РУҚА
Задания № 20, 21, 26 · ЕГЭ

Задачи на формулу тонкой линзы

Пошаговый алгоритм решения задач на фокусное расстояние, расстояния до предмета и изображения, а также увеличение линзы.
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Задачи на тонкую линзу решаются по одному алгоритму: определить известные величины, выбрать знаки, записать формулу тонкой линзы, найти неизвестное расстояние или фокусное расстояние, а затем при необходимости вычислить увеличение и описать изображение. Перед решением полезно повторить линейное увеличение линзы и правила знаков в формуле тонкой линзы.

1. Величины и основные формулы

В стандартной задаче рассматривают тонкую линзу, то есть линзу, толщиной которой можно пренебречь по сравнению с расстояниями до предмета и изображения. Предмет обычно обозначают буквой \(AB\), изображение — \(A_1B_1\). Расстояние от предмета до линзы обозначают \(d\), расстояние от линзы до изображения — \(f\), фокусное расстояние — \(F\). В школьных задачах часто используют положительные геометрические расстояния: \(d>0\), \(f>0\), а знак изображения определяют отдельно по его характеру.

\(d\)
расстояние от предмета до линзы
м
\(f\)
расстояние от линзы до изображения
м
\(F\)
фокусное расстояние
м
\(D\)
оптическая сила линзы
дптр
\(\Gamma\)
линейное увеличение
безразмерная величина
D
Тонкая линза

Тонкая линза — прозрачное тело, ограниченное двумя преломляющими поверхностями, толщиной которого в расчётах пренебрегают. Собирающая линза имеет положительное фокусное расстояние, рассеивающая — отрицательное.

\[\frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f}\]1

Это формула тонкой линзы. Она связывает фокусное расстояние \(F\), расстояние от предмета до линзы \(d\) и расстояние от линзы до изображения \(f\). Если нужно найти одну величину, формулу преобразуют заранее.

\[F=\frac{df}{d+f}\]2
\[d=\frac{Ff}{f-F},\qquad f=\frac{Fd}{d-F}\]3

Оптическая сила показывает, насколько сильно линза преломляет свет, и измеряется в диоптриях. Для фокусного расстояния, выраженного в метрах, используют формулу:

\[D=\frac{1}{F}\]4
T
Правило единиц

В формулах расстояния должны быть выражены в одной системе единиц. Для оптической силы фокусное расстояние обязательно переводят в метры: \(20\,\text{см}=0{,}20\,\text{м}\), поэтому \(D=1/0{,}20=5\,\text{дптр}\).

2. Алгоритм решения расчётной задачи

  1. Выписать условие: известные \(d\), \(f\), \(F\), \(D\) или размеры предмета и изображения.
  2. Перевести все расстояния в метры, если требуется найти оптическую силу, либо привести их к одной единице.
  3. Определить тип линзы и характер изображения. Для собирающей линзы обычно \(F>0\); для рассеивающей линзы \(F<0\).
  4. Выбрать нужную формулу: формулу тонкой линзы для расстояний, формулу увеличения для размеров, \(D=1/F\) для оптической силы.
  5. Подставить числа с единицами и выполнить вычисления.
  6. Записать ответ с единицей измерения и проверить его физический смысл.

Если в условии даны высоты предмета \(H\) и изображения \(h\), сначала находят увеличение. Модуль увеличения показывает отношение размеров, а знак может указывать на перевёрнутость изображения.

\[\Gamma=\frac{h}{H}=\frac{f}{d}\]5

При использовании направленных величин иногда пишут \(Γ=-f/d\). В большинстве школьных расчётных задач достаточно использовать модуль: \(|\Gamma|=h/H=f/d\), а характер изображения определить отдельно. Подробные случаи разобраны на странице линейное увеличение линзы.

Быстрая проверка результата

Если собирающая линза даёт действительное изображение, то предмет и изображение находятся по разные стороны линзы, а в геометрической записи расстояния берут положительными. Если \(f>d\), то \(\Gamma=f/d>1\): изображение увеличенное. Если \(f<d\), изображение уменьшенное.

Микро-проверка

Предмет находится на расстоянии \(d=30\,\text{см}\) от собирающей линзы, изображение — на расстоянии \(f=60\,\text{см}\). Чему равно увеличение по модулю?

3. Как определить изображение и выбрать знаки

В задачах важно отличать действительное изображение от мнимого. Действительное изображение можно получить на экране; оно обычно перевёрнуто. Мнимое изображение на экране получить нельзя; оно обычно прямое. Эти понятия подробно объясняются на странице действительное и мнимое изображение.

