5.1.5. Линза. Основные параметры линз

С ферическая линза – прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Одна поверхность линзы может быть плоской. Радиус кривизны такой поверхности равен бесконечности.

Тонкая линза – линза, толщина которой гораздо меньше радиусов кривизны ее поверхностей.

Главная оптическая ось – прямая, проходящая через центры кривизны обеих сферических поверхностей линзы.

Оптический центр линзы – точка, проходя через которую луч не испытывает преломления.

Побочная оптическая ось линзы – всякая прямая, проходящая через оптический центр под углом к главной оптической оси.

Главный фокус – точка, через которую проходят лучи, параллельные главной оптической оси, после преломления в линзе (обозначается буквой F).

Главный фокус линзы может быть как действительным (если через него проходят сами лучи), так и мнимым (если через него проходят продолжения лучей).

Фокусное расстояние – расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса (обозначается буквой F).

Фокальная плоскость – плоскость, перпендикулярная к главной оптической оси линзы и проходящая через главный фокус линзы.

Побочный фокус – точка пересечения фокальной плоскости с побочной оптической осью линзы.

Собирающая линза – линза, отклоняющая световые лучи к главной оптической оси. Собирающей будет двояковыпуклая стеклянная линза в воздухе.

На рисунке 34 приведено условное изображение собирающей линзы.

Рассеивающая линза – линза, отклоняющая световые лучи от главной оптической оси. Рассеивающей будет двояковогнутая стеклянная линза в воздухе.

На рисунке 35 приведено условное изображение рассеивающей линзы.

5.1.6. Построение хода пучка параллельных лучей и изображения точечного источника света в линзе

Для построения хода пучка параллельных лучей в линзе необходимо: 1) определить луч, идущий вдоль побочной оптической оси линзы (или вдоль главной оптической оси, если пучок лучей параллелен ей); 2) построить соответствующую фокальную плоскость (за линзой, если линза – собирающая, и перед линзой, если линза – рассеивающая); 3) найти побочный фокус F' линзы (или главный фокус F, если пучок лучей параллелен главной оптической оси); 4) провести лучи за линзой так, чтобы они прошли через побочный фокус F' линзы (или через главный фокус F линзы, если лучи параллельны главной оптической оси) в случае, если линза – собирающая, или чтобы через побочный фокус линзы прошли продолжения лучей, если линза – рассеивающая.

Если в пучке параллельных лучей нет луча, проходящего через оптический центр линзы, то его необходимо провести дополнительно (сохраняя при этом параллельность лучам пучка).

На рисунках 36-39 приведено построение хода пучков лучей, параллельных и непараллельных главной оптической оси собирающей и рассеивающей линз.

Д ля построения изображения точечного источника света (светящейся точки) необходимо: 1) выбрать любые два луча от источника S, ход которых нам известен (луч, идущий параллельно главной оси линзы; луч, идущий через оптический центр линзы); 2) построить ход этих лучей после преломления в линзе; 3) получить изображение S' на пересечении этих лучей или их продолжений.

Мнимое изображение – изображение, которое получается на пересечении продолжений лучей.

На рисунках 40 – 43 приведено построение изображения точечного источника в собирающей и рассеивающей линзах для двух случаев: 1) светящаяся точка находится за главным фокусом линзы; 2) светящаяся точка находится между линзой и ее главным фокусом.

Для построения изображения точечного источника, расположенного на главной оптической оси линзы, необходимо: 1) бросить два луча (один из них – вдоль главной оптической оси (он пойдет далее, не преломляясь), другой – под любым углом к главной оптической оси линзы); 2) для построения хода второго луча нарисовать вспомогательный (дополнительный) луч, идущий параллельно второму лучу, но через оптический центр линзы, и изобразить фокальную плоскость линзы; 3) обозначить побочный фокус как точку пересечения вспомогательного луча и фокальной плоскости линзы; 4) провести второй луч от линзы через побочный фокус до пересечения с главной оптической осью; 5) определить изображение S' как точку пересечения второго луча с главной оптической осью линзы.

На рисунках 44 – 47 приведено построение изображения точечного источника в собирающей и рассеивающей линзах для двух случаев: 1),светящаяся точка находится за главным фокусом линзы; 2) светящаяся точка находится между линзой и ее главным фокусом.

На рисунках 48, 49 изображен дальнейший ход пучка сходящихся лучей после преломления в собирающей и рассеивающей линзах. Источник (предмет) для обоих случаев – мнимый, так как точка S является вершиной пучка мнимых продолжений лучей, падающих на линзу. Изображение S' мнимого источника (предмета) в собирающей линзе – действительное (рис. 48), в рассеивающей – мнимое (рис. 49).