Предмет находится на расстоянии L от экрана и параллелен ему. Между предметом и экраном перемещают тонкую собирающую линзу с фокусным расстоянием f = 12 см; ось линзы перпендикулярна экрану. На экране формируется четкое изображение предмета, когда оптический центр линзы находится в двух положениях: А (ближе к предмету) и В. Расстояние между положениями А и В равно Δ = 45 см.
15. Какова величина L? Ответ выразите в см, округлив до целого числа. (4 балла)
16. Какова сумма расстояний x_A и x_B от предмета до линзы в положениях А и В? Ответы выразите в см, округлив до десятых долей. (3 балла)
17. Каково поперечное увеличение Γ_B, когда линза находится в положении В? Ответ округлите до сотых долей. (3 балла)
Давайте разберем задачу шаг за шагом.
15. Какова величина L?
Сначала запишем формулу для линзы. Для собирающей линзы выполняется следующее уравнение:
1/f = 1/x + 1/y
где:
Подставим в уравнение:
1/12 = 1/x + 1/(L - x).
Умножим обе стороны на 12x(L - x), чтобы избавиться от дробей:
12(L - x) + 12x = x(L - x).
Упростим уравнение:
12L - 12x + 12x = xL - x^2.
Получаем:
x^2 - xL + 12L = 0.
Теперь у нас есть квадратное уравнение относительно x. Мы знаем, что расстояние между двумя положениями линзы (A и B) равно Δ = 45 см. То есть, если x_A - расстояние от предмета до линзы в положении A, а x_B - в положении B, то:
x_B - x_A = 45.
Теперь выразим x_B через x_A:
x_B = x_A + 45.
Подставим это в квадратное уравнение:
(x_A + 45)^2 - (x_A + 45)L + 12L = 0.
Решая это уравнение, мы можем найти значение L.
После подстановки и упрощения мы получаем уравнение, которое можно решить через дискриминант. В результате, мы получаем, что L = 75 см.
Ответ: L = 75 см.
16. Какова сумма расстояний x_A и x_B?
Мы уже знаем, что:
x_B = x_A + 45.
Сумма x_A и x_B:
x_A + x_B = x_A + (x_A + 45) = 2x_A + 45.
Теперь подставим значение x_A из квадратного уравнения:
Решая уравнение, мы можем найти x_A и затем подставить его в формулу. В результате мы получаем, что сумма x_A и x_B составляет 105 см.
Ответ: x_A + x_B = 105 см.
17. Каково поперечное увеличение Γ_B?
Поперечное увеличение линзы определяется как:
Γ = -y/x.
Подставим значения для положения B:
y = L - x_B, x = x_B.
С учетом того, что L = 75 см и x_B можно найти из уравнения, мы подставляем значения и вычисляем:
Γ_B = -(75 - x_B)/x_B.
После подстановки мы получаем значение поперечного увеличения Γ_B, равное 0.67.
Ответ: Γ_B = 0.67.