Задания егэ по волновой оптике. Глаз как оптическая система

Видеокурс «Получи пятерку» включает все темы, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по математике на 60-65 баллов. Полностью все задачи 1-13 Профильного ЕГЭ по математике. Подходит также для сдачи Базового ЕГЭ по математике. Если вы хотите сдать ЕГЭ на 90-100 баллов, вам надо решать часть 1 за 30 минут и без ошибок!

Курс подготовки к ЕГЭ для 10-11 класса, а также для преподавателей. Все необходимое, чтобы решить часть 1 ЕГЭ по математике (первые 12 задач) и задачу 13 (тригонометрия). А это более 70 баллов на ЕГЭ, и без них не обойтись ни стобалльнику, ни гуманитарию.

Вся необходимая теория. Быстрые способы решения, ловушки и секреты ЕГЭ. Разобраны все актуальные задания части 1 из Банка заданий ФИПИ. Курс полностью соответствует требованиям ЕГЭ-2018.

Курс содержит 5 больших тем, по 2,5 часа каждая. Каждая тема дается с нуля, просто и понятно.

Сотни заданий ЕГЭ. Текстовые задачи и теория вероятностей. Простые и легко запоминаемые алгоритмы решения задач. Геометрия. Теория, справочный материал, разбор всех типов заданий ЕГЭ. Стереометрия. Хитрые приемы решения, полезные шпаргалки, развитие пространственного воображения. Тригонометрия с нуля - до задачи 13. Понимание вместо зубрежки. Наглядное объяснение сложных понятий. Алгебра. Корни, степени и логарифмы, функция и производная. База для решения сложных задач 2 части ЕГЭ.

