Задание 2, страница 143 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

Рассмотрите рисунки 171 и 172.

Охарактеризуйте направление лучей, изображенных на рисунке 172.

Сравните с ходом лучей в собирающей линзе. Укажите сходства и различия в ходе лучей.

Изобразите ход луча 4 для рассеивающей линзы.

Рис. 171. Ход лучей в собирающей линзе

Рис. 172. Ход лучей в рассеивающей линзе

Охарактеризуйте направление лучей, изображенных на рисунке 172.

На рисунке 172 показан ход лучей в рассеивающей линзе. Для построения изображений в таких линзах используются следующие характерные лучи:

• Луч 1: Луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси. После преломления в линзе он выходит так, что его мнимое продолжение проходит через передний (мнимый) фокус линзы $\text{F}$. На рисунке это луч 1, который после преломления становится лучом 1'.
• Луч 2: Луч, проходящий через оптический центр линзы $\text{O}$. Этот луч не преломляется и не меняет своего направления. На рисунке это луч 2, который становится лучом 2'.
• Луч 3: Луч, направленный в задний (действительный) фокус линзы $\text{F}$. После преломления в линзе этот луч распространяется параллельно главной оптической оси. На рисунке это луч 3, который после преломления становится лучом 3'.

Ответ: Лучи, проходящие через рассеивающую линзу, преломляются таким образом, что они рассеиваются, то есть отклоняются от главной оптической оси. Луч, параллельный оси, преломляется так, что его мнимое продолжение проходит через передний фокус. Луч, идущий через оптический центр, не меняет направления. Луч, направленный в задний фокус, после преломления идет параллельно главной оптической оси.

Сравните с ходом лучей в собирающей линзе. Укажите сходства и различия в ходе лучей.

Сравним ход лучей в рассеивающей линзе (рис. 172) с ходом лучей в собирающей линзе (рис. 171).

Сходства:

• Единственное сходство заключается в ходе луча, проходящего через оптический центр $\text{O}$. И в собирающей, и в рассеивающей линзе такой луч не преломляется и сохраняет свое направление (луч 2 на обоих рисунках).

Различия:

• Луч, параллельный главной оптической оси (луч 1):
  • В собирающей линзе он после преломления проходит через задний (действительный) фокус $\text{F}$.
  • В рассеивающей линзе он после преломления расходится так, что его мнимое продолжение проходит через передний (мнимый) фокус $\text{F}$.
• Луч, связанный с фокусом (луч 3):
  • В собирающей линзе луч, проходящий через передний фокус $\text{F}$, после преломления выходит параллельно главной оптической оси.
  • В рассеивающей линзе луч, направленный в задний фокус $\text{F}$, после преломления выходит параллельно главной оптической оси.
• Общий характер действия:
  • Собирающая линза преобразует параллельный пучок лучей в сходящийся.
  • Рассеивающая линза преобразует параллельный пучок лучей в расходящийся.

Ответ: Сходство заключается в том, что луч, проходящий через оптический центр, не меняет направления в обоих типах линз. Различия кардинальны: собирающая линза собирает лучи, а рассеивающая – рассеивает их. Лучи, параллельные оси, в собирающей линзе идут в задний фокус, а в рассеивающей их продолжения выходят из переднего фокуса. Чтобы после линзы луч пошел параллельно оси, в собирающей он должен пройти через передний фокус, а в рассеивающей он должен быть направлен в задний фокус.

Изобразите ход луча 4 для рассеивающей линзы.

На рисунке 171 луч 4 — это луч, который проходит через точку двойного фокусного расстояния ($\text{2F}$) и падает на линзу. Чтобы построить ход аналогичного произвольного луча в рассеивающей линзе, используется метод построения с помощью побочной оптической оси.

Порядок построения:

1. Рисуем падающий луч 4, который проходит через точку $\text{2F}$ и падает на рассеивающую линзу в точке $\text{A}$.
2. Через оптический центр линзы $\text{O}$ проводим вспомогательную (побочную) оптическую ось, параллельную падающему лучу 4.
3. В переднем фокусе $\text{F}$ строим фокальную плоскость (вертикальная линия, перпендикулярная главной оптической оси).
4. Находим точку пересечения побочной оптической оси с фокальной плоскостью. Это побочный фокус $F'$.
5. Все параллельные лучи (включая наш луч 4) после преломления в рассеивающей линзе должны идти так, как будто они вышли из соответствующего им побочного фокуса $F'$.
6. Таким образом, преломленный луч является продолжением прямой, соединяющей побочный фокус $F'$ и точку падения луча на линзу $\text{A}$.

Схематичное изображение построения показано на рисунке ниже:

На рисунке показан ход луча 4 (синяя линия), который проходит через точку $\text{2F}$ и попадает на линзу в точке $\text{A}$. Вспомогательная побочная ось (голубая пунктирная линия) проведена параллельно лучу 4 через центр линзы $\text{O}$. Фокальная плоскость (оранжевая пунктирная линия) пересекается с побочной осью в точке побочного фокуса $F'$. Преломленный луч выходит из точки $\text{A}$ так, что его мнимое продолжение (синяя пунктирная линия) проходит через точку $F'$.

Ответ: Ход произвольного луча, такого как луч 4, в рассеивающей линзе строится с помощью побочной оптической оси, параллельной данному лучу. Преломленный луч пойдет так, что его мнимое продолжение пройдет через точку пересечения этой побочной оси с передней фокальной плоскостью.