Оптиканы оқытуда линзаның қажеттілігі

І . Кіріспе
1.1 Оптиканы оқытуда линзаның қажеттілігі.
ІІ . Негізгі бөлім
2.1 Оптикалық құрал – лупа.
2.2 Жарықтың сфералық беттен сынуы және линзаның
теңдеуі.
2.3 Призмадағы сәуле жолы.
2.4 Линзаның жинауы мен шашырауы.
2.5 Микроскоп пен телескоп.
ІІІ . Қорытынды
Кіріспе
Физика – қазіргі заманғы техниканың ғылыми негізі. Электроника,
Ғылым мен техниканың (технологиярың) дамуы физика жетістіктерінің техника
Физиканың үлкен бір саласы – оптиканы пән ретінде
Тегінде оқушылар да, жалпы оқырман да оптиканы айтқанда
Бұрыннан колдалынып келе жатқан оку бағдарламасыңда оптиканы оқытуға
Ал бүгінгі күннің ағымын аңғарған жаңа түрдегі мектептерде
Ежелгі әдет бойынша оптиканы оқыту – геометриялық оптиканы
Келесі кезекте оқылатын оптика саласы ол – физикалық
Кейбір әдістемелік әдебиеттерде оптиканы оқытудың бірнеше жолы қолданылып
I. Олардың ішінен геометриялық, оптиканың заңдары арқылы кескіндерді
II. Геометриялық оптикада жарық шоғы түсінігін пайдаланудың шектеулі
III. Алдымен сәуле шоғы ұғымын пайдаланудың мүмкіндігі белгілі
Іс–жүзілік тәжірибелер — оқыту барысында екі бірдей идеяны
Мұндағы сәуле шоғы ұғымы – шектеулі жарық ағымының
Бірақ, оптикалық құбылыстарды оқыту, ашып айтқанда, жарықтың түзу
Геометриялық оптиканың жеке өзін пайдалану арқылы кез келген
Бізге әрине геометриялық оптиканың негізгі ұғымдары – жарық
Әрине, іс–жүзінде сәуле шоғын алу онша қиындық туғызбайды.
1.1. Оптиканы оқытуда линзаның қажеттілігі.
Шынында да, қолымызда тұрған қарапайым нәрседе қаншама ғажап
«Линза» термині өзінің «бұршақ тәрізді» сыртқы көрінісіне сәйкес
Біріншіден, «линзаның» да, «лупаның» да кәдімгі қарапайым әйнектен
Екіншіден, керек болса кейде сыртқы пішінінің де сапаға
Қысқасы, линзаның ғажап қасиеті оның сыртқы пішініне байланысты
Іс–жүзінде қолданылатын линзалардың сырт пішіні дөңес болуы немесе
Линза өте қарапайым оптикалық аспап, соған соншалықты талдау
Сонымен линзалар дөңес және ойыс линзалар болып екі
1 – сурет.
Ал, дөңес линзаның өзі екі жақ беті де
Дәл сол сияқты ойыс линзада қос ойыс және
Ал осы қос дөңес бір жағы дөңес екінші
Қос дөңес линзаның екі бетінің сфералық бет екенін
жақта әрі оның екі қисаю радиусы болады. Неғұрлым
Қос дөңес линзаның екі центрін қосатын, яки басып
Ал егер дөңес линзаның екінші беті жазық болса,
Енді линзаның бітім – пішініне зер салып қаралық.
Линзалардың сыртқы сипатына қарап, олардың жинайтынын немесе шашырататынын
«Белі» жіптіктей жіңішке линзалар өзіне түскен сәулелерді шашыратады.
Шынында да өте қалың линзаның центрінен оның жоғары
Линза неғұрлым қалың болса, солғұрлым оның бетінің иілу
Линзаның оптикалық центрі арқылы өткен кез келген түзу
Линзаның оптикалық бас өсіне параллель әрі өзара да
Линзаның бас фокусының анықтамасын беру үшін біз жарық
Линзаның бас фокусын және қалған жәй фокустарын қамтитын
