Как линза собирает изображение и почему экран важен?

Вопрос и прогноз

Держите увеличительное стекло между настольной лампой и белой бумагой. При некоторых расстояниях на бумаге получается светлое, перевёрнутое изображение лампы. Не смотрите через линзу на Солнце и не собирайте солнечный свет: бумага может нагреться. Лучше выполнить построение на схеме без реальной лампы.

Слова без пропусков

Линза — прозрачное тело с кривыми поверхностями, меняющее направление лучей. Собирающая линза может свести параллельные лучи близко к точке — фокусу. Расстояние от центра линзы до фокуса в модели тонкой линзы — фокусное расстояние f. Действительное изображение образуется там, где прошедшие лучи действительно встречаются; его можно поймать экраном. Если предмет расположен внутри фокусного расстояния, действительного изображения на экране за линзой не будет.

Разбираем учебный пример

Учебный пример: f = 10 см, предмет находится в 20 см слева от тонкой линзы. Уравнение 1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ даёт 1/10 = 1/20 + 1/dᵢ, значит dᵢ = 20 см справа. На чертеже один луч идёт параллельно главной оси и после линзы через правый фокус, второй проходит через центр линзы без заметного отклонения. Их встреча внизу даёт перевёрнутое изображение той же высоты в идеальной модели.

Проверяем безопасно

Чертите на клетчатой бумаге, выбрав 1 клетку = 5 см, и проверьте пересечение лучей. Если пользуетесь маленькой светодиодной лампой и линзой, держите устройство устойчиво и не направляйте свет в глаза. Реальная линза имеет толщину и искажения; численное равенство относится к учебной тонкой линзе.

Типичная ошибка

Ошибка — искать изображение обязательно в самом фокусе. Фокус относится к параллельным лучам от далёкого источника; предмет на 20 см при f = 10 см даёт изображение на 20 см. Ещё нельзя объявлять любой видимый через линзу предмет действительным изображением, которое удастся получить на бумаге.

Опорная схема

Применяем в другой ситуации

Предмет переместили на 5 см от той же линзы с f = 10 см. Почему экран справа не поймает действительное изображение? Что тогда увидит глаз, глядя через линзу?

Проверь себя

Закройте текст и объясните новому ученику рисунок слева направо. Назовите наблюдение, учебное допущение и то, чего эти данные не доказывают. Затем решите вопрос переноса без подсказки и проверьте единицы или направление на схеме. Если ответ расходится, вернитесь к первому непонятному слову, а не заучивайте готовую фразу. Устный ответ, чертёж и измерение — разные виды доказательства; подпишите каждый честно.

Страница лабораторного журнала

Добавьте к «Лабораторному журналу моего мира» строку: вопрос → прогноз → что оставили постоянным → что изменили → наблюдение или расчёт → вывод → ограничение. В рисунке поставьте масштаб или укажите «схематично». Если опыт не проводился, запишите «учебный расчёт», а не «мы измерили». Вернитесь к этой записи после следующего урока и отметьте, что стало понятнее.

Следующий урок: Контрольная точка: спроектируйте оптический сигнал двери