Ситуация для собирающей линзыИзображениеУвеличение
Предмет дальше двойного фокуса: \(d>2F\)действительное, перевёрнутое, уменьшенное\(|\Gamma|<1\)
Предмет в двойном фокусе: \(d=2F\)действительное, перевёрнутое, равное предмету\(|\Gamma|=1\)
Предмет между \(F\) и \(2F\)действительное, перевёрнутое, увеличенное\(|\Gamma|>1\)
Предмет между линзой и фокусом: \(d<F\)мнимое, прямое, увеличенное\(|\Gamma|>1\)

Для рассеивающей линзы изображение предмета обычно мнимое, прямое и уменьшенное. В алгебраической записи это отражается отрицательным фокусным расстоянием или отрицательным расстоянием до мнимого изображения — в зависимости от выбранного соглашения о знаках. Поэтому перед вычислением нужно свериться со страницей знаки величин в формуле тонкой линзы.

ABA₁B₁FFлинза
Схема предмета AB, линзы и действительного изображения A₁B₁; точки F — фокусы.

4. Разобранный пример

№
Пример

Собирающая линза даёт действительное изображение предмета на расстоянии \(f=60\,\text{см}\). Расстояние от предмета до линзы \(d=30\,\text{см}\). Найдите фокусное расстояние линзы и её оптическую силу. Определите увеличение.

1
Записываем данные в метрах, так как оптическую силу выражают в диоптриях.
\(\displaystyle d=30\,\text{см}=0{,}30\,\text{м},\qquad f=60\,\text{см}=0{,}60\,\text{м}\)
2
Используем формулу тонкой линзы и выражаем фокусное расстояние.
\(\displaystyle F=\frac{df}{d+f}\)
3
Подставляем значения и вычисляем.
\(\displaystyle F=\frac{0{,}30\cdot0{,}60}{0{,}30+0{,}60}=\frac{0{,}18}{0{,}90}=0{,}20\,\text{м}\)
4
Находим оптическую силу собирающей линзы.
\(\displaystyle D=\frac{1}{F}=\frac{1}{0{,}20}=5\,\text{дптр}\)
5
Находим увеличение по модулю.
\(\displaystyle |\Gamma|=\frac{f}{d}=\frac{0{,}60}{0{,}30}=2\)

Ответ: \(F=0{,}20\,\text{м}=20\,\text{см}\), \(D=5\,\text{дптр}\), \(|\Gamma|=2\). Изображение в два раза больше предмета. Так как оно действительное, оно перевёрнутое.

!
Частые ошибки

1. Подставлять сантиметры в формулу \(D=1/F\) без перевода в метры. 2. Путать \(d\) и \(f\): \(d\) относится к предмету, \(f\) — к изображению. 3. Использовать \(d+f\) вместо отношения \(f/d\) при нахождении увеличения. 4. Забывать единицы в ответе. 5. Называть изображение действительным только потому, что оно увеличенное: увеличенное изображение может быть и мнимым.

5. Задачи с неизвестным расстоянием

Если известны \(F\) и одно из расстояний, неизвестное расстояние находят преобразованием формулы. Например, при известном \(F\) и \(d\):

\[f=\frac{Fd}{d-F}\]6

Перед вычислением полезно проверить знаменатель. Если \(d=F\), предмет находится в фокусе собирающей линзы: лучи после линзы идут параллельно, поэтому изображение оказывается «на бесконечности», а обычное конечное значение \(f\) не получается. При работе со сложными схемами полезны страницы оптическая система и последовательное прохождение света через линзы.

Главное соотношение

Сначала решайте задачу для расстояний по формуле \(1/F=1/d+1/f\), затем отдельно находите увеличение по формуле \(|\Gamma|=f/d\). Не смешивайте эти два этапа.

Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · оптическая сила
Какова оптическая сила линзы с \(F=0{,}25\,\text{м}\)?
Главное за минуту

Краткий итог

  • Основная формула: \(1/F=1/d+1/f\).
  • Для оптической силы используют \(D=1/F\), причём \(F\) берут в метрах.
  • Линейное увеличение по модулю: \(|\Gamma|=f/d=h/H\).
  • Алгоритм: выписать данные, выбрать знаки, привести единицы, записать формулу, вычислить и проверить смысл ответа.
  • При описании изображения учитывают его действительность, ориентацию и размер.