Действительное и мнимое изображения

Принципы классификации

Понятие применяется к другим оптическим приборам и явлениям, которые изучаются на уроках физики в 11 классе. Подобное действие наблюдается в плоских линзах. При их изготовлении применяется материал с переменным показателем преломления. Он изменяется с учётом расстояния от центра. В зонной пластинке Френкеля используется явление дифракции (отклонение пучка света от прямолинейного распространения вблизи препятствия).

Воспринимаемая картинка считается действительной. Предусмотрено подобное построение изображения в собирающей линзе. Мнимые аналоги образуются расходящимися пучками. Их лучи не пересекаются в геометрической системе координат. Действительное и мнимое изображение может давать собирающее зеркало. Рассеивающий аналог создаёт мнимую картинку.

Главные и общие характеристики изделий:

  • оптическая сила;
  • фокусное расстояние.

Некоторые оптические системы фокального, фокусного, выпуклого видов используются в среде с относительно высоким показателем преломления.

Отличительное свойство собирательной лампочки — соединение падающих прямых в одной точке. Её можно править к изделию любой стороной.

Вывод — свет, проходя через экран с зеркалами, собирается с двух сторон от прибора.

Для изделия характерны 2 фокуса:

  • задний;
  • передний.

Они находятся на оптической оси с двух сторон и на фокусном расстоянии от главной точки. В ходе падения лучей на рассеивающую линзу и выхода из неё свет преломляется рассеиваясь. В технике используются лупы, обозначающие 2x, 3x. Чтобы увеличить картинку, используется формула:

Ud=F+d/F, где F — расстояние, d — расстояние наилучшего зрения.

Видео

Как формируется изображение с помощью собирающей линзы?

Чтобы увидеть, какие изображения мы получаем с помощью собирающей линзы, давайте проведем эксперимент.

Опыт 1. Наблюдение изображений, создаваемых линзой.

Что вам понадобится?

  • фонарик;
  • кусок черного картона размером больше стекла фонарика;
  • ножницы;
  • скотч (липкая лента);
  • большая лупа;
  • белая картонная коробка (экран).

Инструкция.

  1. Вырежьте стрелку в черной картонной коробке.
  2. С помощью скотча приклейте черный картон к экрану фонарика.
  3. Расположите лупу, фонарь и экран на оптической оси лупы.
  4. Измените положение фонаря и экрана для получения четкого изображения.

Какой вывод получится?

Изменяя положение экрана и фонарика относительно лупы, вы получите различные изображения — однократно увеличенное, однократно уменьшенное, перевернутое и прямое. Как вы заметите, собирающая линза не обязательно увеличивает наблюдаемый объект. Почему это происходит?

Как и в случае с зеркалами, геометрические построения изображений с использованием лучей (см. рисунок 5), характерных для линз, окажутся полезными для ответа на вопрос, поставленный в резюме эксперимента.

Рис. 5. Лучи, используемые для построения изображе
Рис. 5. Лучи, используемые для построения изображения в собирающих линзах

Когда нам нужно построить изображение с помощью собирающей линзы, мы обычно выбираем два из трех перечисленных ниже лучей:

  1. луч, параллельный оптической оси — после прохождения через линзу он проходит через фокус;
  2. луч, проходящий через центр линзы — после прохождения через линзу его направление (путь) не меняется;
  3. луч, проходящий через фокусную точку — после прохождения через линзу выходит параллельно оптической оси.

Последнее предложение справедливо для тонких линз, которые мы и будем использовать в наших экспериментах. Затем мы проигнорируем толщину линзы и нарисуем ее в виде отрезка, заканчивающегося стрелками.

Изображение точки образуется при пересечении как минимум двух лучей или их продолжений.

Сводная информация о положении изображения в зависимости от положения объекта и характеристиках получаемых изображений приведена в таблице 1 ниже.

Положение объекта, xПоложение изображения, yОсобенности изображения
x > 2ff < y < 2fПеревернутое, действительное, уменьшенное
x = 2fy = 2fПеревернутое, действительное, имеет те же размеры, что и объект
2f > x > fy > 2fПеревернутое, действительное, увеличенное
x = fлучи проходят через линзу и параллельны друг другуБез изображения
x < fизображение появляется на той же стороне, что и объектПрямое, мнимое, увеличенное
Таблица 1. Характеристики изображения, создаваемого собирающей линзой

Из таблицы 1 можно сделать вывод, что характеристики изображения, формируемого в собирающей линзе, зависят от расстояния объекта от линзы.

Помните! Реальное изображение точки формируется там, где пересекаются лучи, преломленные через линзу. Однако часто бывает так, что преломленные лучи расходятся. Тогда их продолжения всегда пересекаются, и получается мнимое (иллюзорное) изображение. Если преломленные лучи параллельны друг другу, изображение вообще не образуется.

Изображение предмета, находящегося за двойным фокусом линзы

Теперь мы можем рассмотреть, как строятся изображения протяженных предметов, находящихся на разных расстояниях от собирающей линзы.

Разберем рисунок 2. Мы провели оптическую ось и отметили на рисунке собирающую линзу. По обе стороны от нее отметили две равноудаленные точки — фокусы линзы $F$. Так же мы отметили двойные фокусные расстояния — $2F$.

Предмет на чертежах мы будем изображать с помощью стрелки. Ее концы отмечаем точками $A$ и $B$. Такое обозначение поможет нам легко оценивать полученное изображение: будет оно прямым или перевернутым.

Начнем с того, что поместим наш предмет за двойной фокус линзы.

Рисунок 2. Изображение предмета, находящегося за д
Рисунок 2. Изображение предмета, находящегося за двойным фокусом собирающей линзы

Чтобы получить изображение предмета, даваемое линзой, нам необходимо получить изображения двух точек $A$ и $B$ и соединить их между собой.

