РУҚА
25

Решение: Световое пятно рассеивающей линзы

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Геометрическая оптика
ВысокаяФИПИ52Fe43Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 5 шагов
Условие

На полуторном фокусном расстоянии от тонкой рассеивающей линзы с оптической силой, равной $-10\ \text{дптр}$, на её главной оптической оси расположен точечный источник света. Линза вставлена в непрозрачную оправу с радиусом открытой части $5\ \text{см}$. Каков диаметр светлого пятна от источника на экране, расположенном с другой стороны от линзы на расстоянии $10\ \text{см}$ от неё? Сделайте рисунок с указанием хода лучей.

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

5 шагов
1

По оптической силе определяем фокусное расстояние рассеивающей линзы:

$$f=\frac{1}{D}=\frac{1}{-10}\ \text{м}=-0{,}10\ \text{м}=-10\ \text{см}$$
2

Источник находится на полуторном фокусном расстоянии от линзы, поэтому расстояние до источника равно $a=1{,}5\cdot 10=15\ \text{см}$. По формуле тонкой линзы находим координату изображения:

$$\frac{1}{f}=\frac{1}{a}+\frac{1}{b};\quad \frac{1}{b}=\frac{1}{-10}-\frac{1}{15}=-\frac{1}{6};\quad b=-6\ \text{см}$$
3

Знак «минус» означает, что изображение мнимое и расположено на $6\ \text{см}$ слева от линзы. После линзы крайний луч распространяется так, как будто выходит из этой точки. Расстояние от мнимого изображения до экрана равно $6+10=16\ \text{см}$.

4

Радиус открытой части оправы равен $r_0=5\ \text{см}$. Из подобия треугольников радиус светлого пятна на экране равен:

$$r=r_0\frac{16}{6}=5\cdot\frac{16}{6}=\frac{40}{3}\ \text{см}$$

Диаметр светлого пятна вдвое больше его радиуса:

$$d=2r=2\cdot\frac{40}{3}=\frac{80}{3}\ \text{см}\approx 26{,}7\ \text{см}$$
Ответ

Диаметр светлого пятна равен $\dfrac{80}{3}\ \text{см}\approx 26{,}7\ \text{см}$.

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

Где здесь ошибаются

Использовать положительное фокусное расстояние для рассеивающей линзы.

Считать изображение действительным и расположенным справа от линзы.

Умножить радиус пятна вместо диаметра или забыть удвоить найденный радиус.

Не учитывать, что крайние лучи проходят через края открытой части оправы.

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 5 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.