Формування знань учнів з розділу "Оптика" (стр. 6 из 6)

Користуючись ідеальною збиральною лінзою, розглядаємо п'ять випадків положення предмета відносно лінзи та її фокусів:

1) за подвійною фокусною відстанню;

2) на подвійній фокусній відстані;

3) між фокусом і подвійним фокусом;

4) на фокусній відстані;

5) між фокусом і лінзою.

В останньому випадку лінза дійсного зображення не дає: розбіжні гомоцентричні пучки, заломившись на лінзі, лишаються розбіжними. І лише в сукупності з оком можна дістати уявне зображення.

Тепер можна розповісти учням, що положення і розмір зображення відносно лінзи можна розрахувати також аналітично за допомогою формули лінзи. Є два варіанти пояснення цього питання. Перший раціонально застосувати тоді, коли учні добре підготовлені, а також коли є достатньо часу для розгляду питань променевої оптики або на факультативних заняттях. Подати цей матеріал можна в такому порядку, як він розглядається в посібнику з фізики. В цьому разі розкривається суть наближення при введенні тонкої лінзи, а також зазначається, як залежить фокусна відстань під показника речовини лінзи та від радіусів кривизни поверхонь, що її обмежують.

Другий підхід дещо формальний, але він веде безпосередньо до мети - встановлення формули лінзи. При ньому відразу розглядають тонку ідеальну лінзу і з суто геометричних міркувань виводять формулу лінзи, як це зроблено в підручнику.

Після виведення формули лінзи доцільно ввести поняття про лінійне або поперечне збільшення Г і вказати, як воно пов’язане з відстанями від лінзи до зображення і предмета.

Потім бажано знову повернутися до реальних лінз і пригадати, які їм властиві аберації. Доцільно навіть навести помилкове твердження Ньютона про те, що хроматичну аберацію подолати не можна і тому ніколи не вдасться утворити з лінзами якісного зображення. З цих міркувань Ньютон запропонував використовувати для астрономічних приладів відбивні дзеркала, які не мають хроматичної аберації.

Пізніше вчені спростували твердження Ньютона. Вони навчилися значною мірою долати всі аберації. Спеціальною комбінацією збиральної та розсіювальної лінз можна усунути хроматичну аберацію принаймні для двох довжин хвиль (мал.11), а також сферичну аберацію. Ми розглянули лише принципову можливість усунення аберації, оскільки справа ця дуже складна. Потрібний великий асортимент оптичного скла з різноманітними показниками заломлення, крім того, треба провести попередні складні розрахунки.

(Мал.11)

Часто для усунення хроматичної аберації на значному спектральному інтервалі або занадто великої сферичної аберації, що виникає при заломленні ширококутних пучків променів, потрібні не дві, а кілька (3-10) лінз. Сукупність кількох лінз, з яких одна або дві основні, а решта - корегуючі, скріплених жорстокою оправою, називається об'єктивом.

Об'єктив має властивості ідеальної лінзи. Тому, розглядаючи хід променів через об'єктив будь-якої складності, його можна позначити символом ідеальної лінзи. От чому важливо ввести поняття про ідеальну лінзу.

В оптичних приладах в основному використовуються об'єктиви. Тут слід зауважити, що універсальних об’єктивів не існує: об'єктив для фотоапарата значно відрізняється від об'єктива для мікроскопа, а об'єктив для мікроскопа розраховується зовсім інакше, ніж об'єктив для телескопа і т.д. Навіть залежно від призначення однотипні об'єкти ті (скажімо, фотографічні) розраховуються по-різному, тому й існує значна кількість їх видів.