ملخص الفيزياء تانية ثانوي، الترم الأول العدسات والصور

أهداف التعلم

• يستطيع الطالب أن يرسم الأشعة الرئيسية للعدسة الرقيقة ويحدد موقع الصورة من تقاطعها.
• يستطيع الطالب أن يصف الصورة المتكونة عن عدسة بأنها حقيقية أو افتراضية، مقلوبة أو منتصبة، مكبرة أو مصغرة.
• يستطيع الطالب أن يستخدم معادلة العدسة وعلاقة التكبير لتحديد موضع الصورة وحجمها مع مراعاة قاعدة الإشارة المستخدمة في الدرس.
• يستطيع الطالب أن يميز بين العدسة المقعرة (المشتتة) والعدسة المحدبة (المقربة) من حيث الشكل وتأثيرها على الأشعة المتوازية.
• يستطيع الطالب أن يفسر لماذا يتحول تكبير العدسة إلى تصغير أو إلى انعكاس عندما يبعد العدسة عن الجسم.
• يستطيع الطالب أن يطبق مفهوم الصورة الحقيقية والافتراضية في تجارب مختبرية بسيطة (مثل تكوين صورة على شاشة).

---

المصطلحات والتعريفات العلمية

---

القوانين والمعادلات الفيزيائية

معادلة العدسة

1 ÷ f = 1 ÷ a + 1 ÷ b

حيث:

شرط التطبيق: تُستعمل مع عدسة رقيقة مع مراعاة قاعدة الإشارة المذكورة (a موجبة، f موجبة، إشارة b تحدد حقيقية/افتراضية). لا تُطبق إذا كان الجسم داخل منطقة غير خطية أو إذا كان هناك انحراف كبير.

مثال عددي: إذا كان f = 0.10 m و a = 0.25 m، احسب b.
الحل: 1 ÷ 0.10 = 1 ÷ 0.25 + 1 ÷ b → 10 = 4 + 1 ÷ b → 1 ÷ b = 6 → b = 0.166 m.
الإجابة: b = +0.166 m (صورة حقيقية على الجانب البعيد).

---

معادلة التكبير

M = I ÷ O

حيث:

شرط التطبيق: تُستعمل بعد معرفة b و a؛ يمكن ربطها بـ M = b ÷ a إذا كان الاتجاه مراعياً. لا تُكتب إشارة على M؛ الاتجاه يُذكر نصاً (مقلوب أو منتصب).

مثال عددي: إذا كان b = 0.20 m و a = 0.10 m، فإن M = 0.20 ÷ 0.10 = 2. أي أن الصورة مكبرة مرتين من حجم الجسم.

---

العدسات وأنواعها

العدسات هي أدوات بصرية تُستغل فيها ظاهرة الانكسار لتغيير مسار الأشعة الضوئية. هناك نوعان أساسيان:

1. العدسة المحدبة (Convex lens)

   • الشكل: سميكة في الوسط وأرق عند الحواف.
   • السلوك: تجمع الأشعة المتوازية إلى نقطة تركيز بعيدة (F′).
   • الاستخدامات الشائعة: المكبرات، الكاميرات، النظارات لتصحيح قصر النظر.

2. العدسة المقعرة (Concave lens)

   • الشكل: أرق في الوسط وأكثر سمكاً عند الحواف.
   • السلوك: تشتت الأشعة المتوازية بحيث يبدو أنها صادرة من نقطة تركيز قريبة (F).
   • الاستخدامات الشائعة: النظارات لتصحيح طول النظر، بعض الأنظمة البصرية التي تحتاج إلى تقليل حجم الصورة.

نقطة رئيسية: محور العدسة (المحور الرئيسي) يمر عبر المركز البصري ويحدد موضع البؤرتين F و F′ على جانبي العدسة. يبعد كل بؤرة مسافة f عن المركز، وتُقاس f بالمتر.

---

رسم الأشعة الرئيسية وتحديد موقع الصورة

لتحديد موقع الصورة المتكونة عن عدسة رقيقة، يُرسم ثلاث أشعة رئيسية من أعلى نقطة للجسم:

1. الضوء المار عبر المركز البصري يظل غير منحرف.
2. الضوء المتوازي مع المحور الرئيسي ينكسر عبر البؤرة البعيدة F′ (في العدسة المحدبة) أو يبدو أنه صادر من البؤرة القريبة F (في العدسة المقعرة).
3. الضوء الموجه نحو البؤرة القريبة F يخرج موازياً للمحور الرئيسي (في العدسة المحدبة) أو يخرج موازياً إذا كان موجهًا نحو البؤرة البعيدة F′ (في العدسة المقعرة).

عند تقاطع الأشعة المنكسة (أو امتدادها الخلفي) يُحدد موضع الصورة. إذا تقاطعت الأشعة فعلياً، تكون الصورة حقيقية ويمكن حجزها على شاشة. إذا تقاطعت فقط امتداداتها الخلفية، تكون الصورة افتراضية ولا يمكن حجزها.