Дау жоқ, линзаның өзіне түскен параллель сәулелерді жинау
Линзаның құдіреті оның сырт пішініне қатысты болғанымен, таза
Мұндай оптикалық мақсатта қолданылатын әйнекті оптикалық әйнек деп
Жалпы алғанда оптикалық әйнектің құрамы негізінен кремнезом (Si
Оптикалық әйнекті өңдеу, оларға қажет пішім беру өте
Ендігі тоқталып өтетін және оқушыларды ойландыратын мәселенің бірі
2.1.Оптикалық құрал – лупа.
Лупа жеке бір немесе бірнеше линзадан тұратын линза
Әрине, лупа ретінде алынатын линзаның өз ерекшелігі бар.
Лупаны пайдаланғанда ол арқылы бақылануға тиіс затты лупаның
Біз лупа арқылы бақылағанда нәрсені лупа мен оның
Әрине кез келген оптикалық аспаптар тәрізді лупаның да
Қандай да болмасын оптикалық аспап ол міндетті түрде
Бізге нәрсе кескінінің үлкею шамасын анықтағанда биіктігінің енінің
е = АВ/А1 В1;
е — еселік
АВ — нәрсенің тұрқы
А1 В1— кескіннің тұрқы
Екінші жағынан тік бұрышты А, ОВ, және АОВ
е = К/ F;
мұндағы К — көздің ең жақсы көру аралығы,
е = 25/ F
Бұл формуланы СИ жүйесінде өрнектесек:
е = 0,25/ F
Егер осы формулаға мұқият қарап ойлансақ, бірден аңғаратынымыз,
Линза, лупа, т.б. оптикалық аспаптар мен құрылғылар, нәрсенің
сонымен қатар бұрыштық ұлғайтуды іске асырып береді. Бұл
57- сурет
Ал енді лупа бізге кескінді қаншалықты үлкейтіп беретінін
F =0,25/е = 0,25/2500 = 0,0001м
Бұл іс – жүзінде мүмкін емес. Керек болса
Ал линза өте қалың болса, онда оның кескінді
Оптикалық сипаттамалары ойдағыдай болып жасалған жеке линзадан тұратын
Лупалар өздерінің атқаратын мақсаттарына байланысты олардың сыртқы көрінісі
Лупалардың көмегімен, әрине, көру бұрышын да үлкейтуге болады.
қабылдап кеткен. Ал шынында лупаның көмегімен аспан денелерінде
61-сурет
58-сурет
Лупалар ауыл шаруашылығының мұқтаждығы үшін, яғни дәнді-дақыддардың
Лупа біздің тұрмыс-тіршілігімізде өте кең орын алған. Лупасыз
62-сурет
2.2 Жарықтың сфералық беттен сынуы және линзаның теңдеуі.
Түсіндіруді оңайлату үшін оптикалық бас өстің бойына нүктелік
Енді осы нүктелік Ж жарық көзінен өте жіңішке
Түсіндіруді қарапайымдау үшін жарық шоғының бір немесе екі
Жарық көзінен шыққан осы сәуленің бас өспен арасындағы
Ендігі ескертетін нәрсе, әрине Ж жарық көзінен сфералық
Енді бізге келешекте өте қажет кесінділерді тағы да
48-сурет
Есептеуді оңайлату үшін неғұрлым жіңішке сәуле шоғын алған
Сонымен 48-суреттен көрініп тұрғандай ЖВО үшбұрышынан Ү1 =
Ү2 ≈ һ/в; ≈ h/R; ә
Келесі кезектегі міндет осы И, е және ә
Ү1 +Ү2 + ЖВО = 180°
Ү1 +Ү2 + 180 – і = 180°
Ү1 +Ү2 = і
Дәл осылай ОВС үшбұрышынан осы үшбұрыштың сыртқы бұрышы
Енді сыну заңын жазалық: sin i /sin ө
Бұл і және ө бұрыштарының өте кішкене екенін
і = ө·n
Егер і-дің мәнін қойсақ: Ү1 +Ү2 = ө·n;
Ү2 (n – 1) = nҮ2 +Ү1;
(h/R)(n- 1) = n (һ/в) +һ/а
Бұл теңдіктің екі жағында һ-қа бөлейік:
(1/а) + (n /в) = (n - 1)R-1
Бұл соңғы формула көп мәселенің түйінін көрсетіп тұр.
Алдымен, жалпы қорытынды жасап алайық. Біріншіден, біз линзаны
