Исследовательская работа Мильковой Ксении ученицы 11 «Б» класса МОУ СОШ 30 Руководитель: Попова И.А., учитель физики МОУ СОШ 30 Городской конкурс научно-исследовательских. - презентация

1 Исследовательская работа Мильковой Ксении ученицы 11 «Б» класса МОУ СОШ 30 Руководитель: Попова И.А., учитель физики МОУ СОШ 30 Городской конкурс научно-исследовательских Проектных и творческих работ учащихся «Первые шаги» Направление: физика

2 забавные игрушки, широко используются в науке и технике; применяются в современных оптических приборах (сложные многолинзовые системы), помогают устранить различные аберрации.

3 Изучение теоретического материала по геометрической оптике, выходящего за рамки школьной программы, проведение экспериментальных исследований с системой линз с последующим вычислением характеристик системы.

4 Изучить теоретический материал по геометрической оптике, выходящий за рамки школьной программы; Провести экспериментальные исследования с системой собирающих линз в воздухе, воде и глицерине; Вычисление характеристик системы: Расстояние от изображения до линзы, Фокусного расстояния системы линз, Радиуса кривизны системы двух линз, Оценка качества изображения.

5 Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α. Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред: I. Основы геометрической оптики. α=γα=γ

6 Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Линзы бывают собирающими и рассеивающими.

7

8 Радиус кривизны выпуклой поверхности считается положительным, вогнутой – отрицательным. Оптическая сила линзы:

9 Аберрации – искажения, возникающие при формировании изображения. Основные виды аберраций – сферическая и хроматическая

10 Фокусное расстояние и оптическая сила системы из двух линз Если расстояние между линзами равно l. Оптическая сила D = 1/F системы из двух линз: Оптическая сила системы близко расположенных линз равна сумме оптических сил линз этой системы.

11 Эксперименты с линзами Экспериментальная установка : стеклянный сосуд два плоских стекла, d=35 мм (0,035 м) с заключенной между ними фотографией (для сохранности фотографии). линза с оптической силой – 50 дптр. линза с оптической силой - 33 дптр. жидкости: вода и глицерин

12 Одна линза, с большей оптической силой, крепится ко второй, меньшей оптической силы. Посмотрев через данную систему на дно сосуда, мы не увидим изображения Как только уровень воды достигнет вершины линзы, в сосуде под линзой неожиданно появляется четкое изображение лица

13 Секрет «волшебной линзы». На дне сосуда, размещена фотография, которая становится видна лишь тогда, когда, в системе присутствует жидкость. Какова же роль воды в опыте? Через обычную собирающую линзу предмет хорошо виден. Точнее, мы видим увеличенное мнимое изображение предмета

14 При уменьшении расстояния от предмета до линзы изображение станет увеличивается, а четкость при этом уменьшается. Когда предмет окажется вблизи фокальной плоскости линзы - увеличение, даваемое линзой, будет стремиться к бесконечности – изображение станет совершенно размытым, или исчезнет вовсе

15 При увеличении расстояния от предмета до системы линз, изображение уменьшается, четкость увеличивается Таким образом, чтобы предмет не был виден под собирающей линзой, он должен обязательно находиться вблизи ее фокальной плоскости

16 Именно так устроена наша «волшебная» линза, при этом толщина линз и расстояние от системы до предмета подобраны соответствующим образом, а фотография находится практически в фокусе линзы. Причем, роль жидкости здесь имеет решающее значение – жидкость уменьшает фокусное расстояние линзы Если мы держим линзу на расстоянии, близком к фокальной плоскости в воде (глицерине), то получаем четкое изображение. Если же мы держим линзу на этом же расстоянии, но не заполненном водой, то из-за увеличения фокусного расстояния предмет не попадает в фокальную плоскость и поэтому не виден. В этом и есть секрет «волшебства».

17 Некоторые оценки опытов фокусное расстояние нижней линзы: ее оптическая сила фокусное расстояние верхней линзы: оптическая сила верхней линзы: Фокусное расстояние системы двух линз найдем по формуле: Откуда : Оптическая сила системы двух линз:

18 Вычислим приведенный радиус кривизны системы линз. (по теореме синусов для треугольника OPF), откуда получаем

19 Относительный коэффициент преломления стекла в воде равен Поэтому нижнее фокусное расстояние нашей линзы, залитой сверху водой, оказалось равным Таким образом, вода увеличивает фокусное расстояние линзы более чем в 3,5 раза Что оказывается вполне достаточным для наблюдения спрятанного под линзой объекта.

20 Все данные согласуются с итогами экспериментов, которые приведены в таблице: Характеристики системы линз Экспериментальные данные Расчетные данные В воздухе В воде В глицерине В воздухе В воде В глицерине Фокусное расстояние 3.5 см 15,2 см 20 см 3,6 см 15,5 см 20 см Оптическая сила --- 6,56 Дптр 5 Дптр 28 Дптр 6,45 Дптр 5 Дптр Радиус кривизны 1,9 см

21 III. Заключение достаточно глубоко ознакомились с особенностями системы линз; провели эксперименты с линзами различной оптической силы, системой линз; использовали различные оптические среды – воздух, вода, глицерин. Таким образом, задачи, поставленные в начале работы, выполнены, цель достигнута. Мне не известно, кто первым придумал опыт с «волшебной» линзой, но теперь я точно знаю, что подобные линзы служат забавными игрушками и опыты-фокусы, проведенные с ними, удивляют не только детей, но и взрослых. Эксперименты показали:, при совмещении 2 линз оптическая сила системы увеличивается; фокусное расстояние увеличивается при погружении ее в жидкость, (чем больше коэффициент преломления, тем более увеличивается фокусное расстояние); Теоретические расчеты подтвердили данные опытов с погрешностью

22 Все образование Интернета [Электронный ресурс] // Гершензон, Е. М. Оптика и атомная физика [Текст] / Е. М. Гершензон, Н. Н. Малов, В. С. Этнин //Курс общей физики / Е. М. Гершензон, Н. Н. Малов, В. С. Этнин. М.: Просвещение С Касьянов, В. А Фокусное расстояние и оптическая сила системы из двух линз. [Текст] / В. А. Касьянов // Физика. 11 класс / В. А. Касьянов. – М.: Дрофа, – Глава 5. – С Кухлинг, Х. Справочник по физике [Текст]// Х. Кухлинг. - М.: Мир, – Разд С Митрофанов, А. – Волшебная линза [Текст] /А. Митрофанов //Квант. – – С Оптика. [Электронный ресурс] // Открытый колледж [Электронный ресурс] // Потенциал [Электронный ресурс] // Прохаров. А. М. Оптика [Текст] / А. М. Прохаров // Физический Энциклопедический словарь / гл. ред. А. М. Прохаров. – М.: Советская энциклопедия, С Чуянов, В. А. Оптика [Текст] / В. А. Чуянов // Энциклопедический словарь юного физика: для среднего и старшего школьного возраста / сост. В. А. Чуянов – М.: Педагогика, – С Школьная физика [Электронный ресурс] // Список литературы