جدول مواقع الصورة للعدسة المحدبة

جدول مواقع الصورة للعدسة المقعرة

---

تطبيقات محلولة

مسألة 1

المعطى: عدسة محدبة بطول بؤري f = 8 cm. يوضع جسم على بعد a = 20 cm من العدسة. احسب مسافة الصورة b، نوعها، وحجمها إذا كان ارتفاع الجسم O = 5 cm.

الحل:

1. استعمال معادلة العدسة:
   1 ÷ f = 1 ÷ a + 1 ÷ b → 1 ÷ 0.08 = 1 ÷ 0.20 + 1 ÷ b
   12.5 = 5 + 1 ÷ b → 1 ÷ b = 7.5 → b = 0.133 m = 13.3 cm (إشارة +).
2. الإشارة (+) تعني أن الصورة حقيقية وتقع خلف العدسة.
3. حساب التكبير: M = b ÷ a = 13.3 ÷ 20 = 0.665.
4. حجم الصورة I = M × O = 0.665 × 5 cm ≈ 3.33 cm.
   الإجابة: الصورة حقيقية، مقلوبة، حجمها ≈ 3.3 cm، وتقع على بعد 13.3 cm خلف العدسة.

---

مسألة 2

المعطى: عدسة مقعرة بطول بؤري f = –6 cm (القيمة السالبة تدل على عدسة مشتتة). يوضع جسم على بعد a = 15 cm من العدسة. احسب موقع الصورة b وحجمها إذا كان ارتفاع الجسم O = 4 cm.

الحل:

1. معادلة العدسة مع f سالب: 1 ÷ (‑0.06) = 1 ÷ 0.15 + 1 ÷ b
   –16.67 = 6.67 + 1 ÷ b → 1 ÷ b = –23.34 → b = –0.0427 m ≈ –4.3 cm.
2. الإشارة (‑) تعني أن الصورة افتراضية وتقع أمام العدسة على نفس جانب الجسم.
3. التكبير: M = b ÷ a = (‑0.0427) ÷ 0.15 = –0.285 (الإشارة السالبة تدل على الاتجاه، لكن حسب القاعدة نأخذ M موجبًا ونذكر الاتجاه نصاً).
4. حجم الصورة I = |M| × O = 0.285 × 4 cm ≈ 1.14 cm.
   الإجابة: الصورة افتراضية، منتصبة، حجمها ≈ 1.1 cm، وتقع على بعد 4.3 cm أمام العدسة.

---

أخطاء شائعة في الامتحان

1. خلط إشارة b: إهمال أن الإشارة السالبة تعني صورة افتراضية أمام العدسة، مما يؤدي إلى تصنيف الصورة خطأً.
2. استخدام معادلة التكبير مع إشارة M: يُكتب M دائمًا كقيمة موجبة؛ الاتجاه (مقلوب/منتصب) يُذكر نصًا، ولا تُضاف إشارة إلى M.
3. إهمال قاعدة الفاصل بين الجسم والعدسة: عندما يكون الجسم داخل البؤرة (a < f) للعدسة المحدبة، ينتج صورة افتراضية، وليس حقيقية.
4. الاعتماد على رسم الأشعة فقط دون التحقق من المعادلة: قد يؤدي ذلك إلى أخطاء في حساب موضع الصورة عندما تكون الأبعاد غير دقيقة.

---

قائمة المراجعة السريعة

• [ ] تعريف العدسة المحدبة والعدسة المقعرة وشكل كل منهما.
• [ ] معرفة موقع المحور الرئيسي والبؤرتين F و F′.
• [ ] تذكر تعريف الطول البؤري (f) وعلاقته بالبؤرة.
• [ ] معرفة قاعدة الإشارة: a موجبة دائمًا، f موجبة، إشارة b تحدد حقيقية/افتراضية.
• [ ] كتابة معادلة العدسة 1 ÷ f = 1 ÷ a + 1 ÷ b بشكل صحيح.
• [ ] كتابة معادلة التكبير M = I ÷ O وتذكر أن M موجبة.
• [ ] رسم الأشعة الثلاثة الرئيسية للعدسة المحدبة وتحديد تقاطعها.
• [ ] رسم الأشعة الثلاثة الرئيسية للعدسة المقعرة وتحديد امتدادها الخلفي.
• [ ] تصنيف الصورة (حقيقية/افتراضية) بناءً على تقاطع الأشعة أو امتداداتها.
• [ ] تحديد اتجاه الصورة (مقلوبة أو منتصبة) من نوع العدسة وموقع الجسم.
• [ ] حساب حجم الصورة باستخدام M = b ÷ a أو M = I ÷ O.
• [ ] مراجعة القيم الحدية: عندما يكون a = f، لا تتشكل صورة حقيقية؛ عندما يكون a = 2f، تكون الصورة متماثلة في الحجم.

---

جميع معادلات الفصل دفعة واحدة

1 ÷ f = 1 ÷ a + 1 ÷ b
M = I ÷ O
M = b ÷ a

بالتوفيق في امتحاناتك!