ทุกสิ่งที่กล่าวถึงในบทเรียนนี้จะมีการพูดคุยกันโดยใช้เลนส์ที่มาบรรจบกันแบบบางเป็นตัวอย่าง เนื่องจากเลนส์นี้เป็นเลนส์ที่ใช้บ่อยที่สุด

เรามาจำประเด็นหลักและเส้นของเลนส์กัน จุดเหล่านี้รวมถึงจุดศูนย์กลางแสง แกนแสงหลัก และจุดโฟกัสของเลนส์

มาดูภาพกัน (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. ประเด็นหลักของเลนส์

แผนภาพแสดงให้เห็นว่าเลนส์รวบรวมอยู่ในแนวตั้งฉากกับแกนลำแสงหลัก จุดตัดของแกนลำแสงหลักกับเลนส์ (จุด ) คือจุดศูนย์กลางแสงของเลนส์ โดยมีโฟกัสสองจุด () และจุดโฟกัสคู่สองจุด () ใน ในกรณีนี้เราพิจารณาเลนส์อีควิโฟคอลเมื่อด้านขวาและด้านซ้ายของเลนส์มีความยาวโฟกัสเท่ากัน

ในกรณีแรก วัตถุจะอยู่ในระยะห่างมากกว่าโฟกัสสองเท่า วัตถุนั้นแสดงเป็นลูกศร

ในการสร้างจุดหนึ่ง รังสีสองเส้นก็เพียงพอแล้ว ดังนั้นจึงเลือกรังสีที่รู้จักเส้นทาง

จากจุดบนเลนส์ เราจะกำหนดทิศทางลำแสงให้ขนานกับแกนลำแสงหลัก ตามคุณสมบัติของเลนส์ รังสีนี้จะหักเหและผ่านจุดโฟกัส เราจะกำหนดทิศทางลำแสงที่สองจากจุดหนึ่งผ่านศูนย์กลางแสง ตามคุณสมบัติของเลนส์ รังสีนี้จะผ่านเลนส์โดยไม่เกิดการหักเหของแสง ที่จุดตัดของรังสีสองดวงเราจะได้ภาพของจุดหนึ่ง (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. โครงการสร้างภาพจุด

ลองสร้างจุดในลักษณะเดียวกัน จากจุดที่เรากำหนดทิศทางรังสีขนานกับแกนหลักลงบนเลนส์ รังสีนี้จะหักเหและผ่านโฟกัส ลำแสงจะผ่านจากจุดหนึ่งผ่านศูนย์กลางแสง ที่จุดตัดของรังสีเหล่านี้เราจะได้จุดหนึ่ง (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. โครงการสร้างภาพของวัตถุ

เมื่อเชื่อมต่อจุดต่างๆ เราจะได้ภาพของวัตถุ

ควรสังเกตว่าภาพกลับด้าน ลดขนาด และเป็นภาพจริง เราเห็นจุดใต้แกนลำแสง ในขณะที่วัตถุนั้นมีจุดเหนือแกนลำแสง

ภาพถูกสร้างขึ้นโดยรังสีที่ผ่านเลนส์ ดังนั้นภาพดังกล่าวจึงเรียกว่าภาพจริง

พิจารณารูปต่อไปนี้

วัตถุอยู่ระหว่างโฟกัสสองเท่าและโฟกัสของเลนส์ ลองใช้รังสีเดียวกันเพื่อให้ได้ภาพของจุดต่างๆ เมื่อเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเราจะได้ภาพของวัตถุ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. โครงการสร้างภาพเมื่อมีวัตถุอยู่ระหว่าง

ยังไง แหล่งที่มาที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้นแสงหรือวัตถุที่จะโฟกัส ยิ่งภาพของวัตถุมีขนาดใหญ่ขึ้น ภาพของวัตถุยังคงกลับด้าน ขยายใหญ่ขึ้น และยังคงใช้ได้อยู่

ในรูปต่อไปนี้ เราจะสร้างภาพของวัตถุที่อยู่ในโฟกัสหรือระนาบโฟกัสทุกประการ ระนาบที่ตั้งฉากกับแกนลำแสงหลักและผ่านโฟกัสเรียกว่าระนาบโฟกัสหรือระนาบโฟกัส (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. โครงการสร้างภาพของวัตถุที่ถูกจับได้

โปรดทราบว่าหากวัตถุอยู่ในระนาบโฟกัส เราจะไม่ได้ภาพใดๆ รังสีที่เรากำหนดทิศทางจะขนานกัน ดังนั้นรังสีเหล่านี้จึงไม่สร้างภาพขึ้นมา ในกรณีนี้เราจะสังเกตเห็นสนามเบลอผ่านเลนส์

ลองพิจารณากรณีที่วัตถุอยู่ระหว่างโฟกัสและเลนส์ (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. โครงการสร้างภาพของวัตถุที่อยู่ใกล้กว่า