Екіншіден, біз бас өстің бойында жатқан сәуле шоғын
Үшіншіден, егер біз линзаға параллель сәуле шоғын түсіретін
Төртіншіден, өстің бойындағы нүктеден (яки нүктелік жарық көзінен)
Бесіншіден, біз енгізген жарық шоғының қалыңдығы, біздің суреттегі
Енді қарастырудың ауқымын кеңейте түсейік. Ол сфералық бетке
(1/а) + (n/в) = (n - l)[(l/R1) +
Мұндағы Rl және R2 линзаның алдыңғы және артқы
(n - l)[(l/ R1) + (l/R2)] = 1/F
Сол кезде негізгі өрнегіміз былай жазылады:
(1/а) + (n /в) = 1/F
Бұл алған ақтық өрнегіміз жұқа линзаның формуласы деп
2.3. Призмадағы сәуле жолы
44 – суреттегі үш қырлы призманың АВ қырына
ТС сәуленің призманың бетіне түсу бұрышы і болсын.
44-сурет
sin i/in ө = n;
Мұндағы n — шынының сыну көрсеткіші.
Призманың ішінде, яғни шынының ішімен жүйткіп келе жатқан
Суреттен айқын көріп тұрғанымыздай призманың АД қырына келіп
Бұл параллель сәуле шоғының төменгі шектік сәулесін қарастырсақ
Сонымен призмаға келіп түскен параллель сәуле шоғы призмадан
Әрине, бұл айтылғанды тікелей есептеу жүргізіп дәлелдеуге де
Ал осы ТС түскен сәуленің өзінің СБ бағьггынан
Сонда біз егер сәуле сызбаса ББ1 бағытында шығатын
Бұл Ә бұрышы ауытқу бұрышы деп аталады. Ал
ВСОЕ төртбұрышын қарастыратын болсақ, оның ВСО және ОЕВ
Сонда СВЕО төртбұрышының екі бұрышының қайсысы 90° градустан
Яғни И + СОЕ - 180°; СОЕ =180°-
Ал, төртбұрыштың төрт бұрышының қосындысын алатын болсақ, онда
(180 – И) + (180 – Ә) +
Сонымен бұл формуладан Ә бұрышының мәні
Ә = і + Ө1 – И
Ал егер призманың сындыру бұрышы И — дің
Ал бұл бұрыштардың біреуі сәуленің призманың бірінші қырынан
Сөйтіп, бұл алынған соңғы екі теңдеу көмегімен (әрине
Егер призма өте жұқа болатын болса, яғни И
Олай болса, і · n1
і · n2 = Ө1· n1
Енді сәуленің қайтымдылық, қасиетін еске түсірейік. Яғни, сәуле
і = (n2/ n1) · Ө; Ө1
Ең соңында (n2/n1) = n деп белгілесек
Ә = nӨ + nІ1 – И
Ә = n /Ө + і/ – И
Ал егер Ө + і = И
ә = nИ – И =/n – I
Ә = /n -1/ И
Яғни, ауытқу бұрышы соңғы өрнектен көріп тұрғанымыздай тек
Келесі бізге аса қажетті мәселенің бірі енді осы
Қысқасы, призма біртұтас болсын немесе ол жеке трапециялар
Енді біз осы алып отырған призмамызға табанына табанын
параллель сәулелер төмен
қарай, ал төмен жағындағы параллель сәулелер жоғары қарай
Сонымен призмалардың осылай орналасуында оларға түскен параллель сәулелер
Табандары арқылы түйістіріліп орналасқан екі призма өздеріне түскен
Үшкір ұштары арқылы түйістіріліп — «төңкеріліп» орналасқан призмалар
Бұл жолы тағы да біз призмалардың формасы ғана
Қысқасы, форманың сапаға айналғанына тағы да куәгер болдық.
2.4. Лннзалардың жинауы мен шашырауы
Жинағыш линза неге жинайтынын анықтау. Өткен тақырыптата өзара
Сөйтіп осылай табандастырылып орналастырылған призмалар осы өстерінің бойындағы
Призмаға түскен параллель сәуле шоғының сыртқы жағындағы сәулелер
Miнe осы қиылысу нүктелері бас өсі бойымен шұбатылып
