
Карандаш высотой 9 см расположен перпендикулярно главной оптической оси тонкой собирающей линзы на расстоянии 50 см от линзы. Оптическая сила линзы 5 дптр. Чему равна высота изображения карандаша? Ответ приведите в метрах.
Решение. Определим сначала величину фокусного расстояния линзы:
Используя формулу тонкой линзы, определим, на каком расстоянии от линзы будет располагаться объект:
Из рисунка видно, что высота изображения карандаша h связана с высотой самого карандаша H и расстояниями f и d соотношением (подобие треугольников):



Ответ: 0,06 м.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом; II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 2 |
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты. И (ИЛИ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И (ИЛИ) Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины) | 1 |
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
Используя формулу тонкой линзы, определим, на каком расстоянии от линзы будет располагаться объект: 


где k — номер максимума. После прохождения решетки все лучи, относящиеся к определенному максимуму параллельны друг другу. Линза преломляет все лучи, кроме луча, прошедшего через ее оптический центр. Пересечение этого луча с плоскостью экрана и определяет положение дифракционного максимума на экране. Нулевой максимум располагается прямо за оптическим центром. Определим номер максимума, отстоящего от этой точки на
Из рисунка ясно, что
В условии задачи сказано, что углы можно считать малыми, а значит, для номера максимума имеем: 
Здесь
нм.
нм.
Увеличение линзы дается соотношением: 


Из рисунка видно, что эту величину можно также выразить через расстояние от предмета до лупы d и расстояние от лупы до изображение f (используя подобие треугольников):
Таким образом, изображение находится от лупы на расстоянии 

Из геометрического построения также
Тогда 






где перед синусами стоят показатели преломления среды. Предполагается, что сосуд находится в воздухе, для которого
При этом сосуд тонкостенный, а значит, луч, проходящий через стенку не будет смещаться.
и
Найдем показатель преломления жидкости:

Тогда 



При этом сосуд тонкостенный, а значит, луч, проходящий через стенку не будет смещаться.
и
Найдем показатель жидкости 





где k — порядок дифракции. Модуль синуса максимально может быть равен единице, следовательно, этим и ограничивается максимальный порядок дифракции.
Из рисунка видим, что
Найдем номер дифракционного максимума, который будет наблюдаться на экране на расстоянии 3 см от центра дифракционной картины:
откуда
Синус меньше либо равен единице, значит,
откуда
То есть порядок наибольшего максимума равен 9.
откуда расстояние от линзы до изображения
По формуле тонкой линзы: 

По формуле тонкой линзы: 
Тогда 








Тогда 
























и
от центрального максимума, где f — фокусное расстояние линзы. По условию
Из чего получаем


)




Откуда получаем:
Фокусное расстояние, расстояние до предмета и расстояние до изображения связаны формулой:
откуда 
откуда расстояние от линзы до изображения источника:
Фокусное расстояние F связано с оптической силой линзы D формулой:
Таким образом, b = 1,5 м.
То есть, 
По закону преломления света
откуда
а косинус угла преломления




Время, за которое свет прошел данное расстояние, равно
Таким образом, 



По рисунку построения изображения в тонкой линзе из подобия треугольников следует, что
Применяем формулу тонкой собирающей линзы:
тогда
Искомое расстояние от предмета до изображения равно:





Причем для малых углов
Тогда
Наибольший порядок спектра наблюдается, если
Тогда 

получим:
следовательно, 



Таким образом,

откуда 
Из соображений геометрии
откуда 




откуда длина волны падающей световой волны равна


где
где скорость света в данной среде равна 


где
Наименьшее расстояние между зеркалами будет при
откуда расстояние между зеркалами 
где
При этом длина световой волны в пленке будет равна
где
откуда длина волны 



получаем: 



















откуда
получаем:





откуда
Тогда получаем:



при этом длина волны 



Тогда получаем:
откуда 
то получаем 



Расстояние от предмета до линзы больше фокусного расстояния, следовательно, линза дает действительное изображение предмета.

при объединении выражений даст



то 






и фиолетового света
Найдите сколько штрихов приходится на 1 сантиметр решетки. 
Тогда запишем условие дифракционного максимума для красного и фиолетового света:






Если точка падения луча совпадает с точкой А (см. рисунок), то после преломления луч попадает в точку C. Определите показатель преломления материала, если AB = 6 см и BC = 8 см.
где nB = 1 — показатель преломления воздуха, n — показатель преломления материала, 













Объединяя уравнения, находим расстояние от линзы до мнимого изображения:
откуда найдем расстояние от линзы до изображения:
откуда найдем высоту предмета:

где для малых углов 






Объединяя формулы, находим расстояние от изображения до линзы:

Так как угол дифракции мал, то 