เรารับรังสีเดียวกัน จากจุดหนึ่ง รังสีกระทบเลนส์ หักเห และผ่านโฟกัส รังสีที่ผ่านจากจุดหนึ่งผ่านศูนย์กลางแสงจะไม่หักเห รังสีทั้งสองนี้ต่างกัน ซึ่งหมายความว่าจะไม่ตัดกัน แต่ความต่อเนื่องของพวกเขาจะตัดกัน พวกเขาคือคนที่จะให้ภาพจุด - จุดแก่เรา

เราจะสร้างจุดในลักษณะเดียวกัน รังสีหนึ่งจะผ่านโฟกัส รังสีที่สองจะผ่านศูนย์กลางแสง จุดตัดของเส้นต่อเนื่องจะให้จุด B

ในกรณีนี้ภาพจะเป็นเสมือนเนื่องจากไม่ได้ได้รับความช่วยเหลือจากรังสีเอง แต่ได้รับความช่วยเหลือจากความต่อเนื่องของพวกมัน ภาพจะตั้งตรงและขยายใหญ่ขึ้น

จากคุณสมบัติของการรวบรวมเลนส์นี้ อุปกรณ์ เช่น แว่นขยาย จึงถูกสร้างขึ้น การใช้แว่นขยายจะได้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นเสมือนโดยตรง แว่นขยายคือเลนส์ที่ใส่เข้าไปในกรอบและมีความโค้งมาก เลนส์นี้มีความยาวโฟกัสสั้นมาก จึงเรียกว่าโฟกัสสั้น เป็นผลให้เลนส์ดังกล่าวให้ผลดีมาก กำลังขยายที่ดีเมื่อเรามองวัตถุเล็กๆ

ควรสังเกตว่าอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นหลายชนิด เช่น กล้องจุลทรรศน์และกล้องโทรทรรศน์ ประกอบด้วยเลนส์หลายชนิด รวมถึงเลนส์แยกส่วนด้วย

1. ใน กระจกแบน ซีสังเกตภาพลูกศร กับดวงตาอยู่ตรงจุด ช.

ภาพของลูกศรมองเห็นได้มากน้อยเพียงใด?
1) ลูกศรทั้งหมด
2) 1/2
3) 1/4
4) มองไม่เห็นเลย

คำตอบ:

สารละลาย:
รูปภาพแสดงลูกศร คในกระจกเงาระนาบและระบุบริเวณที่ดวงตามองเห็นได้ในกระจกจากจุดหนึ่ง ช.

จากรูปจะเห็นได้ชัดว่ามองเห็นได้ด้วยตาครึ่งหนึ่งของลูกศร

2. เลนส์มาบรรจบสามารถผลิต...
1) เฉพาะภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุ
2) ลดขนาดรูปภาพวัตถุเท่านั้น
3) ขยาย ย่อ และขนาดของรูปภาพวัตถุ
4) ลดลงหรือเท่ากับวัตถุเท่านั้น

คำตอบ:

สารละลาย:
เลนส์ที่มาบรรจบกันจะสร้างภาพวัตถุที่ขยาย ลดขนาด และเท่ากัน หากวัตถุถูกถอดออกจากเลนส์ที่ระยะห่างมากกว่าสองทางยาวโฟกัส ภาพจะดูลดลง ถ้าวัตถุอยู่ในระยะห่างเท่ากับสองทางยาวโฟกัส ภาพก็จะปรากฏเท่ากับวัตถุนั้น หากวัตถุอยู่ใกล้กว่าระยะนี้ เลนส์จะสร้างภาพขยาย

3. เลนส์สามารถให้ได้ ภาพที่แท้จริงรายการ?
1) มีเพียงเลนส์ที่มาบรรจบกันเท่านั้นที่สามารถทำได้
2) มีเพียงเลนส์ที่แยกออกเท่านั้นที่สามารถทำได้
3) สามารถบรรจบและแยกเลนส์ได้
4) ไม่มีเลนส์สามารถทำได้

คำตอบ:

สารละลาย:
แท้จริงแล้ว มีเพียงเลนส์ที่มาบรรจบกันเท่านั้นที่สามารถสร้างภาพได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จะต้องถอดวัตถุออกจากเลนส์ที่ระยะห่างมากกว่าระยะโฟกัส เลนส์ที่เปลี่ยนเลนส์จะสร้างภาพเสมือนจริงเสมอ

4. รูปภาพนี้แสดงเส้นทางของรังสีจากแหล่งกำเนิดแสงแบบจุด กผ่านเลนส์บางๆ



กำลังแสงของเลนส์ประมาณเท่ากับ...

คำตอบ:ไดออปเตอร์

สารละลาย:
กำลังแสงของเลนส์แปรผกผันกับทางยาวโฟกัส:

เรามากำหนดความยาวโฟกัสกันดีกว่า รังสีที่ขนานกับแกนลำแสงหลักจะผ่านโฟกัสหลักหลังจากการหักเหของแสงในเลนส์ขนาดบาง รูปนี้แสดงให้เห็นว่าลำแสงดังกล่าวตัดแกนลำแสงหลักที่ระยะห่าง 6 เซลล์จากเลนส์ เนื่องจากมาตราส่วนของรูปภาพคือด้านหนึ่งของเซลล์ - 1 ซม. เราจึงเข้าใจได้ เอฟ=0.06 ม. ดังนั้น กำลังแสงของเลนส์จึงอยู่ที่ประมาณ

5. จากแหล่งกำเนิดแสงแบบจุด สซึ่งอยู่บนแกนลำแสงหลักของเลนส์รับแสงบางๆ ในระยะไกล 2Fจากนั้นรังสีสองดวงก็แผ่กระจายออกไป กและ ขตามที่แสดงในภาพ

หลังจากการหักเหของเลนส์ รังสีเหล่านี้จะตัดกันที่จุด...