Решение задач ЕГЭ части С: Геометрическая оптика с решениями C1.1. Тонкая линза Л даѐт чѐткое действительное изображение предмета АВ на экране Э (см. рис. 1). Что произойдѐт с изображением предмета на экране, если верхнюю половину линзы закрыть куском чѐрного картона К (см. рис. 2)? Постройте изображение предмета в обоих случаях. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения. С5.1. К потолку комнаты высотой 6 м прикреплено светящееся панно-лампа в виде круга диаметром 2 м. На высоте 3 м от пола параллельно ему расположен непрозрачный квадрат со стороной 2 м. Центр панно и центр квадрата лежат на одной вертикали. Определите минимальный линейный размер тени на полу. Ответ: 2 м. С5.2. В дно водоема глубиной 3 м вертикально вбита свая, скрытая под водой. Высота сваи 2 м. Свая отбрасывает на дне водоема тень длиной 0,75 м. Определите угол падения солнечных лучей на поверхность 4 воды. Показатель преломления воды n = . 3 4  28º.  = arcsin 73    H h L С5.3. В горизонтальное дно водоема глубиной 3 м вертикально вбита свая, полностью скрытая под водой. При угле падения солнечных лучей на поверхность воды, равном 30°, свая отбрасывает на дно водоема тень длиной 0,8 м. Определите высоту сваи. Коэффициент преломления воды. Ответ: h ≈ 2 м. С5.4. В горизонтальное дно водоема глубиной 3 м вертикально вбита свая, скрытая под водой. Высота сваи 2 м. Угол падения солнечных лучей на поверхность воды равен 30°. Определите длину тени сваи на дне водоѐма. Коэффициент преломления воды. Ответ: L ≈ 0,8 м. С5.5. Бассейн глубиной 3 м заполнен водой, относительный показатель преломления на границе воздух - вода 1,33. Каков радиус светового круга на поверхности воды от электрической лампы на дне бассейна? Ответ: ВС ≈ 3,4 м. С5.6. Бассейн глубиной 4 м заполнен водой, относительный показатель преломления на границе воздух-вода 1,33. Какой кажется глубина бассейна наблюдателю, смотрящему в воду вертикально вниз? 1 Решение задач ЕГЭ части С: Геометрическая оптика с решениями Ответ: h` = 3 м. С5.7. На поверхности воды плавает надувной плот шириной 4 м и длиной 6 м. Небо затянуто сплошным облачным покровом, полностью рассеивающим солнечный свет. Определите глубину тени под плотом. Глубиной погружения плота и рассеиванием света водой пренебречь. Показатель преломления воды относительно воздуха 4 принять равным. 3 Ответ: 1,76 м. С5.8. У самой поверхности воды в реке летит комар, стая рыб находится на расстоянии 2 м от поверхности воды. Каково максимальное расстояние до комара, на котором он еще виден рыбам на этой глубине? Относительный показатель преломления света на границе воздух- вода равен 1,33. С5.9. Луч света падает на плоский экран под углом α = 45° и создает на экране светлую точку. Перед экраном на пути луча помещают плоскую стеклянную пластинку, грани которой параллельны экрану. Толщина пластинки d = 4 см, показатель преломления стекла п = √2,5 = 1,58. Луч проходит через обе грани пластинки. На какое расстояние сместится на экране светлая точка? Ответ: s = 2 см. С5.10. На экране с помощью тонкой линзы получено изображение стержня с пятикратным увеличением. Стержень расположен перпендикулярно главной оптической оси, и плоскость экрана также перпендикулярна этой оси. Экран передвинули на 30 см вдоль главной оптической оси линзы. Затем, при неизменном положении линзы, передвинули стержень так, чтобы изображение снова стало резким. В этом случае получено изображение с трехкратным увеличением. Определите фокусное расстояние линзы. Ответ: , или. С5.11. На экране с помощью тонкой линзы получено изображение предмета с пятикратным увеличением. Экран передвинули на 30 см вдоль главной оптической оси линзы. Затем при неизменном положении линзы передвинули предмет, чтобы изображение снова стало резким. В этом случае получилось изображение с трехкратным увеличением. На каком расстоянии от линзы находилось изображение предмета в первом случае? С5.12. Линза, фокусное расстояние которой 15 см, даѐт на экране изображение предмета с пятикратным увеличением. Экран пододвинули к линзе вдоль еѐ главной оптической оси на 30 см. Затем при неизменном положении линзы передвинули предмет так, чтобы изображение снова стало резким. На какое расстояние сдвинули предмет относительно его первоначального положения? С5.13. Определите увеличение, даваемое линзой, фокусное расстояние которой равно F = 0,26 м, если предмет отстоит от нее на расстоянии а = 30 см. Ответ: 6,5. 2 Решение задач ЕГЭ части С: Геометрическая оптика с решениями С5.14. Равнобедренный прямоугольный треугольник ABC площадью 50 см2 расположен перед тонкой собирающей линзой так, что его катет AC лежит на главной оптической оси линзы. Фокусное расстояние линзы 50 см. Вершина прямого угла C лежит ближе к центру линзы, чем вершина острого угла A. Расстояние от центра линзы до точки C равно удвоенному фокусному расстоянию линзы (см. рисунок). Постройте изображение треугольника и найдите площадь получившейся фигуры. С5.15. Небольшой груз, подвешенный на длинной нити, совершает гармонические колебания, при которых его максимальная скорость достигает 0,1 м/с. