Построение оптического изображения

Свет, исходящий из какой-либо точки предмета (источника), после преломления в линзе снова собирается в одну точку (изображение), независимо от того, через какую часть линзы прошли лучи. Если по выходе из линзы лучи сходятся, они образуют действительное изображение точки. В случае же, когда прошедшие через линзу лучи являются расходящимися, пересекаются в одной точке не сами лучи, а их продолжения. Изображение тогда мнимое. Изображением протяженного объектаназывается множество изображений его точек. Например, благодаря линзе на экране получается увеличенное перевернутое изображение статуэтки. Именно благодаря этой способности линзы широко используются на практике.

Предмет, изображение которого мы получаем, может находиться на различных расстояниях от линзы (d). В зависимости от этого изображение предмета может получиться различным. Например, если расстояние от предмета до собирающей линзы больше ее фокусного расстояния, но меньше двойного фокусного расстояния (F < d < 2F), то линза даст увеличенное, перевернутое и действительное изображение предмета (см. вторую строку таблицы). Изображение, созданное линзой, характеризуют по размерам, прямое или обратное, действительное или воображаемое, и показывают расположение относительно линзы.

Изображение, даваемое собирающей линзой:

d < F	увеличенное	прямое	мнимое
F < d < 2F	увеличенное	перевернутое	действительное
d < 2F	уменьшенное	перевернутое	действительное

Если изображение действительное, его можно увидеть на экране. При этом изображение можно видеть из любого места в комнате, из которого только виден сам экран. Если же изображение мнимое, то на экране его получить нельзя, а можно лишь увидеть глазом. Рассеивающие линзы дают уменьшенное прямое мнимое изображение при любом расстоянии от предмета до линзы.

Для построения изображения достаточно выбрать два из трех стандартных лучей:

• луч, параллельный главной оптической оси, после преломления проходит через главный фокус;

• луч, совпадающий с побочной осью, проходит без преломления через оптический центр линзы;

• луч, проходящий через главный оптический фокус, после преломления идет параллельно главной оптической оси.

Построение изображения в собирающей линзе.

Расстояние предмета от линзы обозначают буквой d . Фокусное расстояние, как и сам фокус, обозначают буквою F. Введем понятие двойного фокусного расстояния, которое обозначают 2F. Пусть предмет (стрелка АВ) находится за двойным фокусным расстоянием от собирающей линзы (рис. слева): d > 2 F. Чтобы построить изображение точки В, используем два «удобные» луча: первый луч проведем параллельно к главной оптической оси, после преломления он пройдёт через главный фокус; другой луч проходит через оптический центр линзы не преломляясь. На пересечении преломленных лучей находится точка В1 — изображение точки В. Поскольку стрелка АВ перпендикулярна к главной оптической оси, то её изображение также перпендикулярно к главной оптической оси. Имеем изображениеА1 В1 - уменьшенное, обратное, действительное и расположенное между фокусом и двойным фокусом.

Построение изображения в рассеивающей линзе.

Предмет АВ находится за фокусом рассеивающей линзы (рис. справа). Снова используем «удобные» лучи: первый луч идёт параллельно к г лавной оптической оси и преломляется линзой так, что его продолжение проходит через фокус (пунктир на рисунке); второй луч, не преломляясь, проходит через оптический центр линзы.

На пересечении второго луча и продолжении хода первого луча имеем изображение точки В - точку В1. Опускаем перпендикуляр на главную оптическую ось из точки В1 и получаем точку А1 - изображение точки А.

Следовательно, А1 В1 - уменьшенное, прямое, воображаемое изображение, расположенное между воображаемым фокусом и линзой.

Рассмотрим несколько случаев построения изображений в зависимости от места, где находится предмет.