23

Решение: Изображение треугольника линзой

ЕГЭ · Физика · Задание 23 · Геометрическая оптика
ВысокаяФИПИDB24B5Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Равнобедренный прямоугольный треугольник $ABC$ расположен перед тонкой линзой оптической силой $2{,}5\ \text{дптр}$ так, что его катет $AC$ лежит на главной оптической оси линзы. Вершина прямого угла $C$ лежит ближе к центру линзы, чем вершина острого угла $A$. Расстояние от центра линзы до точки $C$ равно удвоенному фокусному расстоянию линзы, $AC = 4\ \text{см}$. Постройте изображение треугольника и найдите площадь получившейся фигуры.

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

Оптическая сила линзы равна $D = 2{,}5\ \text{дптр}$, поэтому фокусное расстояние составляет $f = \dfrac{1}{D} = 0{,}4\ \text{м} = 40\ \text{см}$.

$$f = \frac{1}{D} = 40\ \text{см}$$
2

Точка $C$ находится на расстоянии $2f = 80\ \text{см}$ от линзы. Поэтому её изображение $C'$ находится на расстоянии $2f = 80\ \text{см}$ за линзой, а линейное увеличение для этой точки равно $-1$. Отрезок $BC$ длиной $4\ \text{см}$ изображается отрезком $B'C'$ такой же длины, но перевёрнутым.

$$a_C = 2f,\quad b_C = 2f = 80\ \text{см},\quad |B'C'| = |BC| = 4\ \text{см}$$
3

Точка $A$ расположена на $4\ \text{см}$ дальше от линзы, чем точка $C$, поэтому $a_A = 84\ \text{см}$. По формуле тонкой линзы находим положение её изображения.

$$\frac{1}{f} = \frac{1}{a_A} + \frac{1}{b_A},\quad b_A = \frac{f a_A}{a_A-f} = \frac{40\cdot84}{84-40} = \frac{840}{11}\ \text{см}$$
4

Изображение треугольника имеет вершины $A'$, $B'$, $C'$. Его горизонтальный катет равен расстоянию между $A'$ и $C'$, а вертикальный катет равен $4\ \text{см}$.

$$A'C' = 80 - \frac{840}{11} = \frac{40}{11}\ \text{см}$$

Площадь получившегося прямоугольного треугольника равна половине произведения его катетов.

$$S = \frac{1}{2}\cdot 4\cdot\frac{40}{11} = \frac{80}{11}\ \text{см}^2 \approx 7{,}3\ \text{см}^2$$
Ответ

Площадь изображения треугольника: $S = \dfrac{80}{11}\ \text{см}^2 \approx 7{,}3\ \text{см}^2$.

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

Где здесь ошибаются

Считать, что точка $A$ также находится на расстоянии $2f$ от линзы.

Не учитывать, что изображение точки $B$ перевёрнуто относительно главной оптической оси.

Использовать расстояние $AC = 4\ \text{см}$ как горизонтальный катет изображения.

Забыть, что изображения точек $A$ и $C$ находятся на разных расстояниях от линзы.

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

Как решать задание 23 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.