Линзой называют прозрачное для света тело, ограниченное

Терещенко А.П.
УРОК «Мастер класс»
Тема: «ДА БУДЕТ СВЕТ!»
Повторительно-обобщающий урок «Законы геометрической оптики.
Линзы» интегрированный с темой по биологии «Органы зрения человека»
Доказано, что более 90% информации об окружающем мире человек
воспринимает с помощью органов зрения. Световые лучи от источников света
или отражённые от различных тел, попадают нам в глаза, рефлекторно
обрабатываются мозгом и воспринимаются.
Основные законы геометрической оптики.
1. Закон прямолинейного распространения света:
- в однородной среде свет распространяется прямолинейно;
- световой луч представляет собой прямую линию;
- на границе двух сред с разной оптической плотностью (разной скоростью
света) свет частично поглощается, отражается и преломляется.
Благодаря избирательному поглощению и отражению составляющих белый
свет цветов, мы воспринимаем цветовую окрашенность предметов.
2. Закон отражения света:
- луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный к
границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости;
- угол падения α равен углу отражения β (см. рис. 1).
Знание законов отражению, по преданию, позволило Архимеду с помощью
сферических зеркал сконцентрировать солнечную энергию и сжечь
неприятельский флот.
Демонстрация: анимационная модель «Законы отражения»
3. Закон преломления света:
- луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный к
границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.
- отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ является
постоянной величиной, называемой относительным показателем преломления
второй среды относительно первой.
sin(α)/sin( γ ) = n21;
Демонстрация: анимационная модель «Законы преломления»,
анимация «Образование миражей»
ЛИНЗЫ.
Линзой называют прозрачное для света тело,
ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Собирающие
- выпуклые линзы (середина линз толще краев).
обозначение:
Рассеивающие
- вогнутые линзы.(края толще середины).
обозначение:
Демонстрация: 3-D модель «Типы линз»
рис. 6
Линзу, у которой толщина пренебрежимо мала по сравнению с радиусами
кривизны поверхностей, ограничивающих линзу, называют тонкой (см. рис. 6).
Точки О1и О2 настолько близки, что путь луча внутри линзы бесконечно мал и
пространственного смещения луча не происходит. Поэтому можно считать,
что лучи испытывают не два преломления, а одно - на плоскости, проходящей
через среднюю точку О.
Основные понятия, используемые для описания хода лучей через линзы
1. Главная оптическая ось - прямая, проходящая через центры
линзообразующих сфер С1 и С2 (см. рис. 6).
2. Оптический центр линзы - точка пересечения главной оптической осью
тонкой (толщина пренебрежимо мала) линзы О.
3. Фокус линзы (F) - точка на главной оптической оси, в которой
пересекаются после преломления лучи (или их продолжения), падающие на
линзу параллельно главной оптической оси. У любой линзы - два фокуса.
Собирающая линза
Лучи, параллельные
главной оптической оси,
собираются в точке на этой
оси, называемой фокусом.
Фокусы являются
действительными, т.к.
пересекаются сами лучи
Рассеивающая линза
Лучи, параллельные главной оптической оси,
рассеиваются от этой оси
так, что их продолжения со
стороны входа пересекаются
в одной точке – фокусе.
Фокус является мнимым,
т.к. пересекаются
продолжения лучей.
Фокусное расстояние F - расстояние от оптического
центра (точка О) до фокуса. F собирающей линзы F > 0, у рассеивающей - F <
0.
Оптическая сила линзы D - величина, обратная фокусному расстоянию:
D
1
F
У собирающей линзы D > 0, у рассеивающей D < 0. Единица измерения диоптрия (1 дптр = 1м-1).
Демонстрация:
анимационная модель «Изображение предмета в собирающей и
рассеивающей линзах»
виртуальная лабораторная работа: «Определение фокусного расстояния
собирающей линзы»
Устройство глаза.
Глаза — замечательная оптическая система, созданная природой в ходе
эволюции. Наружную оболочку глазного яблока образует склера, она
защищает внутреннее содержимое глаза и обеспечивает его жесткость.
На передней поверхности склера переходит в тонкую прозрачную роговицу,
через которую в глаз проникает свет.
За роговицей расположена радужная оболочка с отверстием — зрачком.
Радужная оболочка представляет собой мышечное кольцо, окрашенное
пигментом. Это кольцо, сжимаясь или растягиваясь, меняет размеры зрачка и
тем самым изменяет световой поток, попадающий в глаз, т. е. действует как
диафрагма.
За радужной оболочкой находится хрусталик — эластичное линзоподобное
тело. Полость между роговицей и хрусталиком заполнена водянистой влагой;
за хрусталиком находится стекловидное тело.
Роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело образуют
оптическую систему, аналогичную собирающей линзе с оптической силой
около 58,5 дптр (F = 17, 2мм). Оптический центр этой системы расположен на
расстоянии около 5 мм от роговицы.
Сетчатка представляет собой полусферу, состоящую из рецепторных клеток,
имеющих форму колбочек и палочек. Всего в глазу 125 млн. палочек и 6,5 млн.
