Присоединиться

Физика·Оптика·8–11 класс

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

  1. 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 dd и расстояние до изображения ff в сумме дают всю длину скамьи:

    d+f=L=45 см.d + f = L = 45\ \text{см}.

    Это первое уравнение системы; одной формулы линзы здесь не хватит, потому что неизвестных три: dd, ff и FF.

  2. Шаг 2. Записываем увеличение через расстояния

    Линейное увеличение действительного изображения:

    Γ=Hh=fd=2f=2d.\Gamma = \frac{H}{h} = \frac{f}{d} = 2 \quad \Longrightarrow \quad f = 2d.

    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
Получить полное решение

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.

Другие задачи по теме «Оптика»