Между предметом и экраном 45 см, изображение больше в 2 раза: найти фокусное расстояние линзы
Условие
Предмет и экран закреплены на оптической скамье на расстоянии 45 см друг от друга. Между ними ставят собирающую линзу так, что на экране получается резкое изображение предмета, увеличенное ровно в 2 раза. Найдите, на каком расстоянии от предмета стоит линза, её фокусное расстояние и оптическую силу.
Ответ
Линза в 15 см от предмета (до экрана 30 см); F = 10 см; D = 10 дптр.
Решение по шагам
Шаг 1. Что связывает расстояния до предмета и до экрана
Изображение получено на экране, значит оно действительное, и линза стоит между предметом и экраном. Тогда расстояние до предмета и расстояние до изображения в сумме дают всю длину скамьи:
Это первое уравнение системы; одной формулы линзы здесь не хватит, потому что неизвестных три: , и .
Шаг 2. Записываем увеличение через расстояния
Линейное увеличение действительного изображения:
Смысл прост: изображение увеличено, значит экран стоит дальше от линзы, чем предмет — ровно вдвое дальше. Это второе уравнение, и вместе с первым система уже замкнута.
Осталось ещё 3 шага — откроются после входа:
- Шаг 3. Решаем систему и находим положение линзы
- Шаг 4. Фокусное расстояние и оптическая сила
- Шаг 5. Проверка и второе положение линзы
Бесплатно · займёт минуту
Частые ошибки
- ✗
Принимают 45 см за d или за f, хотя это сумма d + f.
- ✗
Пишут Γ = d/f и ставят линзу в 30 см от предмета — тогда изображение выходит уменьшенным в 2 раза, а не увеличенным.
- ✗
Забывают перевести F в метры перед подсчётом оптической силы и пишут D = 1/10 = 0,1 дптр вместо 10 дптр.
- ✗
Считают, что резкое изображение возможно лишь при одном положении линзы: при L > 4F положений два — с увеличением 2 и с уменьшением в 2 раза.