Задание 19, страница 227 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 47. Оптические приборы. Обсуди с товарищами - страница 227.

Условие.

Задание 19. Первая зрительная труба (телескоп) — труба Галилея — состояла из собирающей и рассеивающей линз. Начертите принципиальную оптическую схему трубы Галилея, постройте ход лучей в ней. Охарактеризуйте изображение, получаемое с помощью трубы Галилея.

Решение.

Решение 2.

Первая зрительная труба (телескоп) — труба Галилея — состояла из собирающей и рассеивающей линз. Начертите принципиальную оптическую схему трубы Галилея, постройте ход лучей в ней. Охарактеризуйте изображение, получаемое с помощью трубы Галилея.

Труба Галилея представляет собой оптическую систему, состоящую из двух линз, расположенных на одной главной оптической оси. В качестве объектива (линзы, обращенной к наблюдаемому объекту) используется длиннофокусная собирающая линза, а в качестве окуляра (линзы, обращенной к глазу) — короткофокусная рассеивающая линза.

Принципиальная оптическая схема и ход лучей в трубе Галилея

Для наблюдения очень удалённых объектов (например, небесных тел) приходящие от них лучи света можно считать параллельными. В телескопе Галилея оптические элементы располагаются таким образом, чтобы задний (второй) фокус объектива ($F'_{об}$) совпадал с передним (первым) фокусом окуляра ($F_{ок}$).

Ход лучей в телескопе следующий:

1. Параллельный пучок лучей от удалённой точки объекта падает на объектив (собирающую линзу $L_1$) под некоторым углом $\alpha$ к главной оптической оси.

2. Пройдя через объектив, лучи преломляются и направляются в точку, расположенную в задней фокальной плоскости объектива. Если бы окуляра не было, в этой точке ($F'_{об}$ на схеме) сформировалось бы действительное, уменьшенное и перевёрнутое изображение объекта.

3. Однако до того, как лучи сойдутся, на их пути устанавливается окуляр (рассеивающая линза $L_2$). Окуляр расположен так, что его передний фокус ($F_{ок}$) совпадает с задним фокусом объектива ($F'_{об}$). Таким образом, для окуляра сходящиеся лучи ведут себя так, как будто они исходят от мнимого объекта, расположенного в его фокусе.

4. Согласно законам геометрической оптики, пучок лучей, сходящийся в фокусе рассеивающей линзы, после преломления в ней становится параллельным. Этот новый параллельный пучок выходит из окуляра под углом $\beta$ к главной оптической оси, причём угол $\beta$ больше угла $\alpha$.

5. Вышедший из окуляра параллельный пучок лучей попадает в глаз наблюдателя, который (будучи расслаблен) фокусирует их на сетчатке, формируя четкое изображение. Поскольку лучи параллельны, изображение воспринимается как находящееся на бесконечности.

Расстояние между линзами в такой системе равно $L = f_{об} - |f_{ок}|$, где $f_{об}$ — фокусное расстояние объектива, а $f_{ок}$ — фокусное расстояние окуляра (оно отрицательно).

Ответ: Принципиальная оптическая схема и ход лучей показаны на рисунке. Лучи от удалённого объекта входят в объектив, преломляются, направляясь к его заднему фокусу, затем попадают на окуляр, расположенный так, что его передний фокус совпадает с фокусом объектива, и выходят из окуляра параллельным пучком, который попадает в глаз наблюдателя.

Характеристика изображения, получаемого с помощью трубы Галилея

Изображение, видимое в трубу Галилея, имеет следующие характеристики:

Мнимое. Изображение формируется глазом из выходящего из окуляра параллельного пучка лучей и не может быть спроецировано на экран. Наблюдатель видит его как бы внутри трубы или на бесконечности.

Прямое (неперевёрнутое). В отличие от телескопа системы Кеплера, труба Галилея даёт прямое изображение. Его угловое увеличение $\Gamma$ положительно: $\Gamma = \frac{f_{об}}{|f_{ок}|}$. Это свойство сделало телескоп Галилея удобным для земных наблюдений (в качестве подзорной трубы) и для театральных биноклей, которые часто строятся по этой схеме.

Увеличенное. Объект выглядит крупнее, чем при наблюдении невооружённым глазом. Угловое увеличение показывает, во сколько раз угол, под которым виден объект через телескоп ($\beta$), больше угла, под которым он виден без телескопа ($\alpha$).

Находящееся на бесконечности. При стандартной настройке (когда фокусы совмещены) выходящие лучи параллельны, что позволяет наблюдать объекты без напряжения аккомодации глаза, то есть глаз смотрит "вдаль".

Ответ: Изображение, получаемое с помощью трубы Галилея, является мнимым, прямым (неперевёрнутым) и увеличенным.