Презентация, доклад по физике по теме Оптические приборы

наполненного водой. Они знали, что лучи солнца, проходящие через него, могут обжечь кожу, зажечь огонь, хотя вода в нем не закипает.
Первым оптическим прибором были очки. Когда появились первые очки? История не может назвать точную дату их рождения. Известно, что в Европе подобие современных очков – диски для глаз – появились во Флоренции в 1306 году, изготовлены венецианскими мастерами-стеклодувами. Известно также, что в древнем Китае за много веков до этого использовались очки с дымчатыми кварцевыми дисками. Их традиционно носили судьи, чтобы не было видно выражения их лица. По мере совершенствования очки назывались по-разному: монокль, лорнет, пенсне, очки.
После появления очков была изобретена лупа для рассмотрения мелких предметов.
Любители оптики, конечно, не могли не соединить несколько линз и зеркал, чтобы получать изображения. Из таких комбинаций постепенно получались труба и микроскоп. Авторство этих изобретений не принадлежит одному лицу, но можно проследить историю их возникновения, что мы и попытаемся сделать, а заодно рассмотрим и другие приборы.

мы уже говорили о фотоаппарате, о его создателях и принципе работы простейшего фотоаппарата. За 150 лет он сильно изменился и внешне мало похож на своих предков. Роль линзы, дающей изображение, выполняет объектив – система нескольких линз. (Демонстрация объектива). Дело в том, что хорошего изображения с помощью одной линзы не получить – оно получается размытым и нечетким, а в системе линзы исправляют недостатки друг друга и создают качественное изображение. Дальномер – это конструкция из подвижных зеркал. Когда мы смотрим в окуляр (видоискатель) аппарата, то в его центре видим кружок или квадрат, на котором изображение может раздваиваться. Вращая объектив, мы добиваемся слияния двух изображений – значит на резкость он наведен точно. В момент съемки зеркало поднимается, затем срабатывает затвор, и зеркало возвращается в исходное положение. Еще одна важная деталь в объективе: его отверстие может увеличиваться и уменьшаться с помощью подвижных лепестков – диафрагмы. Чем больше отверстие диафрагмы, тем больше света попадает в объектив.
Вопрос: Что напоминает вам диафрагма объектива? (радужная оболочка глаза, зрачок).

схема. Увеличитель состоит из трех основных частей – осветителя, штанги, по которой он перемещается, и столика (экрана), куда кладется фотобумага.
При помощи увеличителя с негатива можно отпечатать его позитивное изображение любого размера. Степень увеличения зависит от расстояния между объектом и экраном.
Осветительная часть устроена так: в нижней части корпуса крепится объектив, он может перемещаться для наводки на резкость. В схеме увеличителя есть важная оптическая система – конденсор. Конденсор представляет собой систему из двух или трех линз и концентрирует лучи от лампы внутри объектива. Под конденсором помещается рамка с негативом.
Так как получается увеличенное изображение с негатива, то пленка должна располагаться между фокусом и двойным фокусом конденсора.

сот и даже тысяч раз. Главная часть светового микроскопа – линзы, вставленные в тубус (трубку). В верхнем конце тубуса находится окуляр, состоящий из оправы и двух линз. На нижнем конце тубуса помещается объектив, состоящий из оправы и нескольких линз. Название “объектив” происходит от латинского слова, означающего “предмет”.
Формирование изображения объекта АВ в системе двух собирающих линз показано на рисунке (рисунок 4). Объектив создает действительное увеличенное изображение объекта – А'В', которое затем рассматривается окуляром. Окончательное изображение А"В" является мнимым.
Сейчас в науке применяются мощные средства для исследований: акустические, рентгеновские, электронные, лазерные микроскопы. Растровый туннельный микроскоп (1981г) позволяет увеличивать в 108 раз и различать детали размером до 0,01 диаметра атома (3·10-10м).

рисунок 3) – это прибор, увеличивающий).

