Задания, страница 267 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Задания

1. Сравните оптические системы глаза и фотоаппарата.

2. Сравните ход лучей в фотоаппарате и проекционном аппарате. В чем различие хода лучей, в чем сходство?

1. Сравните оптические системы глаза и фотоаппарата.

Оптические системы глаза и фотоаппарата имеют много общего, так как фотоаппарат во многом является технической моделью глаза. Однако между ними существуют и принципиальные различия.

Сходства:

Собирающая линза: В фотоаппарате это объектив (состоящий из одной или нескольких линз), а в глазу — роговица и хрусталик. Обе системы действуют как собирающая линза, преломляя световые лучи и фокусируя их.

Формирование изображения: И глаз, и фотоаппарат формируют на светочувствительной поверхности действительное, перевернутое и уменьшенное изображение наблюдаемого объекта.

Регулировка светового потока: В глазу количество поступающего света регулируется радужной оболочкой, которая изменяет диаметр зрачка. В фотоаппарате аналогичную функцию выполняет механическая диафрагма, изменяющая апертуру (относительное отверстие) объектива.

Светочувствительная поверхность: В глазу изображение проецируется на сетчатку, состоящую из светочувствительных клеток (палочек и колбочек). В фотоаппарате эту роль играет ПЗС- или КМОП-матрица (в цифровых аппаратах) либо фотопленка.

Светонепроницаемый корпус: Глазное яблоко покрыто непрозрачной склерой, а у фотоаппарата есть светонепроницаемый корпус (камера-обскура). Это необходимо, чтобы на светочувствительную поверхность попадал только свет, прошедший через оптическую систему.

Различия:

Способ фокусировки (аккомодация): Это ключевое различие. Глаз наводится на резкость, изменяя кривизну своего хрусталика с помощью цилиарных мышц. Это приводит к изменению фокусного расстояния всей оптической системы глаза, в то время как расстояние от хрусталика до сетчатки остается практически неизменным. В фотоаппарате же фокусировка происходит путем изменения расстояния между объективом и светочувствительной матрицей (пленкой). При этом фокусное расстояние объектива остается постоянным (для объективов с фиксированным фокусным расстоянием).

Материалы и природа: Оптическая система глаза — живая, биологическая структура, способная к адаптации и регенерации. Линзы фотоаппарата — жесткие, изготовленные из стекла или оптического пластика.

Обработка информации: Сетчатка глаза не только регистрирует свет, но и выполняет первичную обработку зрительного сигнала, который затем направляется в мозг для окончательного анализа и формирования восприятия. В цифровом фотоаппарате обработку сигнала с матрицы выполняет встроенный процессор, который записывает данные в файл.

Ответ: Глаз и фотоаппарат — оптические аналоги, имеющие собирающую линзу (хрусталик/объектив), диафрагму для регулировки света (радужка/диафрагма) и светочувствительный экран (сетчатка/матрица), на котором формируется действительное, перевернутое и уменьшенное изображение. Основное различие заключается в механизме фокусировки: глаз изменяет фокусное расстояние хрусталика, а фотоаппарат — расстояние от объектива до матрицы.

2. Сравните ход лучей в фотоаппарате и проекционном аппарате. В чем различие хода лучей, в чем сходство?

Фотоаппарат и проекционный аппарат (проектор), несмотря на разные задачи, работают на основе одного и того же принципа геометрической оптики — получения действительного изображения с помощью собирающей линзы.

Сходство:

Оптическая система: В основе обоих приборов лежит собирающая линза или система линз (объектив).

Тип изображения: Оба устройства формируют действительное и перевернутое изображение. Действительное изображение означает, что его можно спроецировать на экран (пленку, матрицу, стену).

Физическая основа: Ход лучей и в фотоаппарате, и в проекторе описывается формулой тонкой линзы: $ \frac{1}{d} + \frac{1}{f} = \frac{1}{F} $, где $d$ — расстояние от линзы до объекта, $f$ — расстояние от линзы до изображения, а $F$ — фокусное расстояние линзы.

Различия:

Назначение и результат: Фотоаппарат служит для получения уменьшенного изображения большого объекта. Проектор, наоборот, служит для получения увеличенного изображения маленького объекта (например, слайда или изображения на ЖК-матрице).

Расположение объекта и изображения относительно фокуса:

В фотоаппарате снимаемый объект находится очень далеко от объектива, на расстоянии $d$, значительно превышающем двойное фокусное расстояние ($d > 2F$). Его изображение получается на небольшом расстоянии $f$ за линзой, вблизи фокальной плоскости ($F < f \le 2F$).

В проекторе объект (слайд) помещают близко к объективу, на расстояние $d$, находящееся между фокусным и двойным фокусным расстоянием ($F < d < 2F$). Его увеличенное изображение при этом формируется на большом расстоянии $f$ от объектива ($f > 2F$) — на экране.

Линейное увеличение:

В фотоаппарате линейное увеличение $ \Gamma = \frac{f}{d} $ всегда меньше единицы ($ \Gamma < 1 $).

В проекторе линейное увеличение всегда больше единицы ($ \Gamma > 1 $).

Направление процесса: С точки зрения оптики, проектор — это "фотоаппарат наоборот". Фотоаппарат "собирает" свет от большого мира в маленькое изображение. Проектор, используя внутренний источник света для подсветки слайда, "разворачивает" маленькое изображение в большое на экране.

Ответ: Сходство фотоаппарата и проектора заключается в использовании собирающей линзы для формирования действительного, перевернутого изображения. Различие состоит в их противоположных задачах и, соответственно, в расположении объекта и изображения относительно линзы: фотоаппарат создает уменьшенное изображение далекого объекта ($d > 2F$), формируя его вблизи фокуса, а проектор создает увеличенное изображение близкого объекта ($F < d < 2F$), формируя его далеко от линзы. Таким образом, проектор является оптически обращенным фотоаппаратом.