คำตอบ:

สารละลาย:
ตามสูตรครับ เลนส์บาง, ระยะทางจากวัตถุถึงเลนส์, ระยะห่างจากเลนส์ถึงภาพและทางยาวโฟกัสมีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์

- แหล่งกำเนิดแสงอยู่ที่ทางยาวโฟกัสสองเท่า ง=2F- ด้วยเหตุนี้ ภาพของแหล่งกำเนิดนี้จึงอยู่ที่สองเท่าของทางยาวโฟกัสของเลนส์ด้วย ดังนั้นรังสี กและ ขหลังจากการหักเหของเลนส์ พวกมันจะมาบรรจบกันที่จุดที่ 4

6. ภาพแสดงการทดลองการหักเหของแสงในแผ่นกระจก

ดัชนีการหักเหของกระจกมีค่าเท่ากับอัตราส่วน...
1)
2)
3)
4)

คำตอบ:

สารละลาย:
รูปนี้แสดงให้เห็นว่ามุมตกกระทบคือ α=70° และมุมการหักเหคือ β=40°

ตามกฎการหักเหของสเนลล์ ดัชนีการหักเหของแสงสัมพันธ์กับมุมตกกระทบและมุมการหักเหของแสงตามอัตราส่วน

7. ภาพจุดเรืองแสงอยู่ที่ไหน? ส(ดูรูป) ที่สร้างโดยเลนส์มาบรรจบกันบาง ๆ ?

1) ที่จุดที่ 1
2) ที่จุดที่ 2
3) ที่จุดที่ 3
4) อย่างไม่มีกำหนด ระยะทางไกลจากเลนส์

คำตอบ:

สารละลาย:
มาสร้างภาพของจุดกัน สในเลนส์สะสมบางๆ

ลำแสงที่ผ่านศูนย์กลางแสงของเลนส์ไม่เปลี่ยนทิศทาง รังสีที่ขนานกับแกนลำแสงหลักจะผ่านโฟกัสหลังจากการหักเหของแสงในเลนส์ จากรูปจะชัดเจนว่าเป็นภาพจุดๆ หนึ่ง สคือจุดที่ 3

8. ในกระจกแบน 3 สังเกตภาพของลูกศร C ดวงตาอยู่ที่จุด G หลังจากนั้นการเคลื่อนไหวที่เสนอของลูกศรด้านล่างภาพในกระจกจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาหรือไม่

1) ลูกศรไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาแล้ว
2) 1 เซลล์ทางด้านขวา
3) 1 เซลล์ทางซ้าย
4) ลง 1 ตาราง

คำตอบ:

สารละลาย:
รูปภาพแสดงภาพลูกศร C ในกระจกระนาบ และระบุบริเวณที่ดวงตามองเห็นได้ในกระจกจากจุดนั้น ช.

จากตัวเลือกทั้งหมดที่แสดงไว้สำหรับการย้ายลูกศร การเลื่อนเซลล์ลงเพียงเซลล์เดียวจะทำให้มองไม่เห็นภาพจากจุดนั้น ช.

9. เลนส์มาบรรจบที่ใช้เป็นแว่นขยายจะสร้างภาพ...
1) ขยายจริง
2) จินตนาการลดลง
3) จินตนาการขยายใหญ่ขึ้น
4) ลดลงจริง

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดในการสังเกตด้วยสายตาคือแว่นขยาย แว่นขยายเป็นเลนส์ที่มาบรรจบกันซึ่งมีความยาวโฟกัสสั้น (F< 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет - в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом.

ที่ไหน ชม.- ขนาดของวัตถุ เมื่อมองวัตถุเดียวกันด้วยตาเปล่าควรวางไว้ที่ระยะห่าง d 0 = 25 ซม วิสัยทัศน์ที่ดีที่สุดตาปกติ วัตถุจะมองเห็นเป็นมุม

ตามมาว่ากำลังขยายเชิงมุมของแว่นขยายเท่ากับ

เลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 10 ซม. ให้กำลังขยาย 2.5 เท่า การทำงานของแว่นขยายแสดงไว้ในรูปที่ 1 13.