колбочек. Эти светочувствительные клетки находятся на задней поверхности
сетчатки, которая лежит на сосудистой оболочке. В некоторой области сбоку
от оптической оси нервные клетки сетчатки объединяются и образуют
зрительный нерв, выходящий из глаза. В этом месте нет ни палочек, ни
колбочек, и потому оно образует нечувствительное к свету «слепое пятно». В
центре сетчатки, на оптической оси, находится центральная ямка — область
наибольшей остроты зрения. Здесь сосредоточены светочувствительные
колбочки, с помощью которых глаз ощущает цвета. В остальных участках
сетчатки расположены в основном палочки.
Под действием света в палочках происходит перестройка особого вещества—
зрительного пурпура (родопсина). Родопсин — это соединение одной из форм
витамина А (ретинена) с белком сетчатки (оксином). Под действием света
ретинен переходит из одной формы в другую (из цис- в транс-форму). Это
вызывает генерацию в клетке нервного импульса, который через зрительный
нерв передается в мозг. Генерация импульса происходит за счет энергии,
запасенной в рецепторной клетке, свет играет лишь роль «пусковою
механизма» для реакции. Этим объясняется высокая чувствительность палочек
— каждая палочка способна реагировать на один квант света.
Палочки осуществляют так называемое сумеречное зрение, с помощью
которого различаются размеры и форма предметов, но не их цвета. Цветовое
зрение осуществляется с помощью колбочек. Есть три типа колбочек, которые
различно реагируют на разные участки спектра. Одни из них лучше реагируют
на зеленый свет, другие — на красный и третьи — на синий свет.
Промежуточные цвета воспринимаются при одновременном раздражении двух
или трех типов колбочек. В зависимости от степени раздражения каждого из
этих типов колбочек мозг получает различные серии нервных импульсов и
интерпретирует это как разные цвета.
Аккомодация.
В оптической системе глаза хрусталик представляет собой бесцветное
тело, напоминающее по форме двояковыпуклую линзу. Передняя поверхность
хрусталика менее выпукла, чем задняя. Показатель преломления хрусталика
различен в различных его частях—or 1,405 до 1,454, Мышца, фиксирующая
хрусталик, может изменять его кривизну. Изменение кривизны хрусталика
определяет способность глаза к аккомодации — изменению оптической силы
глаза. Как только глаз переводится с одною предмета на другой, нарушается
резкость изображения, о чем в мозг приходит сигнал. Обратный сигнал из
мозга к мышце вызывает ее сокращение или растяжение до тех пор, пока не
получится резкое изображение.
Точка, которую глаз четко видит при расслабленной мышце, называется
дальней точкой, видимая при максимальном напряжении,— ближней точкой.
Для нормального глаза дальняя точка лежит бесконечно далеко, ближняя точка
— на расстоянии около 15—20 см от глаза.
При близорукости дальняя точка лежит на конечном расстоянии, иногда при
сильной близорукости — очень близко от глаза. Соответственно и ближняя
точка, поэтому близорукие люди для лучшей видимости приближают
предметы к глазу. Близорукость вызывается либо вытянутостью глазного
яблока, либо спазмом мышцы. Коррекция близорукости производится с
помощью очков с вогнутыми линзами (рассеивающие линзы).
Дальнозоркость вызвана либо укороченностью глазного яблока, либо слабой
аккомодацией, что приводит к удалению ближней точки от глаза.
Дальнозоркость обычно возникает в старческом возрасте, когда хрусталик
теряет упругость, но встречается и врожденная дальнозоркость. Для коррекции
этого недостатка глаза применяются очки с выпуклыми линзами (собирающие
линзы).
Существуют различные упражнения(«пальминг», соляризация и др.),
улучшающие кровоснабжение глаза, благотворно влияющих на зрение в
целом. Например, эффективен т.н. теплофорез глаз с помощью ладоней,
предварительно потёртых друг о друга до горячего состояния («пальминг»).
Раскрытые, сложенные лодочкой, ладони следует наложить домиком так,
чтобы пальцы перекрывали друг друга выше носа, а ладони закрывали глаза.
Нос при этом должен свободно дышать, но свет не попадал в глаза. Под
ладонями расслабленнее глаза открыть и смотреть вдаль. Поза должна быть
удобной, локти рук на упоре, время и частота повторов не ограничены.
Совмещая с «пальмингом», не более трёх раз в день рекомендуется
выполнять следующий комплекс упражнений:
- под ладонями открыть глаза и быстро-быстро поморгать 10-15 секунд;
- поднять до предела взгляд вверх, опустить вниз – 5-7 раз;
- поморгать;
- повернуть взгляд до отказа вправо, затем влево – 5-7 раз;
- поморгать;
- посмотреть по диагонали вправо-вверх, затем влево-вниз – 5-7 раз;
- поморгать;
- то же по диагонали влево-вверх, затем вправо-вниз;
- поморгать;
- описывать взглядом квадрат по часовой стрелке;
- поморгать;
- тот же квадрат, но против часовой стрелки;
- поморгать;
- описывать взглядом окружность по часовой стрелке:
- поморгать;
- то же против часовой стрелки;
Убрать ладони, потереть глаза кулачками, расслабленно поморгать.
Для разминки шейных позвонков и улучшения кровоснабжения
рекомендуется, глядя перед собой вдаль, повернуть голову до упора вправовлево.
Демонстрация: видеофрагмент лекции профессора Жданова о
специальных упражнениях для глазодвигающих мышц глаза