Задание EFF6FA: Электродинамика

Открытый банк ФИПИ · условие и решение задания

Открыть решение ↓ Ошибка или пожелание
Дайте развернутый ответ.

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


 

i
СВОЙСТВА ЗАДАНИЯ
КЭС:
3 Электродинамика
Тип ответа:Развернутый ответ
Номер: EFF6FA
НЕ РЕШЕНО Изменить статус

Решение задания EFF6FA

Ответ: S = 80081 см² ≈ 9,88 см²

1. Система отсчёта связана с неподвижной тонкой линзой; ось x направлена по главной оптической оси вправо, ось y — вверх. Начало координат O в центре линзы. Используем модель геометрической оптики и параксиальную формулу тонкой линзы. Механического движения нет, уравнения сил не требуются. Для точки предмета d>0 — расстояние до линзы, y — высота; для действительного изображения f>0. Тогда
1F = 1d + 1f,
f = Fdd − F,
y′ = −fd · y = −Fd − F · y.
Знак минус означает переворот относительно оси.
2. Подстановка оптической силы D=2,5 дптр:
F = 1D = 12,5 м = 40 см.
Точка A находится на расстоянии 2F=80 см. Вершина C расположена ближе к линзе, чем A. Так как AC=BC=4 см, по исходной геометрии:
dA = 80 см, dC = dB = 76 см; yA=yC=0, yB=4 см.
3. Применим формулу линзы отдельно к двум расстояниям, не приписывая всей фигуре одно увеличение:
fA = F · dAdA − F, fC = fB = F · dCdC − F.
Подстановка:
fA = 40·8080 − 40 см = 80 см,
fC = 40·7676 − 40 см = 7609 см.
Обе осевые вершины остаются на оси, а B′ лежит ниже неё. Поэтому изображение — прямоугольный треугольник с катетами
u = |fA − fC|,
v = F · BCdC − F.
Подстановка:
u = 409 см, v = 40·476 − 40 см = 409 см.
4. Площадь:
S = uv2.
Подстановка:
S = 409 · 4092 см² = 80081 см² ≈ 9,88 см².
Построение. Для внеосевой вершины проводим луч параллельно главной оси: после линзы он идёт через задний фокус. Второй луч через O не отклоняется. Их пересечение даёт изображение вершины. Для осевой вершины один луч идёт по оси, второй наклонный луч после линзы пересекает его в рассчитанной точке f; его направление подчиняется той же формуле линзы. Соединяем изображения соседних вершин. Прямые стороны переходят в прямые: все их точки лежат в одной плоскости лучей, а отображение координат выше сохраняет прямолинейность. На рисунке отдельно увеличена получившаяся фигура; масштаб по обеим осям этой детали одинаковый.
Проверка. Для A и C подстановка найденных f в равенство 1÷d+1÷f=1÷40 возвращает фокусное расстояние 40 см. Все d>F, поэтому оба изображения действительные. Высота B′ отрицательна, а её модуль равен v. Катеты и площадь вычислены из точных дробей: раннее округление длины катета до десятых заметно искажает площадь.

Ответ: S = 80081 см² ≈ 9,88 см².

Электродинамика: схема решения задания EFF6FA
Обозначения: Исходная геометрия: dA = 80 см; dC = 76 см: F = 40 см; BC = 4 см. Изображения вершин: f = Fd ÷ (d − F): y′ = −Fy ÷ (d − F). Площадь изображения: u = |fA − fC|; S = uv ÷ 2: S = 800 ÷ 81 ≈ 9,88 см².

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании EFF6FA.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

Комментарии к решению

Комментарии видны всем посетителям сайта.

Комментариев пока нет. Будьте первым.

Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.