fizikzauglom

เกรด 9 · ปรากฏการณ์แสง

เลนส์ ตา และอุปกรณ์ทัศนศาสตร์

โฟกัส การสร้างภาพ สมการเลนส์ และกำลังเลนส์

30 นาที11 บัตรทฤษฎี
เริ่มบทเรียนแบบโต้ตอบ

อ่านเนื้อหาทฤษฎีของบทเรียนทั้งหมดได้ที่นี่โดยไม่ต้องมีบัญชี ในบทเรียนแบบโต้ตอบ เนื้อหาเดียวกันจะแบ่งเป็นการ์ด ตามด้วยคำถามพร้อมคำอธิบายหลังตอบและโจทย์ฝึก ระบบจะบันทึกความก้าวหน้าของคุณ

ค่อย ๆ ทำความเข้าใจทีละขั้น

กล้องสร้างภาพบนเซนเซอร์ ส่วนแว่นขยายทำให้เห็นตัวอักษรใหญ่ขึ้นโดยไม่ใช้ฉาก เลนส์รวมแสงเดียวกันทำได้ทั้งสองแบบ ลองติดตามจุดที่รังสีพบกันเมื่อขยับวัตถุ

กล้องแว่นขยายFFFFภาพบนเซนเซอร์ภาพเสมือนจริงหัวตั้ง ขยายตำแหน่งวัตถุเทียบกับโฟกัสสำคัญ
ซ้าย: วัตถุไกลกว่าสองเท่าความยาวโฟกัสของเลนส์รวมแสงให้ภาพจริงเล็กลงบนเซนเซอร์พอดี ขวา: วัตถุอยู่ภายในความยาวโฟกัส รังสีผ่านเลนส์จึงแยกออก ส่วนต่อกำหนดภาพเสมือนหัวตั้งและขยาย รังสีหนึ่งถึงตา ทั้งสองภาพใช้การประมาณเลนส์บาง แต่ใช้มาตราส่วนต่างกัน

รวมหรือกระจายแสง

ให้ลำแสงขนานแกนผ่านเลนส์ ถ้ารังสีหลังหักเหรวมกัน เลนส์นั้นเป็นเลนส์รวมแสง ถ้าแยกออกเป็นเลนส์กระจายแสง เลนส์แก้วนูนในอากาศมักรวมแสง แต่รูปร่างอย่างเดียวไม่พอ ดัชนีหักเหสัมพัทธ์ของแก้วกับตัวกลางก็สำคัญ เมื่ออยู่ในตัวกลางอื่นเลนส์อาจทำงานต่างออกไป ชื่อบอกผลต่อรังสีที่เราสังเกตก่อน แล้วจึงคำนวณได้

รวมแสงกระจายแสงFFโฟกัสจริงโฟกัสเสมือนเส้นประ — ส่วนต่อของรังสีผ่านเลนส์เลนส์บางในอากาศ
ที่เลนส์รวมแสง รังสีขนานแกนพบกันที่โฟกัสจริงด้านไกลแล้วเคลื่อนต่อ ที่เลนส์กระจายแสง รังสีแยกออกและส่วนต่อเส้นประตัดกันที่โฟกัสเสมือนด้านใกล้ ทิศเปลี่ยนในระนาบเลนส์บางอุดมคติ ภาพแสดงเลนส์แก้วทั่วไปในอากาศ ในตัวกลางอื่นการทำงานขึ้นกับดัชนีหักเหสัมพัทธ์

โฟกัสอยู่ที่ใด?

สำหรับเลนส์รวมแสง รังสีขนานแกนตัดกันที่โฟกัสหลัก สำหรับเลนส์กระจายแสง ส่วนต่อย้อนหลังของรังสีตัดกันที่โฟกัสเสมือน รังสีจริงไม่เคยผ่านจุดนั้น วัดความยาวโฟกัสจากศูนย์กลางเชิงแสงของเลนส์บาง ยิ่งเลนส์เปลี่ยนทิศลำแสงขนานมาก โฟกัสยิ่งใกล้ นี่เป็นสมบัติของเลนส์ ส่วนตำแหน่งภาพของวัตถุใกล้ทั่วไปยังต้องหาแยกต่างหาก

เลนส์รวมแสงบางФ₁Ф₂ОF > 0D = 1/F; F เป็นเมตร
ในแบบจำลองเลนส์รวมแสงบาง รังสีขนานแกนพบกันที่โฟกัสหลักด้านไกล Ф₂ แล้วเคลื่อนต่อ โฟกัส Ф₁ และ Ф₂ อยู่ห่างศูนย์กลางเชิงแสง О เท่ากัน เส้นบอกระยะวัด F จากศูนย์กลางถึงโฟกัส ที่นี่ F และ D เป็นบวก สำหรับเลนส์กระจายแสงเป็นลบ ใช้ระยะเป็นเมตรเมื่อคำนวณ D=1/F

รังสีที่ใช้สะดวกสองเส้น

เลือกจุดยอดวัตถุแล้วลากรังสีสองเส้นที่ทราบทางเดิน รังสีขนานแกนหลักจะผ่านโฟกัสด้านไกลหลังเลนส์รวมแสง ส่วนรังสีผ่านศูนย์กลางเชิงแสงของเลนส์บางแทบไม่เปลี่ยนทิศ จุดตัดให้ภาพของจุดนั้น เราเลือกสองรังสีที่สะดวกจากรังสีจำนวนมากเพื่อช่วยสร้างภาพ ไม่ได้หมายความว่าเลนส์ปล่อยแสงจากจุดนั้นผ่านเพียงสองเส้นบาง ๆ

สองเส้นหายอดภาพFFแดง: ขนานแกน → ผ่านโฟกัสน้ำเงิน: ผ่านศูนย์กลางเชิงแสง
รังสีสองเส้นออกจากยอดวัตถุเดียวกัน สีแดงขนานแกนแล้วผ่านโฟกัสด้านไกล สีน้ำเงินผ่านศูนย์กลางเชิงแสงเป็นเส้นตรงเดียว จุดตัดที่ถูกต้องกำหนดยอดภาพหัวกลับ การสร้างนี้ใช้แบบจำลองเลนส์บาง

มองหาภาพที่ใด

ถ้ารังสีจริงจากจุดหนึ่งรวมกันหลังเลนส์ ให้วางฉากตรงนั้น จะได้ภาพจริง ถ้ารังสีแยกออก ให้ต่อย้อนหลังด้วยเส้นประ จุดตัดของส่วนต่อเป็นตำแหน่งแหล่งกำเนิดที่ดูเหมือนมีอยู่ หรือภาพเสมือน ตาเห็นภาพนี้ได้เมื่อรับลำแสงที่แยกออก แต่ฉากที่ตำแหน่งปรากฏนั้นรับภาพไม่ได้ ความต่างขึ้นกับทางเดินแสงจริง ไม่ใช่ความรู้สึกว่าภาพสมจริงเพียงใด

รังสีตัดกันส่วนต่อตัดกันFFFFหนึ่งจุดบนฉากสองจุดบนฉากจริงภาพเสมือนเส้นประ — ส่วนต่อของรังสีผ่านเลนส์
ซ้าย: รังสีสองเส้นจากจุดเดียวรวมบนฉาก ให้ภาพจริง ขวา: เลนส์กระจายแสงให้จุดภาพเสมือนระหว่างเลนส์กับโฟกัสด้านใกล้ ซึ่งมีเพียงส่วนต่อของรังสีผ่านเลนส์ที่ตัดกัน ฉากด้านขวาสว่างสองตำแหน่งแยกกัน จึงไม่มีภาพชัดของจุดเดิม การไม่มีภาพไม่ได้หมายความว่าฉากว่างหรือมืด

วัตถุอยู่ไกลเลนส์

เริ่มจากวัตถุไกลกว่า 2F ของเลนส์รวมแสง รังสีผ่านศูนย์กลางกับรังสีผ่านโฟกัสตัดกันอีกด้านระหว่าง F กับ 2F โดยจุดภาพของยอดวัตถุอยู่ใต้แกน จึงได้ภาพจริง หัวกลับ และเล็กลง เมื่อย้ายวัตถุถึง 2F ภาพอยู่ที่ 2F และขนาดเท่ากัน เมื่อวัตถุเข้าใกล้ ภาพกลับถอยห่าง โฟกัสจึงไม่ใช่ตำแหน่งคงที่ของทุกภาพ

วัตถุไกลกว่า 2Fวัตถุที่ 2FFF2F2FFF2F2Fระหว่าง F กับ 2Fที่สองเท่าความยาวโฟกัสขนาดครึ่งหนึ่งขนาดเท่ากันทั้งสองเป็นภาพจริง
ซ้าย: วัตถุที่ 3F ให้ภาพหัวกลับขนาดครึ่งหนึ่งที่ 1,5F ขวา: วัตถุที่ 2F ให้ภาพหัวกลับขนาดเท่ากันที่ 2F แต่ละภาพมีรังสีแดงผ่านโฟกัสด้านไกลหลังเลนส์ และรังสีน้ำเงินผ่านศูนย์กลางโดยไม่เปลี่ยนทิศ ทั้งคู่ตัดกันที่ยอดภาพพอดี

วัตถุเข้าใกล้โฟกัส

เลื่อนวัตถุเข้ามาระหว่าง F กับ 2F จุดตัดรังสีจะออกไปไกลกว่า 2F ได้ภาพใหญ่ขึ้นแต่ยังเป็นภาพจริงหัวกลับ เมื่อวัตถุข้ามโฟกัสเข้าใกล้เลนส์กว่าโฟกัส รังสีออกจะแยกกัน ส่วนต่อให้ภาพเสมือนหัวตั้งและขยายอยู่ด้านเดียวกับวัตถุ นี่คือการทำงานของแว่นขยาย ตำแหน่งวัตถุเปลี่ยนทั้งขนาดและวิธีเกิดภาพ

ระหว่าง F กับ 2FภายในความยาวโฟกัสFF2F2FFFจริงเสมือนไกลกว่า 2F หัวกลับหัวตั้ง ขยายทั้งสองภาพขยาย
ซ้าย: วัตถุอยู่ระหว่าง F กับ 2F ภาพจริงหัวกลับอยู่ไกลกว่า 2F และใหญ่เป็นสองเท่า ขวา: วัตถุอยู่ภายในความยาวโฟกัส ส่วนต่อให้ภาพเสมือนหัวตั้งขนาดสองเท่า ในแต่ละภาพรังสีทั้งสองออกจากจุดเดียวและใช้ระยะตามมาตราส่วนเดียวกัน

ที่โฟกัส และกรณีเลนส์กระจายแสง

ถ้าวัตถุอยู่ตรงโฟกัสของเลนส์รวมแสงพอดีจะเกิดอะไร? รังสีจากแต่ละจุดออกเป็นลำขนาน จึงไม่มีภาพบนฉากที่ระยะจำกัด เมื่อวัตถุเข้าใกล้โฟกัสจากด้านไกล ภาพถอยไปไกลขึ้นเรื่อย ๆ สำหรับวัตถุจริง เลนส์กระจายแสงให้ผลอีกแบบอย่างสม่ำเสมอ คือภาพเสมือนหัวตั้งและเล็กลง อยู่ระหว่างเลนส์กับโฟกัสด้านใกล้ รังสีออกของมันไม่ตัดกันจริงหลังเลนส์

วัตถุที่โฟกัสกระจายแสงFFFFลำแสงออกขนานหัวตั้ง เล็กลงภาพเสมือนขวา: มีเพียงส่วนต่อที่ตัดกัน
ซ้าย: ยอดวัตถุอยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์รวมแสง รังสีออกสองเส้นขนานกัน สำหรับจุดที่เลือกเหนือแกน ลำแสงจะเอียงกับแกน จึงไม่มีภาพบนฉากที่ระยะจำกัด ขวา: เลนส์กระจายแสงให้ภาพเสมือนหัวตั้งและเล็กลง ระหว่างเลนส์กับโฟกัสด้านใกล้

กำหนดข้อตกลงเครื่องหมาย

ใช้เครื่องหมายเพื่อแยกกรณีด้วยสูตรเดียว สำหรับวัตถุจริง d > 0 ความยาวโฟกัส F > 0 ของเลนส์รวมแสง และ F < 0 ของเลนส์กระจายแสง ระยะภาพ f > 0 สำหรับภาพจริง และ f < 0 สำหรับภาพเสมือน นี่คือระยะเชิงพีชคณิตตามข้อตกลง ค่า f ติดลบไม่ได้หมายถึงความยาวทางกายภาพติดลบ แต่เครื่องหมายบอกชนิดและด้านที่ภาพอยู่