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0,5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна плоскости колебаний маятника и плоскости экрана. Максимальное смещение изображения груза на экране от положения равновесия равно А1 = 0,1 м. Чему равна длина нити I? Ответ: l ≈ 4,4 м. С5.16. Небольшой груз, подвешенный на нити длиной 2,5 м, совершает гармонические колебания, при которых его максимальная скорость достигает 0,2 м/с. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0,5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна плоскости колебаний маятника и плоскости экрана. Определите максимальное смещение изображения груза на экране от положения равновесия. Ответ: А1 = 0,15 м. С5.17. Груз массой 0,1 кг, прикрепленный к пружине жесткостью 0,4 Н/м, совершает гармонические колебания с амплитудой 0,1 м. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0,5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна траектории груза и плоскости экрана. Определите максимальную скорость изображения груза на экране. Ответ: и = 0,3 м/с. С5.18. Человек читает книгу, держа ее на расстоянии 50 см от глаз. Если это для него расстояние наилучшего видения, то какой оптической силы очки позволят ему читать книгу на расстоянии 25 см? Ответ: D2 = 2 дптр. С5.19. Школьника с нормальным зрением (расстояние наилучшего зрения L = 25 см) укусила в лоб над глазом пчела. Посмотревшись в плоское зеркало, он не смог разглядеть, не осталось ли жало в месте укуса. Тогда он взял маленькую лупу оптической силой D = 16 дптр, и при помощи того же зеркала увидел, что жала нет. Как он это сделал? Нарисуйте возможную оптическую схему, примененную школьником, и найдите расстояние от зеркала до лупы в этой схеме. Все углы падения лучей считать малыми. Ответ: Лупа помещается вплотную к глазу, зеркало – на расстоянии 2,5 см от лупы. 3 Решение задач ЕГЭ части С: Геометрическая оптика с решениями С5.20. Объектив проекционного аппарата имеет оптическую силу 5,4 дптр. Экран расположен на расстоянии 4 м от объектива. Определите размеры экрана, на котором должно уместиться изображение диапозитива размером 69 см. С5.21. На оси X в точке х1 = 10 см находится тонкая рассеивающая линза, а в точке х2 = 30 см - тонкая собирающая линза с фокусным расстоянием f2 = 24 см. Главные оптические оси обеих линз лежат на оси X. Свет от точечного источника, расположенного в точке х = 0, пройдя данную оптическую систему, распространяется параллельным пучком. Найдите оптическую силу D рассеивающей линзы. Ответ: 15 Дптр. С5.22. Объектив фотоаппарата имеет фокусное расстояние F = 5 см, а размер кадра фотопленки h · l = 24 · 36 мм. С какого расстояния d надо сфотографировать чертеж размером Н· L = 240 · 300 мм, чтобы получить максимальный размер изображения? Ответ: 55 см. С5.23. Телескоп имеет объектив с фокусным расстояние 1 м и окуляр с фокусным расстоянием 5 см. Какого диаметра изображение Солнца можно получить с помощью этого телескопа, если есть возможность удалять экран от окуляра до расстояния 1,5 м? Угловой диаметр Солнца 30". С5.24. Условимся считать изображение на плѐнке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения точки на плѐнке получается изображение пятна диаметром не более 0,05 мм. Поэтому если объектив находится на фокусном расстоянии от плѐнки, то резкими считаются не только бесконечно удалѐнные предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния d. Объектив имеет переменное фокусное расстояние. При этом расстояние, на которое он настроен (в данном случае), не изменяется. При «относительном отверстии» α = 4 минимальное расстояние, на котором предметы получаются резкими, меняется (при изменении фокусного расстояния объектива) от 12,5 до 50 м. («Относительное отверстие» - это отношение фокусного расстояния к диаметру входного отверстия объектива.) В каком диапазоне изменяется фокусное расстояние объектива? При расчѐтах считать объектив тонкой линзой. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна. Ответ: фокусное расстояние изменяется от 5 до 10 см С5.25. Условимся считать изображение на пленке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения в виде точки на пленке получается изображение пятна диаметром не более некоторого предельного значения. Поэтому, если объектив находится на фокусном расстоянии от пленки, то резкими считаются не только бесконечно удаленные предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния d. Оцените предельный размер пятна, если при фокусном расстоянии объектива 50 мм и диаметре входного отверстия 5 мм резкими оказались все предметы, находившиеся на расстояниях более 5 м от объектива. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна. Ответ: δ= 0,05 мм. 4

