Οπτική

Εστιακό σημείο — παράλληλες ακτίνες

Αντικείμενο στο F: οι εξερχόμενες ακτίνες είναι παράλληλες και η εικόνα σχηματίζεται στο άπειρο.

Εστιακό σημείο — παράλληλες ακτίνες — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Αντικείμενο στο F: οι εξερχόμενες ακτίνες είναι παράλληλες και η εικόνα σχηματίζεται στο άπειρο. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Εστιακό σημείο

Τοποθέτησε το αντικείμενο στο εστιακό σημείο: οι εξερχόμενες ακτίνες είναι παράλληλες και η εικόνα σχηματίζεται στο άπειρο.

Όταν το αντικείμενο βρίσκεται ακριβώς στο εστιακό σημείο, οι διαθλώμενες ακτίνες φεύγουν από τον φακό παράλληλες — η εικόνα σχηματίζεται στο άπειρο. Αυτή η οριακή περίπτωση χωρίζει τις πραγματικές εικόνες (αντικείμενο έξω από F) από τις φαινομενικές (αντικείμενο μέσα στο F). Η προεπιλογή κάνει τις παράλληλες εξερχόμενες ακτίνες εύκολα αναγνώρισιμες στο διάγραμμα ακτίνων.

• d_o = f → d_i → ∞
• Οι ακτίνες εξέρχονται παράλληλες

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Καθώς ένα αντικείμενο πλησιάζει την εστιακή απόσταση συγκεντρωτικού φακού από πέραν αυτής, τι θα γίνει με την απόσταση εικόνας;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Η απόσταση εικόνας συρρικνώνεται προς το μηδέν.
• Η απόσταση εικόνας μένει περίπου σταθερή.
• Η απόσταση εικόνας μεγαλώνει απεριόριστα, αποκλίνουσα στο άπειρο ακριβώς καθώς το αντικείμενο φτάνει το εστιακό σημείο.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Απόσταση αντικειμένου d_o (cm)

Τι μετράς:

• Απόσταση εικόνας d_i (cm)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή focal-point και πάτησε Επαναφορά. Η εστιακή απόσταση του φακού είναι σταθερή στα 10 cm.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη απόστασης εικόνας.
3. Ρύθμισε την απόσταση αντικειμένου για κάθε δοκιμή (πλησιάζοντας την εστιακή απόσταση από πέραν αυτής) και κατέγραψε την απόσταση εικόνας.

Κυρίαρχη εξίσωση

Εξίσωση λεπτού φακού κοντά στο εστιακό σημείο — dᵢ = dₒ·f/(dₒ − f)

Καθώς η απόσταση αντικειμένου d_o πλησιάζει την εστιακή απόσταση f, ο παρονομαστής (d_o − f) στο d_i = d_o·f/(d_o − f) πλησιάζει το μηδέν, στέλνοντας την απόσταση εικόνας στο άπειρο — η εικόνα «δραπετεύει» σε σημείο στο άπειρο.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε d_i = d_o·f/(d_o − f) χρησιμοποιώντας f = 10 cm. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε, χρησιμοποιώντας την εξίσωση λεπτού φακού, γιατί το d_o − f που πλησιάζει το μηδέν (από τη θετική πλευρά) στέλνει το d_i προς θετικό άπειρο.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Όταν το αντικείμενο κάθεται ακριβώς στο εστιακό σημείο, ακτίνες που φεύγουν από τον φακό εξέρχονται τέλεια παράλληλες — εικόνα «στο άπειρο». Εξήγησε γιατί φάρος ή προβολέας τοποθετεί τη λάμπα του ακριβώς στο εστιακό σημείο του φακού (ή καθρέφτη) του.
• Αυτή η ακριβής διάταξη — πηγή στο εστιακό σημείο που παράγει παράλληλες εξερχόμενες ακτίνες — λέγεται κολιμάτορας, που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία παράλληλων δεσμών για όργανα εργαστηρίου. Γιατί οι επιστήμονες μπορεί να χρειαστούν δέσμη τέλεια παράλληλου φωτός για ορισμένα πειράματα;

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Καλώς όρισες στο Εστιακό σημείο
2. Επίλεξε το αντικείμενο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Οι ακτίνες εξέρχονται παράλληλες
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Η εξίσωση λεπτού φακού