Получение изображений при помощи сферических стекол (линз)

Что понадобится: 1) Линзы на подставках. 2) Электролампа в патроне. 3) Экран. 4) Два штатива. 5) Метр.

В качестве предмета, изображение которого наблюдают, берут электролампу с подковообразным волоском. Патрон с лампой укрепляют на штативе так, чтобы плоскость подковообразного волоска была вертикальной и параллельной экрану.

Между лампой и экраном помещают линзу. Если экран просвечивающий, то его ставят у переднего края стола (ближе к учащимся), а предмет сзади (дальше от учащихся); если экран непрозрачный, то предмет и экран располагают в обратном порядке — почти (с небольшим отклонением) вдоль демонстрационного стола (а не поперек его, как в первом случае); источник света необходимо чем-нибудь заслонить со стороны учащихся.

Для данного опыта нужно иметь две линзы — двояковыпуклую (с фокусным расстоянием около 15 — 20 см) и двояковогнутую. Кроме того, в кабинете желательно иметь набор из 6 линз (продается в общей коробке, рис. 347): двояковыпуклая; плосковыпуклая; вогнутовыпуклая; двояковогнутая, плосковогнутая и выпукловогнутая; поперечные сечения линз изображены на рисунке 348. Плосковыпуклая линза (часто две) имеется в проекционном фонаре в качестве конденсора. Для данного опыта можно воспользоваться линзами из указанного набора, но тогда необходимо сделать держатели для линз.

Рис. 347. Набор линз

Рис. 348. Поперечные сечения линз

С собирающей линзой показывают несколько случаев получения изображений.

Случай 1. Предмет лежит за двойным фокусом (т. е. дальше двойного фокусного расстояния) — изображение действительное, обратное, уменьшенное и лежит между фокусом и двойным фокусом (рис. 349).

Рис. 349. Получение изображений при помощи линз; первый случай

Случай 2. Предмет лежит между фокусом и двойным фокусом — изображение действительное, обратное, увеличенное и лежит за двойным фокусом (рис. 350).

Рис. 350. Получение изображения при помощи линз второй случай

При очень больших размерах изображения его проектируют прямо на стену.

Случай 3. Предмет лежит между фокусом и стеклом — изображение мнимое, прямое, увеличенное и лежит по одну сторону линзы вместе с предметом.

В этом случае вследствие мнимости изображения его нельзя получить на экране, а можно лишь наблюдать индивидуально; тогда поступают, как делали в соответствующем опыте с вогнутым зеркалом (§ 27, 8, случай 3). Желательно дать несколько линз в руки учащимся, чтобы они могли посмотреть через линзу на печать в книге.

Случай 4. Предмет лежит в двойном фокусе—изображение действительное, обратное, натуральной величины и лежит в двойном фокусе.

Проверяя посредством метровой линейки расстояния линзы от лампочки и от экрана, добиваются такого их расположения, чтобы оба упомянутые расстояния оказались одинаковыми; тогда каждое из этих расстояний равно удвоенному фокусному расстоянию. Этот случай дает приближенный способ определения фокусного расстояния линзы.

Случай 5. Предмет находится далеко (бесконечно удален) — изображение лежит в фокусе линзы.

Через окно (лучше открытое) при помощи линзы получают на экране изображение далекого предмета (например дома). Расстояние экрана от линзы достаточно точно равняется фокусному расстоянию линзы; этот способ нахождения фокуса был применен в установке гониометра Гримзеля (§ 32, 4).

При таком способе определения фокусного расстояния всего лучше получать изображение Солнца. Собирая солнечные лучи в фокусе линзы, можно зажечь горючие предметы (спичка, бумага, лучинка), помещенные в этом фокусе. При желании можно сделать для этого опыта водяную линзу (из двух выпуклых часовых стекол, соединив их края менделеевской замазкой и оставив две небольшие дырочки для наливания воды), ледяную линзу из куска чистого прозрачного льда; особенно хороша линза из каменной соли (прозрачной для инфракрасных лучей).

Случай 6. Источник света находится в фокусе линзы — лучи по выходе из линзы идут параллельным пучком (изображения в этом случае нет никакого).

Этот случай применяется для получения пучка параллельных лучей. Проделав опыты с собирающейся линзой, берут рассеивающую линзу и показывают с нею один случай получения изображения.

Случай 7. Где бы ни лежал предмет, рассеивающая линза дает изображение мнимое, прямое, уменьшенное и лежащее перед стеклом (на одной стороне с предметом относительно линзы).

Так как мнимое изображение на экран спроектировать нельзя то этот случай допускает лишь непосредственное наблюдение, причем, целый класс одновременно видеть не может и приходится показывать по группам. Вместо этого лучше дать учащимся на руки несколько рассеивающих линз, чтобы они сквозь стекла могли посмотреть хотя бы на печать в книге.