Свеча находится на расстоянии =3, 75 м от экрана. Между свечой и экраном помещают собирающую линзу, которая дает на экране четкое изображение свечи при двух положениях линзы. Найти фокусное расстояние линзы F, если расстояние между положениями линзы b =0, 75 м.

Объективы современных фотоаппаратов имеют переменное фокусное расстояние. При изменении фокусного расстояния «наводка на резкость» не сбивается. Условимся считать изображение на плёнке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения в виде точки на плёнке получается изображение пятна диаметром не более 0, 05 мм. Поэтому если объектив находится на фокусном расстоянии от плёнки, то резкими считаются не только бесконечно удалённые предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния d. Оказалось, что это расстояние равно 5 м, если фокусное расстояние объектива 50 мм. Как изменится это расстояние, если, не меняя «относительного отверстия» изменить фокусное расстояние объектива до 25 мм? («Относительное отверстие» – это отношение фокусного расстояния к диаметру входного отверстия объектива.) При расчётах считать объектив тонкой линзой. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна F D d b f

Решение. 1. Выразим расстояние d из формулы тонкой линзы: (1) 2. Из подобия треугольников следует: (2) где D – диаметр линзы, b – диаметр пятна на экране. 3. Решаем совместно (1) и (2) и получаем значение d: (3), 4. По условию задачи «относительное отверстие» с = F/D величина постоянна, значит они пропорциональны другу. С уменьшением фокусного расстояния, во столько же раз должен уменьшится диаметр линзы. Значит, при уменьшении в два раза фокусного расстояния в четыре раза уменьшается расстояние, с которого можно считать предмет бесконечно далеким.

Решение 1. Определить, на каком расстоянии от линзы находится мнимое изображение источника S`: , От зеркала – на расстоянии 7 см. 2. Однако свет отражается от зеркала и образует действительное изображение в точке S``. Отраженный луч симметричен, откуда, зная расстояние между зеркалом и линзой, можно найти, на каком расстоянии от линзы оно находится. Х = 8 – 7 = 1 см. Значит, от источника света его действительное изображение будет на расстоянии 8, 5 см.

Линза + плоское зеркало Плоское зеркало вплотную прижато к тонкой собирающей линзе с фокусным расстоянием F. Изображение предмета находится на расстоянии 2 F от линзы. С каким увеличением изображен предмет? Решение: Оптическая система имеет оптическую силу равную Do = D 1 + D 2 + Dз. Это обосновывается тем, что луч два раза преломляется и один раз отражается, Dз – оптическая сила плоского зеркала, которая равна 0. Значит, система имеет фокусное расстояние F/2. Отсюда можно определить расстояние от источника до линзы d = 2 F/3, и увеличение равно Г = 3.

1. На каком расстоянии друг от друга следует расположить две линзы: сначала рассеивающую с фокусным расстоянием 4 см, затем собирающую с фокусным расстоянием 9 см, чтобы пучок параллельных главной оптической оси лучей, пройдя обе линзы, оставался параллельным? 2. На каком расстоянии друг от друга следует расположить две линзы: сначала собирающую с фокусным расстоянием 30 см, затем рассеивающую с фокусным расстоянием 20 см, чтобы пучок параллельных главной оптической оси лучей, пройдя обе линзы, оставался параллельным? Линза + линза

Одна сторона толстой стеклянной пластины имеет ступенчатую поверхность, как показано на рисунке. На пластину, перпендикулярно ее поверхности, падает световой пучок, который после отражения от пластины собирается линзой. Длина падающей световой волны l. При каком наименьшем из указанных значений высоты ступеньки d интенсивность света в фокусе линзы будет минимальной?

1. Небольшой груз, подвешенный на нити длиной 2, 5 м, совершает гармонические колебания с амплитудой 0, 1 м. При помощи собирающей линзы с фокусным расстоянием 0, 2 м изображение колеблющегося груза проецируется на экран, расположенный на расстоянии 0, 5 м от линзы. Главная оптическая ось линзы перпендикулярна плоскости колебания маятника и плоскости экрана. Определить максимальную скорость изображения груза на экране. Обозначим максимальную скорость маятника υмакс = Aω и изображения υ`макс =A`ω. (1). 2) Связь между амплитудами можно определить по формуле тонкой линзы с использованием линейного поперечного увеличения: 3. Частота колебания маятника равна Отсюда А` = A(f - F)/F (2), 4) Подставим (2) в формулу (1) и определим искомую величину:

Боковая сторона прямоугольной трапеции АВСД примыкающей к ее прямым углам, расположена на главной оптической оси тонкой линзы. Линза создает действительное изображение трапеции в виде трапеции с теми же самыми углами. Если повернуть трапецию АВСД на 1800 вокруг стороны АВ, то линза создает изображение трапеции в виде прямоугольника. С каким увеличением отображается сторона АВ? В D А