солнцев в них пылающих сияет, Подвижных сколько звезд нам ясна ночь являет”.
Телескоп был изобретен в начале XVII века. Существует несколько видов телескопов. Телескоп с объективом называется рефрактором (рисунок 5). (Демонстрация школьного телескопа-рефрактора). Телескоп-рефлектор (рисунок 6) изобрел И. Ньютон. Свет в таком телескопе собирается не выпуклой линзой, а вогнутым зеркалом. В рефлекторе зеркало помещают в нижнем конце телескопа, оно отражает лучи и собирает их у верхнего конца трубы, где и находится наблюдатель. Рефлектор имеет недостаток: в него отчетливо виден лишь небольшой участок неба.
В годы Великой Отечественной войны советский конструктор телескопов Д. Д. Максутов разрешил задачу, над которой долго думали изобретатели многих стран: он сконструировал телескоп, который соединяет в себе достоинства рефрактора и рефлектора и в то же время не имеет их недостатков. На верхнем конце трубы перед вогнутым зеркалом находится выпукло-вогнутое тонкое стекло, называемое мениском, а телескоп называется менисковым (рисунок 7

Рис. 2. ПРОСТОЙ ТЕЛЕСКОП

обоими глазами одновременно; его увеличение, как правило, от 6 до 10 крат. В биноклях используют пару оборачивающих систем (чаще всего – Порро), в каждую из которых входят две прямоугольные призмы (с основанием под 45°), ориентированные навстречу прямоугольными гранями. Чтобы получить большое увеличение в широком поле зрения, свободном от аберраций объектива, и, следовательно, значительный угол обзора (6–9°), биноклю необходим очень качественный окуляр, более совершенный, чем телескопу с узким углом зрения. В окуляре бинокля предусмотрена фокусировка изображения, причем с коррекцией зрения, – его шкала размечена в диоптриях. Кроме того, в бинокле положение окуляра подстраивается под расстояние между глазами наблюдателя. Обычно бинокли маркируются в соответствии с их увеличением (в кратах) и диаметром объектива (в миллиметрах), например, 8´40 или 7´50.

мы.” (Е. Баратынский)
Рисунок ночезрительной трубы выполнен самим М. В. Ломоносовым, который ее и создал. Ломоносов впервые в истории оптики поставил перед собой задачу: сделать “ночезрительную трубу”, посредством которой можно было бы явственно рассматривать в светлую ночь или сумерки не ясные небесные светила, а предметы на земле и на море, едва различимые глазом. Его “ночезрительная труба” была двухлинзовым устройством. Она состояла из “одной линзы малой и другой большой, собиравшей лучи”. Принцип действия был основан на том, что глаз человека в сумерках и в темноте действует не так, как днем, его чувствительность становится значительно выше. Не зная этой закономерности, Ломоносов гениально предугадал ее.
Сейчас широко используются приборы ночного видения в военной и гражданской технике, в науке.

типов: монокулярные и стереоскопические. Хотя они различаются конструктивными деталями, основная часть оптической схемы у них одинакова и принцип действия один: по известной стороне (базе) и двум известным углам треугольника определяется неизвестная его сторона. Два параллельно ориентированных телескопа, разнесенных на расстояние b (база), строят изображения одного и того же удаленного объекта так, что он кажется наблюдаемым из них в разных направлениях (базой может служить и размер цели). Если с помощью какого-нибудь приемлемого оптического устройства совместить поля изображений обоих телескопов так, чтобы их можно было рассматривать одновременно, окажется, что соответствующие изображения предмета пространственно разнесены. Существуют дальномеры не только с полным наложением полей, но и с половинным: верхняя половина пространства изображений одного телескопа объединяется с нижней половиной пространства изображений другого. В таких приборах с помощью подходящего оптического элемента проводится совмещение пространственно разнесенных изображений и по относительному сдвигу изображений определяется измеряемая величина. Часто в качестве сдвигающего элемента служит призма или комбинация призм. В схеме монокулярного дальномера, показанной на рис. 3, эту функцию исполняет призма P3; она связана со шкалой, проградуированной в измеряемых расстояниях до объекта. Пентапризмы B используются как отражатели света под прямым углом, поскольку такие призмы всегда отклоняют падающий световой пучок на 90°, независимо от точности их установки в горизонтальной плоскости прибора. Изображения, создаваемые двумя телескопами, в стереоскопическом дальномере наблюдатель видит сразу обоими глазами. База такого дальномера позволяет наблюдателю воспринимать положение объекта объемно, на некоторой глубине в пространстве. В каждом телескопе имеется сетка с марками, соответствующими значениям дальности. Наблюдатель видит шкалу расстояний, уходящую в глубь изображаемого пространства, и по ней определяет удаленность объекта.

