Введение: модель пересекающихся сфер
Чтобы ввести понятие линзы, нарисуем две окружности, центры которых обозначены как $О_1$ и $О_2$ соответственно:
Из рисунка видно, что окружности пересекаются, их пересечение образует некоторое тело, форма которого будет соответствовать форме линзы.
Проведём прямую через центры окружностей:
Для нашей линзы эта линия будет называться главной оптической осью.
Запишем определения:
Линза — сплошное прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. При прохождении через линзу нарушается линейный ход распространения лучей.
Главная оптическая ось — прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, которыми образована линза.
Модель тонкой линзы и оптический центр
Для решения задач в оптике чаще всего используется модель тонкой линзы.
Тонкая линза — линза, толщина которой много меньше радиуса кривизны поверхностей, образующих тонкую линзу.
У каждой линзы существует оптический центр.
Оптический центр линзы — точка пересечения линзы с её главной оптической осью.
Рассмотрим поведение светового луча при прохождении через центр собирающей линзы. В случае, если линза имеет большой радиус кривизны, поверхности линзы на входе и выходе луча, можно считать параллельными. Если линза не является тонкой, то произойдёт параллельный сдвиг луча.
Для случая тонкой линзы, расстояние, на которое сдвигается луч, является незначительным и им можно пренебречь. Таким образом, проходя через оптический центр тонкой линзы, лучи не преломляются.
Свойство тонкой линзы
Лучи, проходящие через оптический центр тонкой линзы, не преломляются.
По типу воздействия на падающий пучок лучей линзы делятся на собирающие и рассеивающие.
Тонкая собирающая линза — тонкая линза, после прохождения через которую параллельные лучи сходятся в одной точке, называемой фокусом.
Наиболее распространённой разновидностью является двояковыпуклая собирающая линза:
Также существуют плосковыпуклые и вогнуто-выпуклые собирающие линзы:
Для удобства, собирающая линза схематично изображается следующим образом:
Тонкая рассеивающая линза и оптическая сила
Тонкая рассеивающая линза — тонкая линза, после прохождения через которую параллельные лучи расходятся так, что их продолжения пересекаются в точке перед линзой, называемой передним фокусом.
Наиболее распространённой разновидностью является двояковогнутая рассеивающая линза:
Также существуют плосковогнутые и выпукло-вогнутые рассеивающие линзы:
Также, как и для собирающей линзы, не всегда двояковыпуклая форма является обязательным атрибутом рассеивающей линзы.
На рисунках рассеивающая линза обозначается следующим образом:
Оптическая сила линзы — это величина, характеризующая преломляющую способность линзы. Эта величина зависит от радиусов кривизны сферических поверхностей линзы и от показателя преломления материала, из которого она сделана.
Оптическая сила обозначается буквой D и обратно пропорциональна фокусному расстоянию:
$D = \frac{1}{F}$
Оптическая сила измеряется в диоптриях [дптр].
Для собирающей линзы принимают D > 0, а для рассеивающей D < 0.
Авторы:
Саня Эбонит, преподаватель «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ;
Кир Синюткин, методист «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ
