3.6.6 Собирающие и рассеивающие линзы. Тонкая линза. Фокусное расстояние и оптическая сила тонкой линзы

Линза — прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Одна из поверхностей может быть плоской.

Действие линзы основано на преломлении света на её границах.

Собирающие и рассеивающие линзы

Собирающая линза превращает пучок лучей, параллельных главной оптической оси, в сходящийся пучок. Для стеклянной линзы в воздухе её середина обычно толще краёв.

Рассеивающая линза превращает параллельный пучок в расходящийся. Для стеклянной линзы в воздухе её середина обычно тоньше краёв.

Тонкая линза

Тонкая линза — модель линзы, толщиной которой можно пренебречь по сравнению с радиусами кривизны её поверхностей и расстояниями до рассматриваемых объектов.

В этой модели преломление на двух поверхностях заменяют одним изменением направления луча в плоскости линзы. Точку пересечения линзы с главной оптической осью называют оптическим центром $O$.

Главный фокус

==Главный фокус линзы $F$== — точка на главной оптической оси, связанная с пучком лучей, параллельных этой оси.

1. У собирающей линзы преломлённые лучи действительно пересекаются в фокусе, поэтому фокус действительный.
2. У рассеивающей линзы в фокусе пересекаются продолжения преломлённых лучей, поэтому фокус мнимый.

У тонкой линзы два главных фокуса. Они расположены по разные стороны линзы симметрично относительно её оптического центра.

Фокусное расстояние

==Фокусное расстояние $F$== — расстояние от оптического центра линзы до её главного фокуса. Геометрически его модуль равен $OF$.

Фокусное расстояние измеряют в метрах. В принятом правиле знаков для собирающей линзы $F>0$, а для рассеивающей — $F<0$.

Оптическая сила

==Оптическая сила линзы $D$== — величина, обратная фокусному расстоянию:

Фокусное расстояние в этой формуле выражают в метрах. Единица оптической силы — диоптрия:

У собирающей линзы $D>0$, у рассеивающей — $D<0$. Чем больше модуль оптической силы $|D|$, тем меньше $|F|$ и тем сильнее линза изменяет направление лучей.

Важно

Перед вычислением оптической силы сантиметры нужно перевести в метры.

Не путать

• Фокус — это точка, а фокусное расстояние — расстояние от оптического центра до этой точки.
• Рассеивающая линза имеет мнимый фокус: в нём пересекаются не сами лучи, а их продолжения.
• Формула тонкой линзы и увеличение относятся к следующему пункту кодификатора, а построение изображений рассматривается отдельно.

Коротко

Собирающая линза делает параллельный пучок сходящимся, рассеивающая — расходящимся. В модели тонкой линзы её толщиной пренебрегают. Фокусное расстояние связывает оптический центр и главный фокус, а оптическая сила равна $D=1/F$ и измеряется в диоптриях.