РУҚА
25

Решение: Глубина резкости объектива

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Геометрическая оптика
ВысокаяФИПИ26D6F2Развёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Объективы современных фотоаппаратов имеют переменное фокусное расстояние. При изменении фокусного расстояния «наводка на резкость» не сбивается. Условимся считать изображение на плёнке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения в виде точки на плёнке получается изображение пятна диаметром не более $0{,}05\ \text{мм}$. Поэтому если объектив находится на фокусном расстоянии от плёнки, то резкими считаются не только бесконечно удалённые предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния $d$. Оказалось, что это расстояние равно $5\ \text{м}$, если фокусное расстояние объектива $50\ \text{мм}$. Как изменится это расстояние, если, не меняя «относительного отверстия», изменить фокусное расстояние объектива до $25\ \text{мм}$? («Относительное отверстие» — это отношение фокусного расстояния к диаметру входного отверстия объектива.) При расчётах считать объектив тонкой линзой. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна.

reshai.online c790f85cd40aлинзаплёнкаx = fидеальный фокусbDизображение предмета дальше точки фокусировкиСхема образования пятна на плёнке при фокусировке на бесконечность
Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

Объектив сфокусирован на бесконечность, поэтому плёнка находится на расстоянии $f$ от линзы. Для предмета на конечном расстоянии $d$ лучи после линзы пересекаются за плёнкой, и на плёнке возникает пятно диаметром $b$.

2

Из подобия треугольников на рисунке получаем связь между диаметром входного отверстия $D$ и диаметром пятна:

$$b = D\frac{f}{d}$$
3

По условию относительное отверстие сохраняется, поэтому величина $N = \dfrac{f}{D}$ постоянна, или $D = \dfrac{f}{N}$.

4

Подставляя это выражение в формулу для пятна, получаем:

$$b = \frac{f^2}{Nd}$$
5

Предельный диаметр пятна $b = 0{,}05\ \text{мм}$ и относительное отверстие $N$ не изменяются. Следовательно, $d$ пропорционально квадрату фокусного расстояния:

$$\frac{d_2}{d_1}=\left(\frac{f_2}{f_1}\right)^2=\left(\frac{25}{50}\right)^2=\frac14$$

Подставляем исходное расстояние:

$$d_2=5\ \text{м}\cdot\frac14=1{,}25\ \text{м}$$
Ответ

Расстояние уменьшится в 4 раза и станет равным $1{,}25\ \text{м}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что при неизменном относительном отверстии диаметр входного отверстия остаётся постоянным.

Получить зависимость $d \sim f$, не учитывая, что $D$ также изменяется пропорционально $f$.

Перепутать расстояние до предмета $d$ с расстоянием от линзы до изображения.

Не использовать условие о максимально допустимом диаметре пятна.

Закрепить приёмВ теме «Геометрическая оптика» ещё 114 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Геометрическая оптика»: в ней 115 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.