Optyka geometryczna — soczewki

Lekcja poświęcona optyce geometrycznej — soczewkom, jednemu z klasycznych, zawsze obecnych działów na maturze podstawowej z fizyki. Uczeń poznaje dwa rodzaje soczewek: skupiające (dodatnia ogniskowa) i rozpraszające (ujemna ogniskowa), pojęcie ogniska i ogniskowej oraz zdolność skupiającą Z = 1/f, wyrażaną w dioptriach (f musi być podstawione w metrach — częsty błąd rachunkowy). Centralnym narzędziem obliczeniowym jest równanie soczewki 1/f = 1/x + 1/y, wiążące ogniskową z odległością przedmiotu i obrazu od soczewki, oraz wzór na powiększenie p = y/x = h'/y — oba ćwiczone na konkretnych zadaniach liczbowych. Duża część lekcji poświęcona jest konstrukcji obrazu w soczewce skupiającej dla trzech charakterystycznych położeń przedmiotu: za podwójną ogniskową (obraz rzeczywisty, odwrócony, pomniejszony), między ogniskową a podwójną ogniskową (obraz rzeczywisty, odwrócony, tej samej wielkości przy x=2f, lub powiększony), oraz między ogniskiem a soczewką (obraz pozorny, prosty, powiększony — zasada działania lupy). Uczeń uczy się precyzyjnie rozróżniać cechy obrazu: rzeczywisty kontra pozorny, prosty kontra odwrócony, powiększony kontra pomniejszony — oraz unikać typowej pułapki, że nie każdy obraz pozorny jest automatycznie powiększony (dotyczy to tylko soczewki skupiającej; soczewka rozpraszająca zawsze daje obraz pozorny, prosty i pomniejszony). Zestaw kończy się jakościowym omówieniem zastosowań soczewek skupiających: oka ludzkiego (akomodacja — zmiana kształtu soczewki), lupy i aparatu fotograficznego. Fiszki podsumowują wszystkie wzory i reguły konstrukcji obrazu przydatne do powtórki przed sprawdzianem lub maturą.

• Rozróżnić soczewki skupiające i rozpraszające po znaku ogniskowej
• Obliczyć zdolność skupiającą soczewki Z = 1/f w dioptriach
• Zastosować równanie soczewki 1/f = 1/x + 1/y do obliczenia położenia obrazu
• Obliczyć powiększenie soczewki na podstawie wysokości przedmiotu i obrazu
• Określić cechy obrazu (rzeczywisty/pozorny, prosty/odwrócony, powiększony/pomniejszony) dla różnych położeń przedmiotu
• Wyjaśnić zasadę działania lupy, aparatu fotograficznego i oka ludzkiego

Temat obejmuje soczewki skupiające i rozpraszające, zdolność skupiającą Z = 1/f, równanie soczewki 1/f = 1/x + 1/y, powiększenie oraz konstrukcję obrazu dla różnych położeń przedmiotu — zgodnie z podstawą programową matury z fizyki, poziom podstawowy.