Получим изображение точки $A$. Для этого начертим ход двух световых лучей, выходящих из этой точки:

  • Луч $AC$ параллелен оптической оси. После преломления в линзе он проходит через ее фокус $F$
  • Луч $AO$ проходит через оптический центр $O$. После прохождения свозь линзу направление его распространения не изменяется

Эти два луча пересекутся в точке $A_1$. Эта точка является изображением точки $A$.

Точка $B$ лежит на оптической оси линзы. Мы можем построить ее изображение способом из прошлого урока, использую фокальную плоскость, побочную ось и побочный фокус. Но при построении изображения предмета, который располагается перпендикулярно оптической оси, мы можем сделать это проще. Для этого нам просто необходимо опустить перпендикуляр из полученной точки $A_1$ на оптическую ось. Так мы получаем изображение точки $B$ — $B_1$.

Если предмет будет располагаться под каким-то углом к оптической оси или обе его точки будут находиться не на оптической оси, необходимо выполнять построение изображения каждой точки предмета способами, описанными в прошлом уроке.

Теперь нам осталось соединить точки $A_1$ и $B_1$ между собой. Не перепутайте направление стрелки: если у предмета ее острие было в точке $A$, то у изображения предмета острие стрелки должно быть в точке $A_1$.

Итак, мы получили изображение предмета $A_1B_1$. Для того чтобы описать его, введем новые обозначения. Обозначим расстояние от предмета до линзы как $d$, а от линзы до изображения предмета как $f$.

Если $d > 2F$, то изображение предмета, даваемое собирающей линзой:1. Действительное2. Уменьшенное3. Перевернутое4. $F < f < 2F$

Изображение действительное, потому оно образовано на пересечении преломленных линзой лучей.

Уменьшенное — мы можем судить об этом, посмотрев на полученный чертеж.

Перевернутое — если вернуться к опыту со свечей и поместить ее за двойной фокус линзы, то мы увидим изображение свечи огоньком вниз.

Последняя строчка нашей характеристики полученного изображения ($F < f < 2F$) говорит нам о том, что изображение предмета находится ближе к линзе, чем в действительности. Чтобы увидеть это изображение, нужно расположить экран (как экран проектора) именно на этом расстоянии.

Получим ли мы на практике точно такое же изображение? Возьмем большую собирающую линзу и свечу. Расположим свечу с помощью подставки таким образом, чтобы ее крайняя нижняя точка находилась на оптической оси (рисунок 3). Поместим ее за двойным фокусом линзы.

Рисунок 3. Изображение предмета, даваемое собирающ
Рисунок 3. Изображение предмета, даваемое собирающей линзой, в действительности

Передвигая экран ближе и дальше от линзы, найдем такое его положение, когда на нем появится изображение свечи. Мы увидим, что оно совпадаем с тем, которое мы получили на чертеже: уменьшенное, перевернутое и находится между фокусом и двойным фокусом линзы.

Настраивая фотоаппарат вручную, можно получить такое изображение.

Памятка построения изображений предмета

  1. Нарисуйте обозначение линзы и проведите ее оптическую ось. Отметьте оптический центр линзы
  2. Отметьте два фокуса линзы по обе стороны от нее. При этом фокусная длина выбирается произвольной, но одинаковой для обеих от линзы сторон
  3. Обозначьте на чертеже предмет там, где указано в задании
  4. Начертите ход двух лучей, исходящих от крайней точке предмета, если предмет перпендикулярен оптической оси и одна из точек расположена на ней.
  5. Если предмет находится под углом к оптической оси, или ни одна из точек не лежит на оптической оси, начертите ход двух лучей от каждой крайней точки предмета
  6. Используя точки пересечения лучей (или их продолжений), нарисуйте изображение предмета
  7. Охарактеризуйте его: действительное изображение или мнимое, прямое или перевернутое, его размеры и расположение относительно линзы

Что представляет собой фотоаппарат

Определение 15

Фотоаппарат – это замкнутая светонепроницаемая камера, в которой изображение запечатленных предметов создается на пленке системой линз – объективом. На время экспозиции объектив открывается и закрывается с помощью специального затвора.

Особенность работы фотоаппарата в том, что на плоской фотопленке получаются довольно резкие изображения предметов, которые находятся на различных расстояниях. Резкость меняется вследствие перемещения объектива относительно фотопленки. Изображения точек, которые не лежат в плоскости резкого наведения, выходят на снимках размытыми в виде рассеянных кружков. Размер d данных кружков можно уменьшить методом диафрагмирования объектива, то есть уменьшения относительного отверстия aF, как показано на рисунке 3.3.5. Это в результате увеличивает глубину резкости.

Рисунок 3.3.5. Фотоаппарат.

Рисунок 3.3.5. Фотоаппарат.

С помощью проекционного аппарата удается снять масштабные изображения. Объектив O проектора фокусирует изображение плоского предмета (диапозитив D) на удаленном экране Э (рисунок 3.3.6). Система линз K (конденсор) используется для концентрации света источника S на диапозитиве. На экране воссоздается увеличенное перевернутое изображение. Масштаб проекционного устройства можно изменять, приближая или отдаляя экран и одновременно изменяя расстояние между диапозитивом D и объективом O.

Рисунок 3.3.6. Проекционный аппарат.

Рисунок 3.3.6. Проекционный аппарат.

Рисунок 3.3.7. Модель тонкой линзы.

Рисунок 3.3.7. Модель тонкой линзы.

Рисунок 3.3.8. Модель системы из двух линз.

Рисунок 3.3.8. Модель системы из двух линз.

Всё ещё сложно? Наши эксперты помогут разобраться Все услуги

Теги

Adblock
detector