Сонымен қорыта келгенде екі бүйірі де дөңес линзалар
Шашыратқыш линза неге шашыратады? Енді осы айтылғандардың
Сонымен қорыта айтқанда ойыс линзаның ойыс бетіне параллель
Линза арқылы кескін алу тәсілдерін тәнтілеу. Линзалардың көмегімен
Үшінші сәулені линзаның алдыңғы фокусы арқылы жүргізіп, оны
Сөйтій, линза арқылы кез келген нәрсенің кескінін алу
Енді нәрсе линзадан оның екі фокус аралығынан біраз
көбірек қашықтықта тұр делік. Бұл кезде пайда болған
Ал енді әлгі нәрсе екі фокус аралығымен фокус
Ал егер нәрсе линзамен оның фокус қашықтығының арасында
Сонымен дөңес жұқа линзаның алдына қойылатын бір нәрсенің
1. Егер нәрсе «шексіз алыста» тұрса, онда кескін
2. Нәрсе линзаның алдында екі фокус аралығына тең
3. Нәрсе екі фокус аралығымен фокус аралығында орналассын.
4. Енді нәрсе фокус аралығымен линзаның арасында тұрған
5. Егер нәрсе линзадан үлкен болса, онда кескін
Осы жағдайлардың бәрін шашыратқыш линзаларды пайдаланып қарастырып шығуға
2.5. Микроскоп пен телескоп.
Микроскоп. Лунаның үлкейту шамасы жеткіліксіз болған жағдайда бірнеше
Микроскоп бұдан үш ғасыр бұрын Голландияда пайда болған
Бақыланатын нәрсе, мысалы АВ таяқшасы алдыңғы линзаларының фо-кусынан
Әрине, бұл алдыңғы линза (көбінде линзалар жиыны) объектив
у = А2В2/АВ
Бұдан ары формуланы қорыту машақатын жасатып жатпай-ақ, микроскоптың
y = (а х к)/(Ғ1Ғ2)
Мұндағы а — алдыңғы және артқы линзалардың өзара
Қазіргі өте кең тараған микроскоптың сырт көрінісі де
Жарық сәулелерінің өз ерекшеліктеріне байланысты соңғы жылдары оптикалық
ғылыми түрде дәйектелген. Міне осы жолда ультрамикроскоп пайдаланылады.
Телескоптар. Әрине, адам баласы аспан әлемінің, алыс әлемнің
Ал, телескоптардың ендігі бір тобында айналар пайдаланылады. Және
Телескоптарды пайдаланудағы кездесетін қиыншылықтардың бірі, аспан денелерінен, алыс
Міне сондықтан да телескоптарды жасағанда бұл аспаптар көру
Микроскоп сияқты телескоптар да линзалар жиынтығынан тұрады. Және
Сондықтан да аспан денелерінен телескопқа келіп түсетін жарық
Сонымен объективке келіп жарық шоғын үлкен линзалар тобы
Міне осы сәулелердің ішіндегі объективтің оптикалық өсіне параллель
Әрине, біз қателескен жоқпыз, телескоп аспан шырақтарымен аспан
Телескоптың окулярындағы кіші линзалар жиынының міндеті үлкен линзалар
Осы себепті оқушылардың мәселенің осы маңызды жерін жеткілікті
Егер телескоп аспан денелерін аздап болса да үлкейтіп
Екіншіден, телескоп аспан денелерінің кескінін үлкейте қалған күнде
Аспан денелерінің кішірейтілген кескінін берсе де телескоп өте
Біріншіден, телескоп аспан денелерін үлкейтіп көрсете алмаса да
Екіншіден, телескоптың көмегімен аспан денедері көрінетін көру бұрышы
Жалпы телескоптың тиімділігі осы көру бұрышының үлкендігімен анықталады.
Телескоптың көрсету күші оның өзі жасап беретін көрсету
y = И/Ио ;
Мұндағы И — телескоптан пайда болған көру бұрышы,
