Обсуди с товарищами, страница 215 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Как, используя в качестве источника света Солнце, оценить фокусное расстояние собирающей линзы?

Решение

Солнце является очень удаленным источником света. Расстояние от Земли до Солнца настолько велико (в среднем около 150 миллионов километров), что световые лучи, приходящие от него на Землю, можно с высокой точностью считать параллельным пучком.

По определению, главный фокус собирающей линзы — это точка на главной оптической оси, в которой после преломления в линзе пересекаются лучи, падающие на неё параллельно этой оси. Расстояние от оптического центра линзы до её главного фокуса называется фокусным расстоянием ($F$).

Теоретически это можно обосновать с помощью формулы тонкой линзы:

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

где $d$ — расстояние от источника света (объекта) до линзы, $f$ — расстояние от линзы до изображения, а $F$ — фокусное расстояние линзы.

Так как Солнце находится очень далеко, расстояние до него $d$ можно считать бесконечно большим ($d \to \infty$). В этом случае величина, обратная расстоянию до объекта, стремится к нулю ($\frac{1}{d} \to 0$). Тогда формула тонкой линзы принимает вид:

$$ 0 + \frac{1}{f} = \frac{1}{F} $$

Отсюда следует, что $f = F$. Это означает, что изображение очень удаленного объекта (Солнца) формируется в фокальной плоскости линзы, и расстояние от линзы до этого изображения равно её фокусному расстоянию.

Исходя из этого, для экспериментальной оценки фокусного расстояния собирающей линзы нужно проделать следующее:

1. Взять собирающую линзу и экран (в качестве экрана можно использовать лист бумаги, стену, землю или любую другую подходящую поверхность).

2. В ясный солнечный день направить линзу на Солнце так, чтобы солнечные лучи проходили через нее перпендикулярно её плоскости.

3. Поместить экран за линзой, параллельно ей.

4. Перемещать экран вдоль главной оптической оси (то есть приближать его к линзе или удалять от нее) до тех пор, пока на нем не появится самое маленькое, самое яркое и самое резкое световое пятно. Это пятно и есть сфокусированное изображение Солнца.

5. С помощью измерительного инструмента (линейки, рулетки) измерить расстояние от оптического центра линзы до экрана в том положении, где было получено наиболее чёткое изображение. Это измеренное расстояние и будет являться искомым фокусным расстоянием линзы.

Ответ: Для оценки фокусного расстояния собирающей линзы необходимо направить её на Солнце и с помощью экрана (например, листа бумаги), расположенного за линзой, получить четкое изображение Солнца в виде маленького яркого пятна. Расстояние от центра линзы до экрана в этом положении, измеренное линейкой, и будет равно фокусному расстоянию линзы. Это основано на том, что лучи от Солнца, как от очень удаленного источника, падают на линзу параллельным пучком и собираются в её фокусе.