена во однос на свеќата.

Да го земеме растојанието од изворот на светлина до објективот поголемо од двојното фокусно растојание на леќата (сл. 158). Го означуваме со буквата d, d > 2F. Со поместување на екранот зад објективот, можеме да добиеме на него вистинска, намалена и превртена слика на изворот на светлина (објектот). Во однос на објективот, сликата ќе биде помеѓу фокусот и двојно поголема фокусна должина, т.е.

Ф< f < 2F.

Ориз. 158. Сликата што ја дава леќата кога растојанието од изворот на светлина е поголемо од двојниот фокус

Таква слика може да се добие со помош на камера.

Ако доближите предмет до објективот, тогаш неговата превртена слика ќе се оддалечи од објективот, а големината на сликата ќе се зголеми. Кога објектот е помеѓу точките F и 2F, т.е. F< d < 2F, его действительное, увеличенное и перевёрнутое изображение будет находиться за двойным фокусным расстоянием линзы (рис. 159)

Ориз. 159. Слика дадена од објектив кога објектот е помеѓу фокус и двоен фокус

Ако предметот е поставен помеѓу фокусот и леќата, т.е< F, то его изображение на экране не получится. Посмотрев на свечу через линзу, мы увидим имагинарен, директени зголемена слика(сл. 160). Тоа е помеѓу фокус и двоен фокус, т.е.

Ф< f < 2F.

Ориз. 160. Сликата што ја дава леќата кога објектот е помеѓу фокусот и леќата

Така, големината и локацијата на сликата на објектот во конвергирачка леќа зависат од положбата на објектот во однос на леќата.

Во зависност од тоа колку објектот е оддалечен од објективот, можете да добиете или зголемена слика (Ф< d < 2F), или уменьшенное (d >2F).

Размислете за конструкцијата на сликите добиени со дивергентна леќа.

Бидејќи зраците што минуваат низ него се разминуваат, дивергентната леќа не создава вистински слики.

Слика 161 ја прикажува конструкцијата на слика на објект во дивергирачка леќа.

Ориз. 161. Изградба на слика во дивергентна леќа

Дивергентната леќа дава намалена, имагинарна, директна слика, кој е на истата страна од објективот како и предметот. Не зависи од положбата на предметот во однос на леќата.

Прашања

1. Кое својство на леќите им овозможува широко користење во оптички уреди?
2. Како се менува сликата произведена од конвергирачка леќа?
3. Користејќи ги сликите 159 и 160, кажете ни како е изградена сликата на објектот и кои се својствата на оваа слика. Каде се наоѓа?
4. Користејќи ја Слика 158, кажете ни под кои услови леќата дава намалена, реална слика на објект,
5. Зошто важат сликите на предметите на сликите 158 и 159?
6. Наведете примери за употреба на леќи во оптички инструменти.
7. Зошто конкавната леќа не создава вистинска слика?
8. Користејќи ја Слика 161, кажете како сликата е изградена во дивергентна леќа. Како се случува тоа?

Вежба 49

Инструкции за вежба 49

За да научите како правилно да изградите слика на објект дадена со леќа и покомплексна оптички уреди, цртежот мора да се изведе во следната секвенца:

1. Нацртајте леќа и нацртајте ја нејзината оптичка оска.
2. Од двете страни на објективот, издвојте ги нејзините фокусни должини и двојните фокусни должини (на цртежот тие имаат произволна должина, но се исти на двете страни на објективот).
3. Наведете го предметот каде што е означен во задачата.
4. Нацртајте ја патеката на два зраци што произлегуваат од крајната точка на објектот.
5. Користејќи ја пресечната точка на зраците што поминале низ леќата (реална или имагинарна), нацртајте слика на објектот.
6. Извлечете заклучок: каква слика е примена и каде се наоѓа.