№11 зертханалық жұмыс. Жұқа линзаның фокустық қашықтығын және оптикалық күшін анықтау
Жұмыста жинағыш линзаның көмегімен экранда алыстағы терезенің және жарық шамның анық кескінін алып, сызғышпен заттан линзаға дейінгі d қашықтықты және линзадан кескінге дейінгі f қашықтықты өлшейді. Жұқа линза формуласы бойынша фокустық қашықтықты F, содан кейін линзаның оптикалық күшін D диоптриямен есептейді.
Жұмыстың мақсаты. Жұқа жинағыш линзаның фокустық қашықтығын және оптикалық күшін анықтау.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 8.5.1.14жұқа линзаның фокустық қашықтығын және оптикалық күшін анықтау
- 8.1.3.3физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау
Құрал-жабдықтар
- тұғырдағы жинағыш линза
- экран
- ток көзі мен кілті бар тұғырдағы шам (немесе шырақ)
- өлшеуіш таспа немесе метрлік сызғыш
- оптикалық орындық (бар болса)
Жұмыс барысы
- 1
Линзаны алыстағы терезеге немесе терезе сыртындағы ағашқа бағыттап, экранды жылжыта отырып, анық кішірейтілген кескін ал. Линзадан экранға дейінгі қашықтықты өлше — бұл F-тің жуық мәні.
- 2
Шамды, линзаны және экранды олардың центрлері бір биіктікте болатындай етіп бір түзудің бойына қой.
- 3
Шамды линзадан қос фокустық қашықтықтан алыс орналастырып, экранды анық кескін шыққанша жылжыт және d мен f өлше.
- 4
Кескінді сипатта: үлкейтілген бе, кішірейтілген бе, тура ма, төңкерілген бе.
- 5
Тәжірибені шамды F пен 2F аралығына қойып, содан кейін тағы бір d қашықтықта қайтала.
- 6
Шамды фокустық қашықтықтан жақынырақ жылжытып, экранда кескін шықпайтынына көз жеткіз.
- 7
Әр тәжірибе үшін F мәнін есептеп, орташа мәнін және оптикалық күшті D тап.
- 8
Орташа F мәнін алыстағы тереземен жасалған тәжірибенің нәтижесімен салыстыр.
Қысқаша теория
Жұқа жинағыш линза — ортасы шеттерінен қалың, әдетте шыныдан жасалған мөлдір дене. Линзаның сфералық беттерінің центрлері арқылы өтетін түзу — бас оптикалық ось. Бас оптикалық оське параллель сәулелер жинағыш линзадан өткен соң бір нүктеде — бас фокуста F қиылысады. Линзаның оптикалық центрінен фокусқа дейінгі қашықтықты фокустық қашықтық (фокус аралығы) деп атайды және оны да F әрпімен белгілейді; ХБЖ-да ол метрмен өлшенеді.
Линзаның оптикалық күші D — фокустық қашықтыққа кері шама: D = 1 / F. Оптикалық күштің өлшем бірлігі — диоптрия (дптр): 1 дптр — фокустық қашықтығы 1 м линзаның оптикалық күші. Жинағыш линзада D > 0, шашыратқыш линзада D < 0. Фокустық қашықтық неғұрлым қысқа болса, линза сәулелерді соғұрлым күшті сындырады.
Заттан линзаға дейінгі қашықтық d, линзадан кескінге дейінгі қашықтық f және фокустық қашықтық F жұқа линза формуласымен байланысқан: 1/F = 1/d + 1/f (жинағыш линзадағы шын кескін үшін). Осыдан F = d·f / (d + f). Зат өте алыста болса, одан келетін сәулелер параллельге жуық, сондықтан кескін іс жүзінде фокуста шығады: f ≈ F. Экранда шын кескін тек d > F болғанда алынады: d > 2F кезінде ол кішірейтілген, F < d < 2F кезінде үлкейтілген; екі жағдайда да төңкерілген. d < F болғанда кескін жалған, оны экранда алу мүмкін емес.
