Оптика

Собирающая линза — действительное изображение

Предмет за f: с дальней стороны образуется действительное перевёрнутое изображение (m = −dᵢ/dₒ).

Собирающая линза — действительное изображение — интерактивная симуляция (Оптика). Предмет за f: с дальней стороны образуется действительное перевёрнутое изображение (m = −dᵢ/dₒ). Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Изображение в тонкой линзе

Предмет за f: с дальней стороны образуется действительное перевёрнутое изображение (m = −dᵢ/dₒ).

Уравнение тонкой линзы 1/f = 1/d_o + 1/d_i находит изображение. При d_o > f расстояние до изображения положительно, поэтому лучи сходятся в действительное изображение с дальней стороны. Знак минус увеличения отмечает перевёрнутость. Этот пресет ставит предмет за f, чтобы изображение было резким и в масштабе оптической скамьи.

• 1/f = 1/d_o + 1/d_i
• m = −d_i/d_o

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Предмет находится дальше фокуса собирающей линзы. При удалении его от линзы приближается ли действительное изображение по другую сторону к линзе или отдаляется?

Прогнозы для взвешивания

• Ближе к линзе — более далёкий предмет формирует изображение ближе к фокусу.
• Дальше от линзы.
• Расстояние до изображения не зависит от расстояния до предмета.

Роли переменных

Что вы задали:

• Расстояние до предмета d_o (cm)

Что вы измеряете:

• Расстояние до изображения d_i (cm)
• Увеличение m

Как идёт исследование

1. Откройте пресет converging-real и нажмите «Сброс». Фокусное расстояние линзы фиксировано на 10 cm.
2. Включите показания расстояния до изображения и увеличения.
3. Задайте расстояние до предмета для каждой пробы и запишите расстояние до изображения и увеличение.

Определяющее уравнение

Формула тонкой линзы — dᵢ = dₒ·f/(dₒ − f)

У тонкой линзы расстояния до предмета и изображения и фокусное расстояние связаны соотношением 1/f = 1/d_o + 1/d_i. Одно уравнение покрывает и собирающие, и рассеивающие линзы — с учётом знаков расстояний.

Поперечное увеличение — m = −dᵢ/dₒ

Размер изображения относительно предмета равен m = −d_i/d_o. Отрицательное m означает перевёрнутое изображение; |m| > 1 — увеличенное.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите d_i из 1/f = 1/d_o + 1/d_i при f = 10 см, затем m = −d_i/d_o. Сравните оба значения с таблицей.
• По формуле тонкой линзы объясните, почему удаление предмета (рост d_o) прижимает расстояние до изображения к фокусному.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Каждая проба даёт отрицательное увеличение. Объясните, что отрицательное m физически значит для ориентации изображения относительно предмета.
• Объектив фотоаппарата строит действительное изображение на матрице для любого предмета дальше фокуса. По своим данным объясните, почему съёмка очень далёкого объекта (d_o ≫ f) всегда помещает изображение очень близко к фокальной плоскости.

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

1. Ближе или дальше?
2. Отодвиньте предмет дальше
3. Зафиксируйте изображение
4. Откройте данные
5. Объясните свои данные

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Формула тонкой линзы