Рис. 3. МОНОКУЛЯРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР. A – прямоугольная призма; B – пентапризмы; C – линзовые объективы; D – окуляр; E – глаз; P1 и P2 –неподвижные призмы; P3 – подвижная призма; I 1 и I 2 – изображения половин поля зрения.

находится в фокусе параболического отражателя. Лучи, исходящие из всех точек дуги, отражаются параболическим зеркалом почти параллельно друг другу. Пучок лучей немного расходится потому, что источником служит не светящаяся точка, а объем конечного размера.

цветных кадров, входят две линзовые системы: конденсор и проекционный объектив. Конденсор равномерно освещает прозрачный оригинал, направляя лучи в проекционный объектив, который строит изображение оригинала на экране (рис. 4). В проекционном объективе предусматриваются фокусировка и замена его линз, что позволяет менять расстояние до экрана и размеры изображения на нем. Оптическая схема кинопроектора такая же.

В

диапозитив; B – линзовый конденсор; C – линзы проекционного объектива; D – экран; S – источник света

СХЕМА ДИАСКОПА. A –

системы могут поворачиваться относительно центра столика, на котором расположен элемент, разлагающий свет в спектр. На приборе имеются шкалы для отсчетов углов поворота, например дисперсионной призмы, и углов отклонения после нее разных цветовых составляющих спектра. По результатам таких отсчетов измеряются, например, показатели преломления прозрачных твердых тел.

располагают так, чтобы предмет отстоял от нее не дальше фокуса. Именно тогда лупа даст прямое и увеличенное изображение предмета. Лупа – самый древний оптический прибор.
Лучи, испущенные предметом и прошедшие через лупу, становятся расходящимися (рассмотрите направление хода красных или синих лучей). Поэтому лупа не может давать действительных изображений, например, на стене или экране. А мнимое изображение предмета в лупе может видеть лишь один человек, что не всегда удобно.

таких изображений, которые можно спроектировать на экран и, тем самым, сделать видимыми многим людям одновременно.
Схему проектора вы видите на чертеже. Свет лампы 1 при помощи вогнутого зеркала 2 направляется на слайд 3. Он расположен между фокусом и двойным фокусом линзы 4. В результате этого на экране 5 получается увеличенное действительное изображение слайда. Обратите внимание, что изображение слайда является перевернутым. Поэтому слайды в проектор всегда вставляют "вверх ногами".

оптическим прибором. Основные его части: 1 – склера (плотная оболочка глаза), 2 – роговица (передняя более выпуклая прозрачная часть склеры), 3 – радужная оболочка, 4 – хрусталлик, 5 – мышца, 6 – сетчатка (пронизанная нервными рецепторами внутренняя поверхность склеры), 7 – зрительный нерв.
Свет от рассматриваемого предмета, проходя в глаз, попадает на хрусталлик. Поскольку он является собирающей линзой, то на сетчатке глаза образуется изображение предмета. Светлые и темные части, из которых оно состоит, по-разному воздействуют на нервные рецепторы, пронизывающие сетчатку глаза. Эти воздействия по зрительному нерву попадают в головной мозг человека и воспринимаются им. Так протекает процесс зрения.
Одним из замечательных свойств хрусталлика является его упругость. Если окружающие его мышцы напрягаются, то хрусталлик растягивается и становится тоньше. Его преломляющая способность уменьшается, и мы можем четко видеть более удаленные предметы.