Виртуалды тәжірибе
«Жұқа линза: кескін салу» симуляциясында затты линзаға қатысты жылжытып, 3–4 орны үшін d және f қашықтықтарын жаз. Жұқа линза формуласы бойынша F мен D есепте. Зат линзадан алыс, жақынырақ және өте жақын тұрғанда кескін қандай болатынына назар аудар.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Оптикалық үстел: лазер, линзалар, айналар, призма
Өлшеу кестесі
№11 зертханалық жұмыс · Физика, 8 сынып. Жұқа линзаның фокустық қашықтығын және оптикалық күшін анықтау
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | d, м | f, м | F, м | D, дптр | Кескін |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 |
Есептеу және қорытынды
Фокустық қашықтық: F = d·f / (d + f); оптикалық күш: D = 1 / F, мұндағы F — метрмен.
Мысалы, d = 0,30 м, f = 0,15 м болсын. Онда F = 0,30 · 0,15 / (0,30 + 0,15) = 0,045 / 0,45 = 0,10 м, D = 1 / 0,10 = 10 дптр.
F-тің орташа мәні барлық тәжірибе бойынша табылады, ал D сол орташа мән арқылы есептеледі.
Өлшеу қателігі: анық кескіннің орны шамамен 0,5–1 см дәлдікпен анықталады. f = 15 см болғанда бұл бірнеше пайыз, сондықтан жеке тәжірибелердің нәтижелері сәл ерекшеленуі мүмкін.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында жинағыш линзаның фокустық қашықтығын F = … м және оның оптикалық күшін D = … дптр анықтадым. Алыстағы терезе тәсілі F ≈ … м берді, бұл жұқа линза формуласы бойынша алынған нәтижемен … . d > 2F кезінде кескін … , F < d < 2F кезінде … , d < F кезінде … .
Бақылау сұрақтары
Линзаның фокустық қашықтығы деп нені атайды?
Жауабын көру
Линзаның оптикалық центрінен бас фокусқа — бас оптикалық оське параллель сәулелер жиналатын нүктеге — дейінгі қашықтықты.
Линзаның оптикалық күші деген не және ол немен өлшенеді?
Жауабын көру
Фокустық қашықтыққа кері шама: D = 1 / F. Ол диоптриямен өлшенеді; 1 дптр = 1 / 1 м.
Неге алыстағы терезенің кескіні фокусқа жуық жерде шығады?
Жауабын көру
Алыстағы заттан келетін сәулелер линзаға параллельге жуық түседі және одан кейін фокусқа жуық жерде жиналады, сондықтан f ≈ F.
Зат F пен 2F аралығында тұрса, кескін қандай болады?
Жауабын көру
Шын, төңкерілген және үлкейтілген; ол линзаның екінші жағында қос фокустық қашықтықтан әрі қарай шығады.
Неге d < F болғанда экранда кескін алуға болмайды?
Жауабын көру
Линзадан кейін сәулелер тарап кетеді де, қиылыспайды. Кескін жалған болады — оны линза арқылы қарағанда көруге болады, бірақ экранда ол шықпайды.
Қауіпсіздік техникасы
- Линза арқылы Күнге қарама және күн сәулесін қағазға, киімге немесе теріге фокустама: күйіп қалуға және затты өртеп алуға болады.
- Жұмыс кезінде шам қызады — оның колбасын ұстама; шырақпен жұмыс істегенде жанында тек қажетті заттарды ұста және жалынға еңкейме.
- Линзаны жиегінен немесе тұғырынан ұста, түсіріп алма; линза сынса, сынықтарын қолмен жинама, мұғалімге айт.
- Шамды ток көзіне тек кілт ажыратулы кезде жалға.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Жұмысты линза мен экрансыз орындауға бола ма?
- Иә, «Жұқа линза: кескін салу» симуляциясында виртуалды зертханалық жұмыс жүргізуге болады. Нәтижені журналға мұғалімнің талабы бойынша жаз.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Фокустық қашықтықты метрмен және оптикалық күшті диоптриямен жаз, екі тәсілдің нәтижелерін салыстыр және әр түрлі d қашықтықтарда кескін қандай болғанын сипатта.
- Көзілдіріктегі «+2 дптр» жазуы нені білдіреді?
- Көзілдірік әйнектері — оптикалық күші 2 дптр жинағыш линзалар, олардың фокустық қашықтығы F = 1 / 2 = 0,5 м.