РУҚА
Задания № 15, 17 · ОГЭ

Изображения в собирающей линзе

Как положение предмета относительно фокуса и двойного фокуса определяет вид, размер и положение изображения
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

В собирающей линзе изображение предмета зависит от расстояния \(d\) от предмета до линзы. Главная граница — фокусное расстояние \(F\): при сравнении с \(F\) и \(2F\) изображение может быть действительным или мнимым, увеличенным или уменьшенным, прямым или перевёрнутым.

Сначала полезно повторить построение изображения в линзе. В этой статье рассматриваются уже готовые правила для разных положений предмета.

Основные понятия и формулы

D
Фокус и двойной фокус

Фокус собирающей линзы — точка на главной оптической оси, в которой после линзы собираются лучи, шедшие до линзы параллельно главной оси. Расстояние от оптического центра линзы до фокуса обозначают \(F\). Точка на расстоянии \(2F\) от линзы называется точкой двойного фокуса.

D
Действительное и мнимое изображение

Действительное изображение образуется пересечением самих преломлённых лучей. Его можно получить на экране; в собирающей линзе оно обычно перевёрнуто. Мнимое изображение образуется пересечением продолжений лучей; на экране его получить нельзя, оно прямое.

\(d\)
расстояние от предмета до линзы
м
\(f\)
расстояние от линзы до изображения
м
\(F\)
фокусное расстояние
м
\(H\)
высота предмета
м
\(h\)
высота изображения
м
T
Формула тонкой линзы

Для расчётов используют формулу тонкой линзы. При стандартном рассмотрении расстояния до действительного предмета и изображения считают положительными.

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

Из неё можно найти положение изображения: \(f=\frac{Fd}{d-F}\). Эта запись показывает, почему предмет нельзя помещать в фокус: при \(d=F\) знаменатель равен нулю, а изображение уходит очень далеко.

T
Правило трёх лучей

Для построения достаточно двух лучей: луч, параллельный главной оси, после линзы проходит через дальний фокус; луч через оптический центр идёт почти прямо; луч через ближний фокус после линзы становится параллельным оси.

Положение предмета и получаемое изображение

Положение предметаПоложение изображенияСвойства изображения
За двойным фокусом: \(d>2F\)Между \(F\) и \(2F\)Действительное, перевёрнутое, уменьшенное
В двойном фокусе: \(d=2F\)В двойном фокусе: \(f=2F\)Действительное, перевёрнутое, равное предмету
Между \(F\) и \(2F\): \(F<d<2F\)За \(2F\)Действительное, перевёрнутое, увеличенное
В фокусе: \(d=F\)На бесконечностиИзображение конечного размера не получается
Между линзой и фокусом: \(0<d<F\)По ту же сторону линзы, что и предметМнимое, прямое, увеличенное

Таким образом, на запрос «действительное изображение когда оно получается» ответ таков: в собирающей линзе действительное изображение получается, если предмет находится дальше фокуса, то есть \(d>F\). При \(d>F\) лучи после линзы действительно пересекаются. Если предмет находится между линзой и фокусом, возникает мнимое изображение.

предметF2Fлинза
Схема главной оптической оси, фокуса \(F\) и двойного фокуса \(2F\).
Микропроверка

Предмет находится между \(F\) и \(2F\). Каким будет изображение?

Разбор типичной задачи

№
Найти положение и размер изображения

Предмет высотой \(H=2\) см расположен на расстоянии \(d=30\) см от собирающей линзы с фокусным расстоянием \(F=10\) см. Найдём расстояние до изображения и его высоту.

1
Подставим данные в формулу тонкой линзы.
\(\displaystyle \frac{1}{10}=\frac{1}{30}+\frac{1}{f}\)
2
Выразим обратное расстояние до изображения.
\(\displaystyle \frac{1}{f}=\frac{1}{10}-\frac{1}{30}=\frac{3-1}{30}=\frac{1}{15}\)
3
Найдём расстояние до изображения.
\(\displaystyle f=15\ \text{см}\)
4
Сравним положение предмета с фокусами: \(2F=20\) см, а \(d=30\) см, значит предмет находится за двойным фокусом. Поэтому изображение должно быть между \(F\) и \(2F\), действительным, перевёрнутым и уменьшенным.
\(\displaystyle 10\ \text{см}<f=15\ \text{см}<20\ \text{см}\)
5
Используем линейное увеличение линзы. Знак минус означает перевёрнутость изображения.
\(\displaystyle \Gamma=\frac{h}{H}=-\frac{f}{d}=-\frac{15}{30}=-0{,}5\)
6
Вычислим высоту изображения.
\(\displaystyle h=\Gamma H=-0{,}5\cdot2=-1\ \text{см}\)

Ответ: изображение находится на расстоянии \(15\) см от линзы, его высота по модулю равна \(1\) см. Оно действительное, перевёрнутое и уменьшенное.

Почему меняется размер изображения

При перемещении предмета от бесконечности к фокусу изображение перемещается от фокуса к бесконечности и увеличивается. За двойным фокусом оно меньше предмета; в двойном фокусе размеры совпадают; между \(F\) и \(2F\) изображение больше предмета. При приближении предмета к фокусу изображение быстро удаляется от линзы.

Короткая цепочка для запоминания

За \(2F\) — уменьшенное; в \(2F\) — равное; между \(F\) и \(2F\) — увеличенное. Во всех трёх случаях изображение действительное и перевёрнутое.

При \(d<F\) ситуация меняется: после линзы лучи расходятся, а пересекаются только их продолжения назад. Поэтому изображение мнимое, прямое и увеличенное. Именно так работает лупа. Отдельный случай подробно разобран на странице «Предмет между фокусом и линзой».

!
Частые ошибки

1. Путать \(F\) и \(2F\): при \(d=2F\) изображение равно предмету, а не увеличено. 2. Считать любое увеличенное изображение мнимым: между \(F\) и \(2F\) оно увеличенное, но действительное. 3. Забывать, что действительное изображение перевёрнуто. 4. Говорить, что при \(d=F\) изображение находится в фокусе: наоборот, лучи после линзы параллельны, поэтому конечного изображения на экране нет. 5. Не проверять ответ сравнением \(d\) с \(F\) и \(2F\).

Алгоритм решения задач

  1. Определите \(F\), \(d\) и, если нужно, высоту предмета.
  2. Сравните \(d\) с \(F\) и \(2F\) — это сразу даёт качественные свойства изображения.
  3. Для численного ответа примените формулу тонкой линзы.
  4. Найдите увеличение и высоту изображения, если требуется.
  5. Проверьте результат: при \(d>F\) изображение должно быть действительным; при \(d<F\) — мнимым.

Для сравнения с другой системой полезно помнить: у рассеивающей линзы изображение действительного предмета обычно всегда мнимое, прямое и уменьшенное. Поэтому в задачах сначала определяйте вид линзы.

Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · Качественные свойства
Предмет находится за двойным фокусом собирающей линзы. Каково изображение?
Главное за минуту

Главное

  • Для собирающей линзы при \(d>F\) изображение действительное и перевёрнутое; при \(d<F\) — мнимое и прямое.
  • За \(2F\) изображение уменьшенное, в \(2F\) — равное предмету, между \(F\) и \(2F\) — увеличенное.
  • При \(d=F\) после линзы идут параллельные лучи, поэтому конечного изображения нет.
  • Положение изображения вычисляют по формуле \(\frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f}\), а размер — с помощью линейного увеличения.
  • Для уверенного решения всегда сравнивайте расстояние до предмета с \(F\) и \(2F\).