ข้าว. 13. ผลกระทบของแว่นขยาย: a - วัตถุถูกมองด้วยตาเปล่าจากระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด d 0 = 25 ซม.; b - วัตถุถูกมองผ่านแว่นขยายที่มีความยาวโฟกัส F

เครื่องมือวัดแสงที่ง่ายที่สุดอย่างหนึ่งคือแว่นขยาย ซึ่งเป็นเลนส์ที่มาบรรจบกันซึ่งออกแบบมาเพื่อดูภาพขยายของวัตถุขนาดเล็ก เลนส์จะถูกนำมาไว้ใกล้ดวงตา และวางวัตถุไว้ระหว่างเลนส์กับโฟกัสหลัก ตาจะเห็นภาพวัตถุเสมือนจริงและขยายใหญ่ขึ้น วิธีที่สะดวกที่สุดในการตรวจสอบวัตถุผ่านแว่นขยายด้วยตาที่ผ่อนคลายโดยปรับไปที่ระยะอนันต์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ วัตถุจะถูกวางในระนาบโฟกัสหลักของเลนส์ เพื่อให้รังสีที่โผล่ออกมาจากแต่ละจุดของวัตถุก่อตัวเป็นลำแสงขนานกันด้านหลังเลนส์ รูปนี้แสดงลำแสงสองอันที่มาจากขอบของวัตถุ เมื่อเข้าสู่ดวงตาที่ไม่มีที่สิ้นสุด ลำแสงคู่ขนานจะมุ่งไปที่เรตินาและให้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุตรงนี้

กำลังขยายเชิงมุม

ดวงตาอยู่ใกล้กับเลนส์มาก จึงสามารถถ่ายมุมรับภาพเป็นมุม 2 ได้ β เกิดจากรังสีที่มาจากขอบของวัตถุผ่านศูนย์กลางแสงของเลนส์ หากไม่มีแว่นขยาย เราจะต้องวางวัตถุนั้นให้ห่างจากดวงตาที่ดีที่สุด (25 ซม.) และมุมการมองเห็นจะเท่ากับ 2 γ - พิจารณารูปสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีด้านยาว 25 ซม. และ เอฟซม. และระบุครึ่งหนึ่งของวัตถุ ซีเราสามารถเขียนได้:

,

ที่ไหน:
2β - มุมมองเมื่อมองผ่านแว่นขยาย
2γ - มุมมองเมื่อสังเกตด้วยตาเปล่า
เอฟ- ระยะห่างจากวัตถุถึงแว่นขยาย
ซี- ครึ่งหนึ่งของความยาวของวัตถุที่ต้องการ

โดยคำนึงถึงว่าปกติแล้วจะมองผ่านแว่นขยาย รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ(และดังนั้นมุม γ และ β มีขนาดเล็ก) แทนเจนต์สามารถแทนที่ด้วยมุมได้ สิ่งนี้ให้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับการขยายแว่นขยาย:

ดังนั้น กำลังขยายของแว่นขยายจึงเป็นสัดส่วนกับ ซึ่งก็คือกำลังแสงของแว่นขยาย

กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์ใช้เพื่อให้ได้กำลังขยายสูงเพื่อการสังเกต รายการเล็กๆ- ภาพขยายของวัตถุในกล้องจุลทรรศน์นั้นได้มาจากระบบออพติคอลที่ประกอบด้วยเลนส์โฟกัสสั้นสองตัว - วัตถุประสงค์ O1 และช่องมองภาพ O2 (รูปที่ 14) เลนส์จะสร้างภาพขยายของวัตถุกลับหัวอย่างแท้จริง ภาพระดับกลางนี้ถูกมองด้วยตาผ่านเลนส์ใกล้ตา ซึ่งมีการกระทำคล้ายกับแว่นขยาย ช่องมองภาพอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้ภาพที่อยู่ตรงกลางอยู่ในระนาบโฟกัส ในกรณีนี้ รังสีจากแต่ละจุดของวัตถุจะแพร่กระจายไปหลังช่องมองภาพเป็นลำแสงคู่ขนาน

ข้าว. 14. เส้นทางของรังสีในกล้องจุลทรรศน์

ภาพเสมือนของวัตถุที่มองผ่านช่องมองภาพจะกลับหัวเสมอ หากไม่สะดวก (เช่น เมื่ออ่านงานพิมพ์เล็กๆ) คุณสามารถพลิกวัตถุไปด้านหน้าเลนส์ได้ ดังนั้นกำลังขยายเชิงมุมของกล้องจุลทรรศน์จึงถือเป็นค่าบวก

ดังต่อไปนี้จากรูป 14 มุมมอง φ วัตถุที่มองผ่านเลนส์ตาในมุมเล็กๆ

ประมาณใส่ได้ ง ≈ เอฟ 1 และ ฉ ≈ ล, ที่ไหน ล- ระยะห่างระหว่างวัตถุประสงค์และช่องมองภาพของกล้องจุลทรรศน์ (“ความยาวท่อ”) เมื่อมองวัตถุเดียวกันด้วยตาเปล่า

เป็นผลให้สูตรสำหรับกำลังขยายเชิงมุม γ ของกล้องจุลทรรศน์เกิดขึ้น

กล้องจุลทรรศน์ที่ดีสามารถขยายได้หลายร้อยเท่า ที่ กำลังขยายสูงปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนเริ่มปรากฏให้เห็น

ในกล้องจุลทรรศน์จริง เลนส์และช่องมองภาพเป็นระบบการมองเห็นที่ซับซ้อน ซึ่งขจัดความคลาดเคลื่อนต่างๆ

กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์ (ขอบเขตจำเพาะ) ได้รับการออกแบบมาเพื่อสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกล ประกอบด้วยเลนส์สองตัว - เลนส์รวบรวมที่มีความยาวโฟกัสยาว (วัตถุ) หันหน้าไปทางวัตถุและเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้น (ช่องมองภาพ) หันหน้าไปทางผู้สังเกต ขอบเขตการจำมีสองประเภท:

• กล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์มีไว้สำหรับ การสังเกตทางดาราศาสตร์- โดยจะให้ภาพกลับหัวของวัตถุระยะไกลที่ขยายใหญ่ขึ้น ดังนั้นจึงไม่สะดวกสำหรับการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน
• กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอออกแบบมาเพื่อการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน โดยให้ภาพตรงที่ขยายใหญ่ขึ้น ช่องมองภาพในกล้องโทรทรรศน์กาลิลีเป็นเลนส์แยก

ในรูป 15 แสดงเส้นทางของรังสีในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ สันนิษฐานว่าตาของผู้สังเกตการณ์อยู่ในระยะอนันต์ ดังนั้นรังสีจากแต่ละจุดของวัตถุที่อยู่ห่างไกลจึงโผล่ออกมาจากช่องมองภาพเป็นลำแสงคู่ขนาน เส้นทางลำแสงนี้เรียกว่ากล้องส่องทางไกล ในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ รัศมีของกล้องโทรทรรศน์จะบรรลุได้โดยมีเงื่อนไขว่าระยะห่างระหว่างเลนส์กับเลนส์ใกล้ตาเท่ากับผลรวมของความยาวโฟกัส ล = เอฟ 1 + เอฟ 2 .

กล้องโทรทรรศน์ (กล้องโทรทรรศน์) มักจะมีลักษณะเฉพาะด้วยการขยายเชิงมุม γ - วัตถุที่สังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์จะแตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์ตรงที่อยู่ห่างจากผู้สังเกตเสมอ หากมองเห็นวัตถุระยะไกลด้วยตาเปล่าในมุมหนึ่ง ψ และเมื่อสังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์ในมุมหนึ่ง φ แล้วกำลังขยายเชิงมุมเรียกว่าอัตราส่วน

เพิ่มขึ้นเชิงมุม γ เช่นเดียวกับการเพิ่มขึ้นเชิงเส้น Γ คุณสามารถกำหนดเครื่องหมายบวกหรือลบได้ ขึ้นอยู่กับว่ารูปภาพตั้งตรงหรือกลับด้าน กำลังขยายเชิงมุมของกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ของเคปเลอร์เป็นลบ และกำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินของกาลิเลโอเป็นบวก

กำลังขยายเชิงมุมของขอบเขตการมองเห็นจะแสดงเป็นทางยาวโฟกัส:

ข้าว. 15. เส้นทางลำแสงแบบยืดไสลด์

กล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ใช้กระจกทรงกลมแทนเลนส์เป็นเลนส์ กล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวเรียกว่าตัวสะท้อนแสง กระจกสวยง่ายต่อการผลิต นอกจากนี้ กระจกเงาไม่เหมือนกับเลนส์ตรงที่ไม่มีความคลาดเคลื่อนสี

กล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 6 ม. ถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย โปรดทราบว่ากล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ได้รับการออกแบบไม่เพียงเพื่อเพิ่มระยะห่างเชิงมุมระหว่างวัตถุอวกาศที่สังเกตได้ แต่ยังเพื่อเพิ่มการไหลของพลังงานแสงด้วย จากวัตถุที่มีแสงสลัวๆ

ให้เราวิเคราะห์วงจรและหลักการทำงานของอุปกรณ์ออปติคัลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

กล้อง

กล้องคืออุปกรณ์ ซึ่งส่วนที่สำคัญที่สุดคือระบบรวบรวมเลนส์ซึ่งก็คือเลนส์ ในการถ่ายภาพสมัครเล่นทั่วไป ตัวแบบจะอยู่ด้านหลังทางยาวโฟกัสสองเท่า ดังนั้นภาพจะอยู่ระหว่างโฟกัสและทางยาวโฟกัสสองเท่า จริง ลดขนาด กลับด้าน (รูปที่ 16)

