Номер 69.6, страница 236 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 69. Линзы. Глава 9. Оптические явления - номер 69.6, страница 236.

69.6 [1588] Как, используя в качестве источника света Солнце, приблизительно определить фокусное расстояние собирающей линзы?

69.6 [1588]

Решение

Чтобы приблизительно определить фокусное расстояние собирающей линзы, используя Солнце в качестве источника света, необходимо выполнить следующие шаги, основанные на свойствах линзы и удаленности Солнца.

1. Теоретическое обоснование. Солнце находится на очень большом расстоянии от Земли. Из-за этого световые лучи, приходящие от него, можно считать практически параллельными друг другу. Собирающая линза обладает свойством преломлять параллельный пучок лучей, идущий вдоль её главной оптической оси, таким образом, что после прохождения через линзу все лучи собираются в одной точке. Эта точка называется главным фокусом линзы, а расстояние от оптического центра линзы до главного фокуса называется фокусным расстоянием ($F$).

Формула тонкой линзы связывает расстояние от линзы до предмета ($d$), расстояние от линзы до изображения ($f$) и фокусное расстояние ($F$):

$\frac{1}{d} + \frac{1}{f} = \frac{1}{F}$

Поскольку расстояние до Солнца ($d$) очень велико ($d \rightarrow \infty$), величина, обратная этому расстоянию, стремится к нулю ($\frac{1}{d} \rightarrow 0$). Тогда формула упрощается:

$0 + \frac{1}{f} = \frac{1}{F}$, откуда следует, что $f \approx F$.

Это означает, что изображение очень удаленного объекта (Солнца) будет формироваться в фокальной плоскости линзы, то есть на расстоянии, равном её фокусному расстоянию.

2. Практический метод.

• Возьмите собирающую линзу и направьте её на Солнце.
• За линзой расположите экран (например, лист бумаги, стену или любую другую поверхность).
• Перемещайте экран вдоль главной оптической оси (линии, перпендикулярной плоскости линзы и проходящей через её центр) ближе или дальше от линзы.
• Найдите такое положение экрана, при котором на нем получится наиболее чёткое, маленькое и яркое изображение Солнца в виде светящейся точки. Это и будет фокус линзы.
• Измерьте расстояние от центра линзы до экрана с помощью линейки или рулетки. Это измеренное расстояние и будет приблизительным значением фокусного расстояния линзы.

Внимание: Нельзя смотреть на Солнце через линзу, так как это может привести к необратимому повреждению глаз из-за высокой концентрации солнечной энергии.

Ответ: Необходимо направить линзу на Солнце и получить на экране (например, листе бумаги) его чёткое изображение в виде яркой точки. Расстояние от линзы до экрана, измеренное линейкой, будет приблизительно равно фокусному расстоянию линзы.