ข้อตกลงเครื่องหมายd > 0 สำหรับวัตถุจริงF > 0รวมแสงF < 0กระจายแสงf > 0จริงf < 0เสมือน
สำหรับวัตถุจริง ระยะวัตถุเป็นบวก ความยาวโฟกัสของเลนส์รวมแสงเป็นบวก และระยะภาพของภาพจริงเป็นบวก

สมการเลนส์บาง

เรขาคณิตรังสีของเลนส์บางให้ 1/F = 1/d + 1/f ใช้ระยะหน่วยเดียวกันและรักษาข้อตกลงเครื่องหมาย เมื่อวัตถุไกลมาก 1/d เกือบศูนย์ f จึงใกล้ F สอดคล้องกับนิยามโฟกัส ที่ d = F ได้ 1/f = 0 จึงไม่มีภาพที่ระยะจำกัด สูตรเป็นการประมาณสำหรับเลนส์บางและรังสีใกล้แกน ลำแสงกว้างหรือเลนส์หนาต้องใช้รายละเอียดเพิ่ม

1/F = 1/d + 1/fFFd > 0f > 0F > 0ใช้หน่วยเดียวสำหรับทุกระยะ
สำหรับภาพจริงที่แสดง F, d และ f เป็นบวก ระยะวัดตามแกนเดียวจากศูนย์กลางเชิงแสง d ถึงวัตถุ f ถึงภาพ และ F ถึงโฟกัสหลัก ใช้ความยาวหน่วยเดียวและข้อตกลงเครื่องหมายที่กำหนดในสูตร นี่คือแบบจำลองเลนส์บาง

ขนาดภาพ

สามเหลี่ยมคล้ายที่สร้างจากรังสีผ่านศูนย์กลางให้ Γ = |f|/d นี่คืออัตราส่วนขนาดภาพต่อวัตถุที่เป็นบวกและไม่มีหน่วย ถ้า Γ = 2 ภาพใหญ่เป็นสองเท่า ถ้า Γ = 0,5 ภาพมีขนาดครึ่งหนึ่ง ค่าสัมบูรณ์ตัดเครื่องหมายของ f เชิงพีชคณิตออก ส่วนภาพหัวตั้งหรือหัวกลับต้องพิจารณารังสี ค่า Γ = 1 บอกขนาดเท่ากัน แต่ยังไม่บอกการวางแนว

Γ = |f|/d = H/hFF2F2Fd = 30 смF = 10 смf = 15 смฉากhHΓ = 15/30 = 0,5; H = h/2
ในตัวอย่าง d = 30 см และ f = 15 см อัตราส่วน 15/30 = 0,5 ให้ภาพสูงครึ่งหนึ่ง Γ = |f|/d = H/h เป็นอัตราส่วนขนาดที่เป็นบวกและไม่มีหน่วย รังสีเป็นตัวบอกว่าภาพหัวกลับ ไม่ใช่เครื่องหมายของ Γ

กำลังเลนส์

เลนส์สองอันมีความยาวโฟกัสต่างกัน อันใดรวมแสงได้แรงกว่า? โฟกัสสั้นหมายถึงรังสีเปลี่ยนทิศมากกว่า กำลังเลนส์แสดงด้วย D = 1/F โดย F ต้องเป็นเมตร หน่วยคือไดออปเตอร์: 1 дптр = 1 м⁻¹ หาก F บวกเหลือครึ่งหนึ่ง D เพิ่มเป็นสองเท่า สำหรับเลนส์กระจายแสงทั้งสองค่าเป็นลบ หากใช้เซนติเมตรโดยไม่แปลงจะผิดร้อยเท่า

D = 1/F; F เป็นเมตรFFF = 0,50 мF = 0,25 мD = +2 дптрD = +4 дптр1 дптр = 1 м⁻¹เลนส์กระจายแสงมี D < 0
เลนส์รวมแสงสองอันรับลำแสงขนานเหมือนกันและวาดระยะตามมาตราส่วนร่วม ความยาวโฟกัส 0.50 m ให้ +2 ไดออปเตอร์ หากสั้นครึ่งหนึ่งเป็น 0.25 m จะให้ +4 ไดออปเตอร์ สูตร D = 1/F ต้องใช้ F เป็นเมตร สำหรับเลนส์กระจายแสง F และ D เป็นลบ เมื่อลดขนาด F ขนาด D เพิ่มขึ้น