ข้าว. 16

แทนที่ภาพนี้จะมีการวางฟิล์มถ่ายภาพหรือแผ่นถ่ายภาพ (เคลือบด้วยอิมัลชันไวแสงที่มีซิลเวอร์โบรไมด์) เลนส์จะถูกเปิดไว้ครู่หนึ่ง - ฟิล์มจะถูกเปิดเผย ภาพที่ซ่อนไว้ก็ปรากฏขึ้น เมื่อเข้าสู่สารละลายสำหรับนักพัฒนาแบบพิเศษ โมเลกุลของซิลเวอร์โบรไมด์ที่ "สัมผัส" จะสลายตัว โบรมีนจะถูกพาออกไปในสารละลาย และเงินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของการเคลือบสีเข้มบนส่วนที่สัมผัสของแผ่นหรือฟิล์ม ยิ่งแสงสัมผัสกับบริเวณที่กำหนดของฟิล์มมากเท่าใด ฟิล์มก็จะยิ่งมืดมากขึ้นเท่านั้น หลังจากพัฒนาและล้างแล้วจำเป็นต้องแก้ไขภาพซึ่งวางไว้ในสารละลาย - ผู้ให้บริการซึ่งโบรไมด์เงินที่ยังไม่ได้สัมผัสจะถูกละลายและกำจัดออกจากด้านลบ ผลลัพธ์ที่ได้คือภาพของสิ่งที่อยู่ด้านหน้าเลนส์ โดยมีการจัดเรียงเฉดสีใหม่ - ส่วนที่สว่างกลายเป็นสีเข้มและในทางกลับกัน (เชิงลบ)

เพื่อให้ได้ภาพถ่ายที่เป็นบวก จำเป็นต้องส่องกระดาษภาพถ่ายที่เคลือบด้วยโบรไมด์เงินชนิดเดียวกันผ่านด้านลบเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากการพัฒนาและการรวมเข้าด้วยกัน คุณจะได้รับผลลบจากผลลบ เช่น ผลบวกซึ่งส่วนสว่างและส่วนมืดจะสอดคล้องกับแสงและ ส่วนที่มืดเรื่อง.

เพื่อให้ได้ภาพคุณภาพสูง คุ้มค่ามากมีการโฟกัส - รวมภาพกับฟิล์มหรือเพลท ในการทำเช่นนี้ ผนังด้านหลังของกล้องเก่าถูกทำให้สามารถเคลื่อนย้ายได้ แทนที่จะใช้แผ่นไวต่อแสง กลับใช้กระจกฝ้าแทน โดยการเคลื่อนอันหลังทำให้เกิดภาพที่คมชัดด้วยตา จากนั้นแผ่นกระจกก็ถูกแทนที่ด้วยแผ่นไวแสงและถ่ายรูป

กล้องสมัยใหม่ใช้เลนส์แบบยืดหดได้ซึ่งเชื่อมต่อกับเรนจ์ไฟนเนอร์ในการโฟกัส ในกรณีนี้ ปริมาณทั้งหมดที่รวมอยู่ในสูตรเลนส์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ระยะห่างระหว่างเลนส์กับฟิล์มจะเปลี่ยนจนกว่าจะตรงกับ f หากต้องการเพิ่มความชัดลึกของสนาม - ระยะทางตามแกนแสงหลักที่วัตถุถูกถ่ายภาพอย่างคมชัด - เลนส์จะมีรูรับแสง กล่าวคือ ช่องเปิดจะลดลง แต่จะเป็นการลดปริมาณแสงที่เข้าสู่อุปกรณ์และเพิ่มเวลารับแสงที่ต้องการ

การส่องสว่างของภาพที่แหล่งกำเนิดแสงเป็นเลนส์จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของช่องเปิด ซึ่งในทางกลับกันจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลาง d2 การส่องสว่างยังเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิดไปยังภาพ ในกรณีของเราเกือบจะเป็นกำลังสองของทางยาวโฟกัส F ดังนั้น การส่องสว่างจึงเป็นสัดส่วนกับเศษส่วน d2/F2 ซึ่งเรียกว่ารูรับแสงของเลนส์ รากที่สองของอัตราส่วนรูรับแสงเรียกว่ารูรับแสงสัมพัทธ์และมักจะระบุไว้บนเลนส์ในรูปแบบของคำจารึก: 1: F: d กล้องสมัยใหม่มีอุปกรณ์มากมายที่ทำให้ช่างภาพทำงานได้ง่ายขึ้นและเพิ่มขีดความสามารถ (เริ่มอัตโนมัติ ชุดเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสต่างกัน มาตรวัดแสง รวมถึงเลนส์อัตโนมัติ การโฟกัสอัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติ ฯลฯ) แพร่หลาย การถ่ายภาพสี- อยู่ในขั้นตอนการเรียนรู้ - การถ่ายภาพสามมิติ

ดวงตา

ดวงตาของมนุษย์จากมุมมองทางแสงมันเป็นกล้องตัวเดียวกัน (รูปที่ 23) รูปภาพเดียวกัน (จริง ลดขนาด กลับด้าน) ถูกสร้างขึ้นบน ผนังด้านหลังดวงตา - ไวต่อแสง มาคูลาซึ่งจุดสิ้นสุดพิเศษของเส้นประสาทตา - โคนและแท่ง - มีความเข้มข้น การกระตุ้นด้วยแสงจะถูกส่งไปยังเส้นประสาทในสมองและทำให้เกิดความรู้สึกในการมองเห็น ดวงตามีเลนส์ - เลนส์, ไดอะแฟรม - รูม่านตา, แม้กระทั่งฝาครอบเลนส์ - เปลือกตา ดวงตามีความล้ำหน้ากว่ากล้องสมัยใหม่ในหลาย ๆ ด้าน โดยจะโฟกัสอัตโนมัติโดยการวัดความโค้งของเลนส์ภายใต้การทำงานของกล้ามเนื้อตา เช่น การเปลี่ยนทางยาวโฟกัส ไดอะแฟรมอัตโนมัติ - โดยการบีบรูม่านตาเมื่อย้ายจากห้องมืดไปห้องสว่าง ดวงตาสร้างภาพสีและ "จดจำ" ภาพที่มองเห็นได้ โดยทั่วไปแล้ว นักชีววิทยาและแพทย์สรุปว่าดวงตาเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่อยู่บริเวณขอบนอก

