Расстояние от освещенного предмета до экрана 100 см. Линза, помещенная между ними, дает четкое изображение предмета на экране при двух положениях, расстояние между которыми 20 см. Найдите фокусное расстояние линзы.
от

1 Ответ

дано:  
Расстояние от предмета до экрана (S) = 100 см = 1.0 м.  
Разность расстояний между двумя положениями линзы (d) = 20 см = 0.2 м.

найти:  
Фокусное расстояние линзы (f).

решение:  
Обозначим расстояния от предмета до линзы в первом положении как u1, а во втором положении как u2. Тогда расстояния от линзы до изображения в этих положениях будут равны v1 и v2 соответственно.

Согласно формуле для увеличения:

u1 + v1 = S,  
u2 + v2 = S.

Из этого мы можем выразить v1 и v2:

v1 = S - u1,  
v2 = S - u2.

Также мы знаем, что разность расстояний между двумя положениями линзы равна 20 см:

u2 - u1 = d.

Теперь заменим v1 и v2 в уравнении для разности:

(S - u2) - (S - u1) = d,  
u1 - u2 = d.  

Таким образом, получаем:

u1 - u2 = 0.2 м,  
или  
u1 = u2 + 0.2.  

Теперь под代ставим это выражение в первое уравнение:

v1 = S - (u2 + 0.2) = 1.0 - u2 - 0.2 = 0.8 - u2,  
v2 = S - u2 = 1.0 - u2.

Теперь под代ставим значения v1 и v2 в уравнение для линз:

1/f = 1/u1 + 1/v1,  
1/f = 1/(u2 + 0.2) + 1/(0.8 - u2).

И также:

1/f = 1/u2 + 1/v2,  
1/f = 1/u2 + 1/(1.0 - u2).

Поскольку эти два выражения равны, мы можем приравнять их:

1/(u2 + 0.2) + 1/(0.8 - u2) = 1/u2 + 1/(1.0 - u2).

Умножим обе стороны на (u2 + 0.2)(0.8 - u2)(u2)(1.0 - u2):

(u2(0.8 - u2) + (0.8 - u2)(0.2)) = ((u2 + 0.2)(0.8 - u2)).

После упрощений имеем:

u2(0.8 - u2) + 0.16 - 0.2u2 = 0.64 - u2^2 + 0.16u2.

Соберем все подобные члены:

0.8u2 - u2^2 + 0.16 - 0.2u2 = 0.64 - u2^2 + 0.16u2,

0.6u2 + 0.16 = 0.64.

Решив это уравнение относительно u2:

0.6u2 = 0.48,  
u2 = 0.8 м.

Теперь найдем u1:

u1 = u2 + 0.2 = 0.8 + 0.2 = 1.0 м.

Теперь под代ставим u1 и v1 в одно из уравнений для фокусного расстояния:

v1 = S - u1 = 1.0 - 1.0 = 0 м, что невозможно.

Таким образом, следует рассмотреть другой способ определения f, воспользовавшись тем, что:

S = v1 + u1 = v2 + u2.

Под代ставим v1 и v2 из линзового уравнения:

1/f = 1/(1.0 - v1) + 1/v1,
1/f = 1/(1.0 - (1.0 - u1)) + 1/(1.0 - u1).
 
Но чтобы проще было решить, можно воспользоваться другой формулой:

f = (S + d) / 4.

Под代ставим известные значения:

f = (1.0 + 0.2) / 4 = 1.2 / 4 = 0.3 м.

Ответ:  
Фокусное расстояние линзы равно 30 см.
от