близорукость и астигматизм. Рассмотрим это на примере близорукости. Такой глаз хорошо видит только близкие предметы. Их четкие изображения получаются именно на сетчатке глаза (верхний чертеж). Если же предмет удален, то его четкое изображение получается позади сетчатки, а на ней – нечеткое изображение (средний чертеж).
Поместим перед глазом рассеивающую линзу (нижний чертеж). Она сделает пучок лучей от предмета более расходящимся, чем прежде. В результате он станет похож на тот пучок, который попадал в глаз на верхнем чертеже. Следовательно, четкое изображение рассматриваемого предмета (красной точки) вновь окажется на сетчатке глаза. Таким образом очки с рассеивающими линзами помогают близоруким людям четче видеть удаленные предметы

обыкновенные фотографии видеть рельефными. Но как быть
людям с нормальными глазами? Они не могут придвигать изображений очень близко к глазу, но им поможет здесь увеличительное стекло. Смотря на снимок через чечевицу с увеличением в два раза, такие люди легко могут приобрести указанные выгоды близорукого, т. е., не напрягая глаз, могут видеть, как фотография приобретает рельефность и глубину. Разница между получаемым при этом впечатлением и тем, что мы видим, глядя на фотографию двумя глазами с большого расстояния, — огромна. Такой способ рассматривать обыкновенные фотографии почти заменяет эффекты стереоскопа.
Теперь становится понятным, почему фотоснимки часто приобретают рельефность, если смотреть на них одним глазом в увеличительное стекло. Факт этот общеизвестен. Но правильное объяснение явления приходится слышать редко.

этому поводу:
“В следующем издании рассмотрите вопрос: отчего в обыкновенную лупу фотография кажется рельефной? Мое мнение, что все сложное объяснение стереоскопа не выдерживает критики. Попробуйте смотреть в стереоскоп одним глазом: рельефность сохраняется вопреки теории”.
Читателям, конечно, ясно теперь, что теория стереоскопа нисколько этим фактом не колеблется.
На том же основан любопытный эффект так называемых “панорам”, продающихся в игрушечных магазинах. В этих маленьких приборах обыкновенный снимок ландшафта или группы рассматривается через увеличительное стекло одним глазом. Этого уже достаточно для получения рельефа; иллюзию обыкновенно усиливают еще тем, что некоторые предметы переднего плана вырезаются отдельно и помещаются впереди фотографии; глаз наш очень чувствителен к рельефности ближайших предметов и не столь восприимчив к более далеким рельефам.

почему, собственно, предметы кажутся нам телесными, а не плоскими? На сетчатке нашего глаза изображение получается ведь плоское. Каким же образом происходит то, что предметы представляются нам не в виде плоской картины, а телами трех измерений?
Здесь действуют несколько причин. Во-первых, различная степень освещения частей предметов позволяет нам судить об их форме. Во-вторых, играет роль напряжение, которое мы ощущаем, когда приспособляем глаза к ясному восприятию различно удаленных частей телесного предмета: все части плоской картины удалены от глаза одинаково, между тем как части пространственного объекта находятся на различном расстоянии, и чтобы ясно видеть их, глаз должен не одинаково “настраиваться”. Но самую большую услугу оказывает нам то, что здесь изображения, получаемые в каждом глазу от одного и того же предмета, не одинаковы. В этом легко убедиться, если смотреть на какой-нибудь близкий предмет, попеременно закрывая то правый, то левый глаз. Правый и левый глаз видят предметы не одинаково; в каждом рисуется иная картина, и это-то различие, истолковываемое нашим сознанием, дает нам впечатление рельефа (рис. 120 и 122).
Теперь представьте себе два рисунка одного и того же предмета: первый изображает предмет, каким он кажется левому глазу, второй — правому. Если смотреть на эти изображения так, чтобы каждый глаз видел только “свои” рисунок, то вместо двух плоских картин мы увидим один выпуклый, рельефный предмет, даже более рельефный, чем телесные предметы, видимые одним глазом. Рассматривают такие парные рисунки при помощи особого прибора — стереоскопа. Слияние обоих изображений достигалось в прежних стереоскопах при помощи зеркал, а в новейших — с помощью стеклянных выпуклых призм: они преломляют лучи так, что при мысленном их продолжении оба изображения (слегка увеличенные благодаря выпуклости призм) покрывают одно другое. Идея стереоскопа, как видим, необычайно проста, но тем поразительное действие, достигаемое столь простыми средствами,