การมองเห็นด้วยตาสองข้างช่วยให้คุณมองเห็นวัตถุด้วย ด้านที่แตกต่างกันกล่าวคือ เพื่อดำเนินการการมองเห็นสามมิติ ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลองว่าเมื่อมองด้วยตาข้างเดียว รูปภาพจากระยะ 10 เมตรจะดูเรียบๆ (โดยฐาน - ระยะห่างระหว่างจุดที่สุดของรูม่านตา - เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของรูม่านตา) เมื่อมองด้วยตาสองข้างเราจะเห็นภาพแบนจากระยะ 500 ม. (ฐานคือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางแสงของเลนส์) กล่าวคือ เราสามารถกำหนดขนาดของวัตถุด้วยตาว่าวัตถุใดอยู่ใกล้หรือไกลกว่านั้นและอยู่ใกล้แค่ไหน

ในการเพิ่มความสามารถนี้คุณต้องเพิ่มฐานซึ่งทำได้ในกล้องส่องทางไกลแบบแท่งปริซึมและใน หลากหลายชนิดเรนจ์ไฟนเดอร์ (รูปที่ 17)

ข้าว. 17

แต่เช่นเดียวกับทุกสิ่งในโลกแม้กระทั่งสิ่งนี้ การสร้างที่สมบูรณ์แบบธรรมชาติก็เหมือนกับดวงตาที่ไม่มีข้อบกพร่อง ประการแรก ดวงตาตอบสนองต่อแสงที่มองเห็นได้เท่านั้น (และด้วยความช่วยเหลือของการมองเห็น เราจึงรับรู้ข้อมูลได้มากถึง 90% ของข้อมูลทั้งหมด) ประการที่สอง ดวงตามีความเสี่ยงต่อโรคต่างๆ มากมาย โดยที่พบบ่อยที่สุดคือสายตาสั้น - รังสีเข้ามาใกล้เรตินามากขึ้น (รูปที่ 18) และสายตายาว - ภาพที่คมชัดด้านหลังเรตินา (รูปที่ 19)

รูปที่ 18

ข้าว. 19

ในทั้งสองกรณี ภาพเบลอจะถูกสร้างขึ้นบนเรตินา ทัศนศาสตร์สามารถช่วยรักษาโรคเหล่านี้ได้ กรณีสายตาสั้นต้องเลือกแว่นตาที่มีเลนส์เว้าให้เหมาะสม พลังงานแสง- ในทางกลับกัน สายตายาวจำเป็นต้องช่วยให้ดวงตานำรังสีมารวมกันที่เรตินา เช่น กระจกต้องนูนและมีกำลังแสงที่เหมาะสมด้วย

ด้วยความช่วยเหลือของเลนส์ คุณไม่เพียงแต่สามารถรวบรวมหรือกระจายรังสีของแสงได้ แต่อย่างที่คุณทราบ คุณยังสามารถรับภาพวัตถุต่างๆ ได้อีกด้วย เราจะพยายามถ่ายภาพหลอดไฟหรือเทียนที่ส่องสว่างโดยใช้เลนส์ที่มาบรรจบกัน

มาดูเทคนิคการสร้างภาพกัน ในการสร้างจุด รังสีเพียงสองเส้นก็เพียงพอแล้ว ดังนั้นจึงเลือกคานสองอันดังกล่าวซึ่งทราบเส้นทางแล้ว นี่คือรังสีที่ขนานกับแกนแสงของเลนส์ ซึ่งเมื่อผ่านเลนส์จะตัดแกนแสงที่โฟกัส รังสีที่สองผ่านศูนย์กลางของเลนส์และไม่เปลี่ยนทิศทาง

คุณรู้อยู่แล้วว่าทั้งสองด้านของเลนส์บนแกนแสงมีโฟกัสของเลนส์ F ถ้าเราวางเทียนระหว่างเลนส์กับโฟกัส จากนั้นในด้านเดียวกันของเลนส์ที่มีเทียนอยู่ เราก็ จะเห็นภาพขยายของเทียนซึ่งเป็นภาพโดยตรง ( รูปที่ 157)

ข้าว. 157. ภาพเทียนโดยตรง

หากวางเทียนไว้ด้านหลังโฟกัสของเลนส์ ภาพนั้นจะหายไป แต่อีกด้านหนึ่งของเลนส์ ซึ่งอยู่ห่างจากจุดโฟกัสนั้น ภาพใหม่จะปรากฏขึ้น ภาพนี้จะถูกขยายและกลับด้านโดยสัมพันธ์กับเทียน

ขอให้เราใช้ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงถึงเลนส์ให้มากกว่าสองเท่าของทางยาวโฟกัสของเลนส์ (รูปที่ 158) เราแสดงด้วยตัวอักษร d, d > 2F ด้วยการเลื่อนหน้าจอไปด้านหลังเลนส์ เราจะได้ภาพแหล่งกำเนิดแสง (วัตถุ) ที่แท้จริง ที่ย่อขนาดและกลับด้าน สัมพันธ์กับเลนส์ รูปภาพจะอยู่ระหว่างโฟกัสและสองเท่าของทางยาวโฟกัส กล่าวคือ

เอฟ< f < 2F.