Бұл бұрыштар өте кішкентай бұрыштар. Сондықтан бұл бұрыштардың
y = И/Ио = tg И/tg Ио;
бұдан tg И/tg Ио = F/Fо;
Мұндағы, F және Fо объектив пен окуляр міндетін
Әрине, телескоп пен аспан шырақтарын бақылағанда бұл аспан
Телескоптың аспан денелерінен келетін сәулелерді жинау дәрежесі оның
Телескоп объективінің ауданы көздің қарашығынан қанша есе үлкен
Міне, сондықтан да телескоптың объективінің линзалар жиыны өте
Ал, бұл өз кезегінде телескоп аспан шырақтарының көріну
Бұлармен қоса телескоп бір – біріне жақын жатқан
Телескоптардың тобына жататын оптикалық құралдардың ең қарапайымы, оқушалырға
66-сурет
Ал 67 – суретте телескоптың жарықтың сыну құбылысы
ҚОРЫТЫНДЫ
1. Линзаның оптикалық центрі арқылы өткен жарық сәулесі
2. Әрбір оқушы мына үш жағдайда линзаның алдында
а) нәрсе линзаның қос фокус аралығындағы нүктенің әр
б) нәрсе қос фокус аралығының нүктесі мен линзаның
в) нәрсе линза мен оның фокусының арасында жатқан
67-сурет
3. Линзаның алдында тұрған нәрсенің кескінін дұрыс салу
а) линзаға оның оптикалық бас өсіне параллель болып
б) линзаның бас фокусын басып өтуге тиіс бағыт
в) линзаның оптикалық центрі арқылы өтетін сәуле линзадан
4. Нәрсе линза мен оның фокусының арасында орналасқан
Мұны орындау үшін, мысалы, бір нүктеден шыққан оптикалык,
FКАО трапециясының үлкен табаны — FО, ал кіші
5. Алдыңғы суретте орындалған линзада кескін салу линзаны
6. Дөңес айнадан түрлі қашықтықтағы нәрсенің кескіндері қандай
7 Нәрсені дөңес линзадан түрлі қашықтыққа жылжытқанда нәрсенің
Пайдаланылған әдебиеттер
Құдайқұлов М., Жаңабергенов Қ. Орта мектепте физиканы оқыту
Мякишев Г.Я,. Буховцев Б. Физика: Орта мектептің 11-сыныбына
Полатбеков П. Оптика. Алматы, “Мектеп”, 1981
Қалығұлов А.Ж. Физиканы оқыту методикасы. (орта мектеп мұғалімдеріне
Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней
Полатбеков П. Оптикалық спектрлер (мұғалімдереге арналған құрал). Алматы,
Р.А.Мустафаев, В.Г.Кривцов. Физика в помощь поступающим в ВУЗЫ.
Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Оптика. Квантовая
Қалығұлов А. Оптиканы оқыту әдістемесі. (оқу құралы) -
2006-2007 оқу жылында Қазақстан Республикасының жалпы білім беру
Физика. Орта жалпы білім беретін мектептің 10-11-сыныптарына арналған
“Физика” оқу пәні бойынша білім берудің мемлекеттік
Информатика-физика-математика.Ғылыми әдістемелік журнал .№1. 2001, 20-27 беттер.
Информатика-физика-математика.Ғылыми әдістемелік журнал. №3. 2001, 48-49 беттер.
Фриш С.Э., Тиморева А.В. Жалпы физика курсы. Алматы,

Ұқсас жұмыстар

Призмадағы сәуле жолы

Мектепте оптика бөлімін оқытудың мәселелері

«Оптиканың қызықты құпия сырларын оқушылардың өздігінен оқуын ұйымдастырудың жолдары»

Жинағыш линза

Жарық интерференциясын бақылау әдістері

Айналардың арасындағы бұрышты табыңдар

Физикалық құбылысты жаңғырту

Оптика жайлы ұғым

Мектеп физика оқулығы бойынша электрондық оқулық