ตาปรับภาพให้ชัด

กระจกตาและเลนส์ตาทำหน้าที่เป็นระบบเลนส์ของตา สร้างภาพจริงหัวกลับบนจอตา วัตถุอาจใกล้หรือไกล แต่จอตาไม่ได้ขยับตามภาพแต่ละครั้ง เลนส์ตาเปลี่ยนความโค้งและกำลังเลนส์เพื่อปรับให้ชัด เรียกว่าการปรับกำลังเพ่ง แบบจำลองนี้ช่วยอธิบายการโฟกัส แม้ตาจริงซับซ้อนกว่าเลนส์บางอันเดียว

ระบบแสงของตาจอตา
รังสีเกือบขนานจากจุดไกลจุดเดียวรวมบนจอตาของตาที่โฟกัสถูกต้อง ในภาพย่อกระจกตาและเลนส์ตาเป็นเลนส์รวมแสงอันเดียว ภาพแสดงเพียงจุดเดียว จึงยังใช้บอกการวางแนวของภาพวัตถุทั้งชิ้นไม่ได้

แว่นตาและอุปกรณ์ทัศนศาสตร์

ในสายตาสั้นที่ยังไม่แก้ไข ภาพวัตถุไกลเกิดหน้าจอตา เลนส์กระจายแสงลดการรวมของลำแสง ช่วยย้ายโฟกัสลงบนจอตา ในสายตายาวโฟกัสอาจอยู่หลังจอตา เลนส์รวมแสงช่วยเพิ่มการรวมแสง เช่นเดียวกัน ภาพจริงในกล้องต้องตกบนเซนเซอร์รับแสง แม้กลไกปรับต่างกัน เงื่อนไขความชัดเหมือนกัน คือรังสีที่ต้องการต้องรวมบนตัวรับ

สายตาสั้น: ใช้เลนส์กระจายแสงแว่นตาระบบแสงของตาจอตาสายตายาว: ใช้เลนส์รวมแสงแว่นตาระบบแสงของตาจอตาน้ำเงิน: ใส่แว่น; เส้นประ: ไม่ใส่แว่น
ภาพจำลองทางแสงใช้รังสีขนานและกำหนดการปรับตาคงที่ แทนกระจกตากับเลนส์ตาด้วยเลนส์รวมแสงอันเดียว และแทนจอตาด้วยระนาบ เส้นประแสดงผลคำนวณเมื่อไม่ใส่แว่น โฟกัสอยู่หน้าจอตาในสายตาสั้น และหลังจอตาในตัวอย่างสายตายาว การกระจายหรือรวมแสงโดยแว่นเปลี่ยนทิศขาเข้า ทำให้รังสีน้ำเงินรวมบนจอตา เส้นประหลังจอตาเป็นส่วนต่อทางเรขาคณิต

ภาพบนฉาก

เลนส์รวมแสงมี F = 10 см วัตถุอยู่ที่ d = 30 см จงหาตำแหน่งภาพและกำลังขยาย

ข้อมูลที่ทราบFF2F2Fd = 30 смF = 10 смหา f และ Γ
เลนส์รวมแสงมี F = 10 см และระยะวัตถุ d = 30 см วาดระยะตามมาตราส่วนเดียว d จึงเป็นสามเท่าของ F ทำเครื่องหมายโฟกัสทั้งสองและตำแหน่ง 2F ต้องหาตำแหน่งภาพกับกำลังขยาย โดยใช้ชุดเดิมตลอดทุกขั้น

ลองดูตัวอย่าง · 1

F = 10 см จึงได้ 2F = 20 см วัตถุที่ 30 cm อยู่ไกลกว่า 2F คาดว่าจะได้ภาพจริงหัวกลับและเล็กลง ระหว่าง 10 กับ 20 cm

เทียบ d กับ 2FFF2F2Fd = 30 смF = 10 см30 > 20 → 10 см < f < 20 см
วัตถุ เลนส์ และโฟกัสคงตำแหน่งเดิม วัตถุไกลกว่า 2F = 20 см พื้นที่เขียวแสดงตำแหน่งภาพที่คาดระหว่าง F กับ 2F ด้านไกล คาดว่าจะได้ภาพจริงหัวกลับและเล็กลง

ลองดูตัวอย่าง · 2

หาระยะภาพ: 1/f = 1/F − 1/d = 1/10 − 1/30 = 1/15 см⁻¹ จึงได้ f = 15 см เป็นบวก

หาระยะภาพFF2F2Fd = 30 смF = 10 смf = 15 смฉาก1/f = 1/10 − 1/30 = 1/15 см⁻¹f = 15 см
ในชุดเดิม 1/f = 1/10 − 1/30 = 1/15 см⁻¹ จึงได้ f = 15 см วางฉากที่ระยะนี้ซึ่งรังสีทั้งสองจากยอดวัตถุพบกัน ระยะ d, F และ f ใช้มาตราส่วนเดียวกัน โดย f เป็นบวก

ลองดูตัวอย่าง · 3

Γ = |f|/d = 15/30 = 0,5 ภาพมีขนาดครึ่งหนึ่งของวัตถุ

เปรียบเทียบขนาดFF2F2Fd = 30 смF = 10 смf = 15 смฉากΓ = |f|/d = 15/30 = 0,5
เลนส์ วัตถุ ฉาก และรังสีคงตำแหน่งเดิม ระยะ 15 cm เป็นครึ่งหนึ่งของ 30 cm จึงได้ Γ = |f|/d = 0,5 ความสูงภาพก็เป็นครึ่งหนึ่งของวัตถุพอดี และภาพหัวกลับ

ลองดูตัวอย่าง · 4

15 cm อยู่ระหว่าง F กับ 2F จริง ค่า f บวกสอดคล้องกับรังสีจริงตัดกันหลังเลนส์ ซึ่งวางฉากรับได้

ตรวจเทียบกับที่ทำนายFF2F2Fd = 30 смF = 10 смf = 15 смฉาก10 < 15 < 20 см; Γ = 0,5
ในชุดเดิม ฉากที่ 15 cm อยู่ระหว่าง F = 10 см กับ 2F = 20 см รังสีรวมบนฉากและ f เป็นบวก ภาพเป็นภาพจริง หัวกลับ และขนาดครึ่งหนึ่งของวัตถุ ทุกสมบัติตรงกับที่ทำนายไว้

ตรวจสอบผลลัพธ์

ภาพอยู่หลังเลนส์ 15 cm เป็นภาพจริง หัวกลับ และขนาดครึ่งหนึ่ง (Γ = 0,5) ในแบบจำลองนี้ฉากที่ตำแหน่งนั้นให้ภาพชัด

สาระสำคัญ · 1

การขยับวัตถุเปลี่ยนตำแหน่ง ขนาด และชนิดภาพ โฟกัสเป็นกรณีพิเศษสำหรับรังสีขนาน

สาระสำคัญ · 2

รังสีจริงให้ภาพจริง ส่วนต่อให้ภาพเสมือน ตรวจสอบก่อนคำนวณ

สาระสำคัญ · 3

สมการเลนส์ต้องใช้เครื่องหมายสอดคล้องกัน ส่วน D = 1/F ต้องใช้ความยาวโฟกัสเป็นเมตร

เรียนอะไรต่อ

แบบจำลองรังสีมีขอบเขต บทต่อไปจะอธิบายแถบ ขอบ และสี

แนวคิดพื้นฐาน

3 แนวคิด

เลนส์รวมแสงและเลนส์กระจายแสง

เลนส์รวมแสงทำให้ลำแสงขนานรวมเข้าหากัน ส่วนเลนส์กระจายแสงทำให้แยกออก

ประเภทของเลนส์ในตัวกลางจะขึ้นอยู่กับรูปร่างของพื้นผิวและดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์

การสร้างภาพด้วยเลนส์

หาภาพที่จุดตัดของรังสีหรือส่วนต่อของรังสีหลังผ่านเลนส์

เลนส์รวมแสงให้ได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน ส่วนเลนส์กระจายแสงโดยทั่วไปให้ภาพเสมือนขนาดเล็กลง

