"Физика", Андрюшечкин С.М.
Оптические приборы с помощью линз и зеркал изменяют ход световых лучей и создают нужные изображения. Глаз тоже работает как сложная оптическая система: роговица и хрусталик преломляют свет, а сетчатка принимает действительное перевёрнутое изображение. Благодаря аккомодации человек видит предметы на разных расстояниях. Если фокус оказывается перед сетчаткой или за ней, зрение корректируют очками с рассеивающими или собирающими линзами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оптический прибор — устройство, использующее линзы, зеркала или другие оптические элементы для получения изображения. Например, лупа увеличивает изображение небольшого предмета, а фотоаппарат создаёт его резкое изображение на матрице. Такие приборы нужны, когда глазу недостаточно собственного увеличения или требуется сохранить изображение.
Глаз как оптическая система — система, в которой роговица и хрусталик преломляют свет, а сетчатка воспринимает изображение. Роговица даёт значительную часть преломления, а хрусталик уточняет фокусировку. Такое представление помогает объяснить зрение с помощью законов оптики.
Аккомодация — способность глаза изменять оптическую силу хрусталика, чтобы чётко видеть предметы на разных расстояниях. При этом меняется кривизна хрусталика, а не его положение в глазу. Благодаря аккомодации изображение остаётся резким при переводе взгляда с далёкого предмета на близкий.
Близорукость и дальнозоркость — нарушения зрения, при которых изображение фокусируется не на сетчатке. При близорукости человек хуже видит удалённые предметы, а при дальнозоркости обычно труднее рассматривать близкие. Очки изменяют ход лучей до их попадания в глаз и возвращают фокус на сетчатку.
В оптических приборах свет проходит через линзы или отражается от зеркал, поэтому его направление меняется. Собирающая линза сближает параллельные лучи, а рассеивающая — удаляет их друг от друга; зеркало меняет направление лучей отражением. Подбирая форму и положение элементов, получают увеличение, уменьшение или резкое изображение. Так лупа увеличивает угловой размер предмета, а фотоаппарат направляет лучи на матрицу.
Свет от предмета сначала проходит через прозрачную роговицу, затем через отверстие в радужке и хрусталик. Роговица и хрусталик преломляют лучи так, чтобы они сошлись на сетчатке, где находятся светочувствительные клетки. Поскольку хрусталик является собирающей линзой, лучи от верхней части предмета попадают на нижнюю часть сетчатки, а лучи от нижней — на верхнюю. Поэтому изображение получается действительным, уменьшенным и перевёрнутым.
Чёткое зрение возможно только тогда, когда сходящиеся лучи встречаются на сетчатке, а не перед ней или за ней. Если фокус смещён, на каждой точке сетчатки оказываются лучи от разных участков предмета, и изображение становится размытым. Для изменения фокуса мышцы глаза меняют форму хрусталика. При рассматривании близкого предмета хрусталик становится более выпуклым, его оптическая сила увеличивается.
При близорукости оптическая система глаза собирает лучи слишком сильно или глаз имеет большую длину, поэтому фокус удалённого предмета возникает перед сетчаткой. Рассеивающая линза ослабляет сходящийся пучок, и фокус перемещается назад. При дальнозоркости фокус близкого предмета оказался бы за сетчаткой, поэтому нужна дополнительная собирающая линза. Она предварительно сближает лучи и переносит их фокус вперёд, на сетчатку.
| Особенность | Близорукость | Дальнозоркость |
|---|---|---|
| Какие предметы видны нечётко | Удалённые | Близкие |
| Где фокусируется изображение без очков | Перед сетчаткой | За сетчаткой |
| Тип линзы в очках | Рассеивающая | Собирающая |
| Как линза изменяет ход лучей | Раздвигает лучи, ослабляя их схождение | Сближает лучи, усиливая их схождение |
Пользуйтесь таблицей в два шага: сначала определите, какие предметы человек видит нечётко, затем установите положение фокуса относительно сетчатки. После этого тип линзы выбирается однозначно: рассеивающая при близорукости и собирающая при дальнозоркости. Знак оптической силы подтверждает выбор: D < 0 у рассеивающей линзы, D > 0 у собирающей.
Человек плохо различает удалённые предметы. Объясните причину и определите, какие очки ему нужны. Нужно связать наблюдаемое нарушение с положением фокуса, а затем подобрать линзу, которая исправит ход лучей.
Ответ: у человека близорукость; ему нужны очки с рассеивающими линзами.
Человек хорошо видит вдаль, но с трудом читает мелкий текст вблизи. Определите возможный дефект зрения и тип очков. Здесь нужно учитывать, что для близкого предмета глаз должен увеличить оптическую силу хрусталика.
Ответ: возможна дальнозоркость; применяют очки с собирающими линзами.
Оптическая сила очковой линзы равна D = +4 дптр. Найдите фокусное расстояние и определите назначение линзы. Для этого используйте связь D = 1/F, где F измеряется в метрах.
Ответ: F = 0,25 м; линза собирающая и может применяться при дальнозоркости.
Считать изображение на сетчатке прямым. У собирающей оптической системы оно перевёрнуто, хотя человек воспринимает предмет прямо. Проверьте себя: вспомните, что лучи от верхней точки предмета попадают на нижнюю часть сетчатки.
Путать близорукость и дальнозоркость. Название нарушения нельзя надёжно определить по памяти или по размеру глаза. Сначала установите, где находится фокус относительно сетчатки: перед ней — близорукость, за ней — дальнозоркость.
Выбирать противоположный тип линзы. Собирающая линза не исправляет близорукость, а рассеивающая не исправляет дальнозоркость. Проверьте ход лучей: при близорукости их нужно немного развести, при дальнозоркости — предварительно сблизить.
Считать, что при аккомодации перемещается хрусталик. В действительности мышцы изменяют его кривизну и оптическую силу. Если в объяснении говорится о движении хрусталика вместо изменении формы, оно неверно.
Для понимания темы нужно знать, как собирающие и рассеивающие линзы преломляют свет и строят изображения. Формула D = 1/F связывает оптическую силу с фокусным расстоянием и используется при подборе очков и расчёте оптических систем. Лупа, фотоаппарат и микроскоп показывают, как те же законы работают в разных приборах.
Почему глаз видит изображение на сетчатке перевёрнутым, а мы воспринимаем предметы прямо?
Хрусталик создаёт на сетчатке действительное перевёрнутое изображение, как обычная собирающая линза. Мозг обрабатывает сигналы от сетчатки и формирует привычное восприятие предметов в прямом положении.
Как хрусталик помогает видеть предметы на разных расстояниях?
При аккомодации мышцы глаза изменяют кривизну хрусталика, поэтому меняются его оптическая сила и фокусное расстояние. Это позволяет получать резкое изображение и от близких, и от удалённых предметов.
Почему при близорукости нужны рассеивающие очки?
При близорукости лучи от удалённого предмета собираются перед сетчаткой. Рассеивающая линза немного разводит лучи до входа в глаз, поэтому хрусталик фокусирует их дальше — точно на сетчатке.
Чем дальнозоркость отличается от близорукости?
При близорукости изображение удалённого предмета получается перед сетчаткой, поэтому плохо видны далёкие объекты. При дальнозоркости изображение близкого предмета мысленно оказалось бы за сетчаткой, поэтому труднее рассматривать предметы вблизи.
Можно ли определить тип очковой линзы по её оптической силе?
Да. Положительная оптическая сила означает собирающую линзу, а отрицательная — рассеивающую. Поэтому по знаку величины D можно определить, какой тип линзы используется для коррекции.
§ 35. Оптические приборы. Глаз. Очки
