25

Решение: Изображение треугольника линзой

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Геометрическая оптика
ВысокаяФИПИB2e06BРазвёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Прямоугольный треугольник расположен перед тонкой собирающей линзой с фокусным расстоянием $F = 20\ \text{см}$, как показано на рисунке. Катет треугольника, расположенный на главной оптической оси линзы, имеет длину $c = 2\ \text{см}$, а его гипотенуза составляет угол $\alpha = 60^\circ$ с главной оптической осью линзы. Постройте изображение треугольника в линзе. Определите тангенс угла между главной оптической осью линзы и гипотенузой создаваемого линзой изображения этого треугольника.

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

Высота исходного треугольника определяется из прямоугольного треугольника:

$$h = c\tan\alpha = 2\tan 60^\circ = 2\sqrt{3}\ \text{см}$$
2

Левый вертикальный катет находится на расстоянии $2F = 40\ \text{см}$ от линзы. Для его точек:

$$\frac{1}{F}=\frac{1}{a}+\frac{1}{b},\quad b=\frac{Fa}{a-F}=\frac{20\cdot40}{40-20}=40\ \text{см}$$
3

Изображение вертикального катета имеет такую же длину, но является перевёрнутым, поскольку увеличение равно $-1$. Поэтому изображение верхней вершины находится на высоте $2\sqrt{3}\ \text{см}$ по другую сторону главной оптической оси.

4

Правый конец основания находится на расстоянии $a_2=40-2=38\ \text{см}$. Его изображение расположено на расстоянии:

$$b_2=\frac{20\cdot38}{38-20}=\frac{380}{9}\ \text{см}$$
5

Горизонтальное расстояние между изображением верхней вершины и изображением правого конца основания равно:

$$\Delta x=b_2-b_1=\frac{380}{9}-40=\frac{20}{9}\ \text{см}$$

Вертикальное расстояние между этими точками равно $2\sqrt{3}\ \text{см}$. Поэтому тангенс угла наклона гипотенузы изображения к главной оптической оси равен:

$$\tan\beta=\frac{2\sqrt{3}}{20/9}=\frac{9\sqrt{3}}{10}$$
Ответ

\tan\beta=\frac{9\sqrt{3}}{10}\approx1{,}56

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

Где здесь ошибаются

Используют расстояние до правого конца основания, равное $2\ \text{см}$, вместо $38\ \text{см}$.

Не учитывают переворот изображения собирающей линзой.

Вычисляют угол по длине исходной гипотенузы, а не по координатам её изображённых концов.

Путают фокусное расстояние $F$ с расстоянием от предмета до линзы.

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.