Номер 3, страница 217 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 45. Изображения, даваемые линзой. Ответь на вопросы - номер 3, страница 217.

Условие.

3. Как меняется характер изображения предмета при увеличении расстояния между предметом и собирающей линзой; рассеивающей линзой?

Решение.

Решение 2.

Характер изображения, создаваемого линзой, зависит от её типа (собирающая или рассеивающая) и от расстояния между предметом и оптическим центром линзы. Проанализируем, как меняется изображение при увеличении этого расстояния для обоих типов линз.

Собирающая линза

Для анализа используется формула тонкой линзы: $ \frac{1}{d} + \frac{1}{f} = \frac{1}{F} $, где $d$ — расстояние от предмета до линзы, $f$ — расстояние от линзы до изображения, а $F$ — фокусное расстояние. Для собирающей линзы $F > 0$. Положение и характер изображения меняются в зависимости от положения предмета относительно фокуса ($F$) и двойного фокуса ($2F$).

• Предмет между фокусом и линзой ($d < F$): Изображение мнимое, прямое, увеличенное. Оно находится с той же стороны от линзы, что и предмет. Когда предмет приближается к фокусу со стороны линзы, изображение быстро удаляется в бесконечность, и его размер стремится к бесконечности. Этот принцип используется в лупе.

• Предмет в фокусе ($d = F$): Лучи от предмета после преломления в линзе идут параллельным пучком. Считается, что изображение не формируется или формируется в бесконечности.

• Предмет между фокусом и двойным фокусным расстоянием ($F < d < 2F$): Изображение действительное, перевёрнутое, увеличенное. Оно формируется за двойным фокусным расстоянием с другой стороны линзы. По мере удаления предмета от фокуса к $2F$, изображение приближается к линзе (от бесконечности к $2F$), а его размер уменьшается.

• Предмет в точке двойного фокусного расстояния ($d = 2F$): Изображение действительное, перевёрнутое, равное по размеру предмету. Оно находится на таком же расстоянии $2F$ с другой стороны линзы.

• Предмет за двойным фокусным расстоянием ($d > 2F$): Изображение действительное, перевёрнутое, уменьшенное. Оно находится между фокусом и двойным фокусным расстоянием с другой стороны линзы. При дальнейшем увеличении расстояния $d$ изображение приближается к фокусу, а его размер стремится к нулю.

Рассеивающая линза

Для рассеивающей линзы фокусное расстояние условно отрицательное ($F < 0$). Независимо от положения предмета, рассеивающая линза всегда даёт мнимое, прямое и уменьшенное изображение. Оно всегда находится с той же стороны от линзы, что и предмет, и расположено между мнимым фокусом и линзой.

При увеличении расстояния $d$ от предмета до рассеивающей линзы (от 0 до бесконечности), мнимое изображение перемещается от положения предмета к мнимому фокусу. При этом размер изображения постоянно уменьшается.

Ответ: При увеличении расстояния от предмета до собирающей линзы характер изображения меняется кардинально: от мнимого, прямого и увеличенного (при $d < F$) до действительного, перевернутого (при $d > F$). Размер действительного изображения сначала уменьшается от бесконечности до натуральной величины (в точке $d=2F$), а затем продолжает уменьшаться, стремясь к точке в фокусе. Для рассеивающей линзы при увеличении расстояния до предмета изображение всегда остается мнимым, прямым и уменьшенным, но оно приближается к фокусу и становится еще меньше по размеру.

4. Линзы являются ключевыми компонентами в большинстве оптических приборов, так как они позволяют управлять световыми лучами — собирать их в точку или рассеивать. Ниже приведены примеры приборов, в которых используются линзы:

• Очки: Используют одиночные собирающие (при дальнозоркости) или рассеивающие (при близорукости) линзы для коррекции зрения, фокусируя изображение точно на сетчатке глаза.

• Лупа (увеличительное стекло): Простейший прибор, состоящий из одной собирающей линзы. Позволяет получить увеличенное мнимое изображение предмета, расположенного ближе фокусного расстояния.

• Фотоаппарат: Объектив фотоаппарата представляет собой сложную систему из нескольких линз, которая строит действительное, перевёрнутое и, как правило, уменьшенное изображение на светочувствительной матрице или плёнке.

• Микроскоп: Состоит как минимум из двух систем линз — объектива и окуляра. Объектив создает увеличенное действительное промежуточное изображение, которое затем рассматривается через окуляр как через лупу, давая итоговое, многократно увеличенное изображение.

• Телескоп-рефрактор: Предназначен для наблюдения за очень далёкими объектами. Состоит из длиннофокусного объектива (собирающая линза) и короткофокусного окуляра.

• Бинокль и подзорная труба: Являются, по сути, компактными зрительными трубами, использующими систему линз и призм для получения прямого (неперевёрнутого) и увеличенного изображения удаленных объектов.

• Проектор: Использует мощный источник света и систему линз (конденсор и объектив) для создания на экране увеличенного действительного изображения с прозрачного носителя (слайда) или цифрового дисплея.

Ответ: Линзы используются в таких оптических приборах, как очки, лупы, фотоаппараты, микроскопы, телескопы, бинокли, проекторы и многих других устройствах, предназначенных для формирования изображений.