ตาและอุปกรณ์ทัศนศาสตร์

ตาโฟกัสภาพบนจอตา ส่วนอุปกรณ์ควบคุมทางเดินรังสีเพื่อขยายหรือบันทึกภาพ

แว่นตาแก้ตำแหน่งโฟกัส แว่นขยายเพิ่มขนาดเชิงมุม และกล้องสร้างภาพจริง

ปริมาณทางฟิสิกส์

5 ปริมาณ

ความยาวโฟกัส

F

สำหรับเลนส์บาง ขนาดความยาวโฟกัสคือระยะจากศูนย์กลางเชิงแสงถึงโฟกัสหลัก มีเครื่องหมายบวกสำหรับเลนส์รวมแสง และลบสำหรับเลนส์กระจายแสง

หน่วย: เมตร · \mathrm{м}

กำลังเลนส์

D

ส่วนกลับของความยาวโฟกัสเลนส์ที่วัดเป็นเมตร

หน่วย: ไดออปเตอร์ · \mathrm{дптр}

ระยะห่างจากวัตถุ

d

ระยะห่างจากเลนส์ถึงวัตถุตามแนวแกนหลัก

หน่วย: เมตร · \mathrm{м}

ระยะห่างของภาพ

f

ระยะเชิงพีชคณิตจากเลนส์บางถึงภาพ เป็นบวกสำหรับภาพจริงและลบสำหรับภาพเสมือนตามข้อตกลงเครื่องหมายที่ใช้

หน่วย: เมตร · \mathrm{м}

กำลังขยายเลนส์เชิงเส้น

\Gamma

อัตราส่วนขนาดภาพต่อขนาดวัตถุ

หน่วย: ปริมาณไร้มิติ

สูตรบทเรียน

3 สูตร

สมการเลนส์บาง

\frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f}

ส่วนกลับของความยาวโฟกัสเท่ากับผลรวมส่วนกลับของระยะวัตถุและระยะภาพ

กำลังเลนส์

D=\frac{1}{F}

กำลังเลนส์ในหน่วยไดออปเตอร์คือส่วนกลับของความยาวโฟกัสในหน่วยเมตร

กำลังขยายเลนส์เชิงเส้น

\Gamma=\frac{|f|}{d}

ขนาดกำลังขยายเท่ากับค่าสัมบูรณ์ของระยะภาพหารด้วยระยะบวกถึงวัตถุจริง

เงื่อนไข: Γ เป็นอัตราส่วนขนาดภาพต่อวัตถุที่เป็นบวก การสร้างรังสีเป็นตัวบอกการวางแนวภาพ

ทดลองความสัมพันธ์

คาดการณ์ก่อน ปุ่มทดลองจะเปลี่ยนปริมาณที่ระบุ จากนั้นเปรียบเทียบผลและสำรวจค่าอื่น

เลนส์ รังสี และภาพ

1/F = 1/d + 1/b; Γсо знаком = −b/d

เลนส์รวมแสงบางในอากาศ ใช้รังสีใกล้แกน วัตถุอยู่ซ้ายและ b > 0 อยู่ขวา เมื่อ d = F รังสีขาออกขนานกัน มาตราส่วนปรับให้เห็นภาพทั้งหมด มาตราส่วนแนวนอนและแนวตั้งต่างกัน จึงไม่ใช้ภาพวัดมุม

เมื่อ F = 20 cm เลื่อนวัตถุจากระยะ 60 เป็น 40 cm ระยะภาพจริง b จะเปลี่ยนอย่างไร?

การคาดการณ์ของคุณ

ค่าเริ่มต้น

FFdbd = 60 см; F = 20 см

ผลการคำนวณ

b
30 см
Γсо знаком
-0.5

ภาพจริง หัวกลับ

อธิบายผล

รังสีจริงเป็นเส้นทึบ ส่วนต่อย้อนหลังเป็นเส้นประ เมื่อ d < F มีเพียงส่วนต่อที่ตัดกัน จึงได้ภาพเสมือนหัวตั้งซึ่งรับบนฉากไม่ได้

สูตรที่เกี่ยวข้อง

สูตรเดียวกันในคู่มืออ้างอิง พร้อมสัญลักษณ์และหน่วย

โจทย์ในหัวข้อนี้

โจทย์ ตัวเลือกคำตอบ และวิธีทำ