ข้าว. 158. ภาพที่เลนส์กำหนดเมื่อระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแสงมากกว่าโฟกัสสองเท่า

ภาพนี้สามารถรับได้โดยใช้กล้อง

หากคุณนำวัตถุเข้ามาใกล้เลนส์มากขึ้น ภาพกลับด้านของวัตถุจะเคลื่อนออกจากเลนส์ และขนาดของภาพจะเพิ่มขึ้น เมื่อวัตถุอยู่ระหว่างจุด F และ 2F เช่น F< d < 2F, его действительное, увеличенное и перевёрнутое изображение будет находиться за двойным фокусным расстоянием линзы (рис. 159)

ข้าว. 159. ภาพที่เลนส์มอบให้เมื่อวัตถุอยู่ระหว่างโฟกัสและโฟกัสคู่

หากวางวัตถุไว้ระหว่างโฟกัสกับเลนส์ เช่น ง< F, то его изображение на экране не получится. Посмотрев на свечу через линзу, мы увидим จินตนาการโดยตรงและ ภาพที่ขยาย(รูปที่ 160) มันอยู่ระหว่างโฟกัสและโฟกัสคู่เช่น

เอฟ< f < 2F.

ข้าว. 160. ภาพที่เลนส์มอบให้เมื่อวัตถุอยู่ระหว่างโฟกัสกับเลนส์

ดังนั้น ขนาดและตำแหน่งของภาพของวัตถุในเลนส์ที่มาบรรจบกันจึงขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับเลนส์

ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากเลนส์ที่วัตถุตั้งอยู่ คุณจะได้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้น (F< d < 2F), или уменьшенное (d >2F)

ให้เราพิจารณาการสร้างภาพที่ได้รับโดยใช้เลนส์แยก

เนื่องจากรังสีที่ส่องผ่านจะแยกออกจากกัน เลนส์ที่แยกออกจึงไม่ให้ภาพที่แท้จริง

รูปที่ 161 แสดงการสร้างภาพของวัตถุในเลนส์แยก

ข้าว. 161. การสร้างภาพในเลนส์ที่แยกออก

เลนส์ที่แยกออกให้ ลดขนาดภาพเสมือนโดยตรงซึ่งอยู่ด้านเดียวกับเลนส์กับวัตถุ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับเลนส์

คำถาม

1. คุณสมบัติอะไรของเลนส์ที่ทำให้เลนส์เหล่านี้สามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา?
2. อะไรทำให้ภาพที่ถ่ายโดยเลนส์บรรจบกันเปลี่ยนแปลง
3. จากรูปที่ 159 และ 160 บอกเราว่าภาพของวัตถุถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร และคุณสมบัติของภาพนี้เป็นอย่างไร มันอยู่ที่ไหน?
4. จากรูปที่ 158 บอกเราภายใต้เงื่อนไขที่เลนส์ให้ภาพจริงของวัตถุลดลง
5. เพราะเหตุใดรูปภาพของวัตถุในรูปที่ 158 และ 159 จึงใช้ได้
6. ยกตัวอย่างการใช้เลนส์ในอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา
7. เหตุใดเลนส์เว้าจึงไม่ให้ภาพที่แท้จริง
8. จากรูปที่ 161 บอกเราว่าภาพถูกสร้างขึ้นในเลนส์แยกส่วนอย่างไร มันเป็นอย่างไร?

แบบฝึกหัดที่ 49

คำแนะนำสำหรับแบบฝึกหัดที่ 49

หากต้องการเรียนรู้วิธีสร้างภาพของวัตถุที่ได้รับจากเลนส์และอุปกรณ์เชิงแสงที่ซับซ้อนมากขึ้นอย่างถูกต้อง การวาดภาพจะต้องดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้:

1. วาดเลนส์แล้ววาดแกนแสง
2. ทั้งสองด้านของเลนส์ให้ใส่ทางยาวโฟกัสและทางยาวโฟกัสสองเท่า (ในภาพวาดจะมีความยาวตามอำเภอใจ แต่จะเหมือนกันทั้งสองด้านของเลนส์)
3. วาดวัตถุตามที่ระบุไว้ในงาน
4. วาดเส้นทางของรังสีสองเส้นที่เล็ดลอดออกมาจากจุดสูงสุดของวัตถุ
5. ใช้จุดตัดของรังสีที่ผ่านเลนส์ (จริงหรือจินตภาพ) วาดภาพของวัตถุ
6. สรุป: ได้รับภาพอะไรและอยู่ที่ไหน