Номер 7, страница 108 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

7. Из каких оптических элементов состоит телескоп (зрительная труба)? Как определяется его угловое увеличение? Объясните принцип работы телескопа, исходя из ходов лучей в нем.

Из каких оптических элементов состоит телескоп (зрительная труба)?

Простейший телескоп-рефрактор (зрительная труба, например, телескоп Кеплера) состоит из двух основных оптических элементов, установленных на одной оси внутри трубы:

1. Объектив — это длиннофокусная собирающая линза (или система линз), которая обращена к наблюдаемому объекту. Главная задача объектива — собрать как можно больше света от удаленного объекта и построить его действительное, перевернутое и уменьшенное изображение в своей фокальной плоскости. Чем больше диаметр объектива, тем больше света он собирает и тем более тусклые объекты можно наблюдать.

2. Окуляр — это короткофокусная собирающая линза (или система линз), в которую смотрит наблюдатель. Окуляр работает как лупа. Он предназначен для рассматривания и увеличения промежуточного изображения, созданного объективом. Окуляр создает мнимое, сильно увеличенное изображение, которое и видит глаз.

Расстояние между объективом и окуляром в телескопе, настроенном для наблюдения удаленных объектов, примерно равно сумме их фокусных расстояний: $L = F_{об} + F_{ок}$.

Ответ: Телескоп (зрительная труба) состоит из двух основных оптических элементов: длиннофокусной собирающей линзы — объектива, и короткофокусной собирающей линзы — окуляра.

Как определяется его угловое увеличение?

Угловое увеличение телескопа — это основная характеристика, показывающая, во сколько раз угол, под которым виден объект через телескоп, больше угла, под которым он виден невооруженным глазом.

Угловое увеличение $G$ определяется как отношение углового размера изображения, видимого через телескоп ($\psi$), к угловому размеру самого объекта при наблюдении невооруженным глазом ($\alpha$):

$G = \frac{\psi}{\alpha}$

Для телескопа, настроенного для наблюдения удаленных объектов (когда промежуточное изображение находится в фокусе и объектива, и окуляра), угловое увеличение можно рассчитать по простой формуле через фокусные расстояния его основных элементов:

$G = \frac{F_{об}}{F_{ок}}$

где $F_{об}$ — фокусное расстояние объектива, а $F_{ок}$ — фокусное расстояние окуляра.

Из формулы видно, что для получения большого увеличения необходимо использовать объектив с большим фокусным расстоянием и окуляр с малым фокусным расстоянием.

Ответ: Угловое увеличение телескопа определяется как отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра: $G = \frac{F_{об}}{F_{ок}}$.

Объясните принцип работы телескопа, исходя из ходов лучей в нем.

Принцип работы телескопа заключается в двухэтапном процессе формирования изображения, который позволяет увеличить видимый угловой размер удаленного объекта.

1. Формирование промежуточного изображения. Лучи света от очень удаленного объекта (например, планеты или звезды) приходят на объектив практически параллельным пучком. Этот пучок падает на объектив под небольшим углом $\alpha$ к главной оптической оси. Объектив, будучи собирающей линзой, преломляет эти лучи и фокусирует их в своей задней фокальной плоскости. В результате в этой плоскости создается действительное, перевернутое и уменьшенное изображение объекта.

2. Увеличение промежуточного изображения. Окуляр телескопа располагают так, чтобы его передняя фокальная плоскость совпадала с задней фокальной плоскостью объектива, то есть там, где сформировалось промежуточное изображение. Таким образом, это изображение становится предметом для окуляра. Окуляр работает как увеличительное стекло (лупа): лучи, идущие от каждой точки промежуточного изображения, после прохождения через окуляр выходят из него параллельным пучком, но под значительно большим углом $\psi$ к оптической оси.

3. Наблюдение. Глаз наблюдателя, расположенный сразу за окуляром, воспринимает эти выходящие параллельные пучки лучей. Поскольку лучи параллельны, глаз не напрягается (аккомодирует на бесконечность) и видит мнимое, увеличенное и перевернутое изображение объекта "на бесконечности". Так как угол $\psi$ значительно больше исходного угла $\alpha$, объект кажется наблюдателю во столько же раз ближе или крупнее.

Ответ: Принцип работы телескопа основан на том, что объектив собирает свет от удаленного объекта и создает его действительное, перевернутое изображение в своей фокальной плоскости. Затем окуляр, работая как лупа, увеличивает это промежуточное изображение, создавая для глаза наблюдателя мнимое, увеличенное изображение под большим углом зрения.