сцен и ландшафтов. Иные, быть может, рассматривали в стереоскоп и чертежи фигур, изготовленные с целью облегчить изучение стереометрии. В дальнейшем мы не будем говорить об этих более или менее общеизвестных применениях стереоскопа, а остановимся лишь на тех, с которыми многие читатели, вероятно, незнакомы.

Рис. 122. Стеклянный куб с пятнами, рассматриваемый левым и правым глазом

три аптечные склянки как будто одинаковых размеров. Как бы внимательно вы ни рассматривали эти изображения, вы не обнаружите между склянками никакой разницы в величине. А между тем разница существует, и весьма значительная. Склянки кажутся равными только потому, что находятся не на одинаковом расстоянии от глаза или от фотографического аппарата: крупная банка удалена больше, чем мелкие. Но какие именно из трех изображенных банок ближе, какие дальше? Это невозможно определить простым рассматриванием изображений.

стереоскопа или к помощи того стереоскопического зрения без аппарата, о котором сейчас говорилось. Тогда вы отчетливо увидите, что из трех склянок крайняя левая значительно дальше средней, которая в свою очередь дальше правой. Истинное соотношение размеров склянок показано на рисунке справа.
Еще более поразительный случай имеем на рис. 130 внизу. Вы видите воспроизведение фотографий ваз, свечей и часов, причем обе вазы и обе свечи кажутся совершенно одинаковых размеров. В действительности же между ними огромная разница в размерах: левая ваза чуть не вдвое выше правой, а левая свеча гораздо ниже часов и правой свечи. При стереоскопическом рассматривании тех же снимков сразу обнаруживается причина метаморфозы: предметы не выстроены в одну шеренгу, а размещены на различных расстояниях: крупные — дальше, мелкие — ближе.
Преимущество стереоскопического “двуглазого” зрения перед “одноглазым” выступает здесь с большой убедительностью.

черных квадрата. Рассматривая их в стереоскоп, мы увидим один квадрат, ничем не отличающийся от каждого из двух в отдельности. Если в центре каждого квадрата имеется белая точка, то и она, конечно, окажется в квадрате, видимом в стереоскопе. Но стоит эту точку на одном квадрате немного сдвинуть в сторону от центра, чтобы получился довольно неожиданный эффект: в стереоскоп по-прежнему будет видна одна точка, но не на самом поле квадрата, а впереди или позади него! Достаточно ничтожной разницы в обеих картинах, чтобы вызвать с помощью стереоскопа впечатление глубины
Это дает простой способ обнаруживать подделки банковских билетов и документов. Стоит поместить в стереоскоп подозреваемый банкнот рядом с подлинным, чтобы обнаружить подделку, как бы искусна она ни была: ничтожное различие водной букве, в одном штрихе сразу бросится в глаза, так как буква эта или штрих будет казаться впереди или позади остального фона [Мысль эта, впервые высказанная в середине XIX века Дове, применима не ко всем денежным знакам нашего времени. Технические условия их печатания таковы, что получающиеся оттиски не дают в стереоскопе впечатления плоского изображения, даже если оба денежных знака подлинные. Зато прием Дове вполне пригоден для различения двух оттисков одного и того же книжного набора от оттиска, сделанного с заново набранного