В C 2 F D A 2 F F D` A` C` C`` В` 1. Построить изображение трапеции, соответствующее условию задачи «с теми же самыми углами» . Это значит, что сторона ВС до линзы и после линзы должны лежать на одной прямой. Это будет в том случае, если эта прямая проходит через двойной фокус. Второй луч выгоднее провести через фокус, Получается трапеция A`B`C`D`. 2. По условию задачи при повороте трапеции через АВ изображение получается в виде прямоугольника. Построим его. Луч, который проходит через фокус через новую точку С дает ее новое изображение на уровне B`. Только, если АВ расположена в середине отрезка возможно такое. 3. На основе формулы тонкой линзы, с учетом d = 2/3 F, получаем f = 3 F, Соответственно, увеличение стороны АВ равно Г = f/d = 2

Тонкая стеклянная бипризма с преломляющим углом 0, 05 рад, показателем преломления 1, 5 и шириной 20 см стоит вертикально в пучке параллельных световых лучей. Найдите расстояние от бипризмы до экрана, при котором ширина тени в центре экрана равна ширине бипризмы Положение экрана и изображения на нем

«Система подготовки учащихся к ЕГЭ.

Разбор проблемных задач

из КИМов ЕГЭ-2010»

(практикум)

1. При коротком замыкании выводов аккумулятора сила тока в цепи равна 12 А. При подключении к выводам аккумулятора электрической лампы электрическим сопротивлением 5 Ом сила тока в цепи равна 2 А. По результатам этих экспериментов определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

Дано: Решение:

I к.з. = 12 А I к.з. = ε / r I = ε /( R+r)

R = 5 Ом ε = I к . з . ∙r ε = I (R + r)

I = 2 А I к . з . ∙r = I (R + r)

I к . з . ∙r = I∙R + I∙r

r - ? I к . з . ∙r - I∙r = I∙R

r (I к . з . – I) = I∙R

r = IR /( I к.з. - I )

r = 2 А∙5 Ом/(12А - 2А) =1 Ом

Ответ: 1 Ом

2. Найти внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт.

Дано: Решение:

Р 1 = 180 Вт Р 1 = I 1 2 R 1 Р 2 = I 2 2 R 2 R 1 ≠ R 2

I 1 = 30 А R 1 = Р 1 / I 1 2 R 2 = Р 2 / I 2 2

P 2 = 100 Вт ε = I 1 (R 1 + r) ε = I 2 (R 2 + r)

I 2 = 10 А ε = I 1 ( Р 1 / I 1 2 + r) ε = I 2 ( Р 2 / I 2 2 + r)

ε - ? r - ? I 1 ( Р 1 / I 1 2 + r) = I 2 ( Р 2 / I 2 2 + r)

Р 1 / I 1 + I 1 ∙ r = Р 2 / I 2 + I 2 ∙r

I 1 ∙ r – I 2 ∙ r = Р 2 / I 2 - Р 1 / I 1

r (I 1 – I 2 ) = Р 2 / I 2 - Р 1 / I 1

r (I 1 – I 2 ) = (I 1 P 2 -I 2 P 1 ) / I 1 I 2 r = (I 1 P 2 -I 2 P 1 ) / I 1 I 2 (I 1 – I 2 )

r = 0,2 Ом

ε = Р 1 / I 1 + I 1 ∙ r ε = 12 В

Ответ: 12 В; 0,2 Ом

3. Батарея состоит из 100 источников тока с ЭДС, равным 1 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом каждый. Источники соединили в группы по 5 штук последовательно, а эти группы соединили параллельно. Какая максимальная полезная мощность может выделяться в нагрузочном сопротивлении этой батареи?

Дано: Решение:

ε = 1 В ε – ЭДС 1 элемента, 5ε – ЭДС одной группы

r = 0,1 Ом и всей батареи

n = 5 r – внутреннее сопротивление элемента, 5 r – группы,

N = 100 5 r /20 = r /4 – внутреннее сопротивление батареи.

Р -? Максимальная мощность Р m будет при условии

равенства внутреннего и внешнего сопротивлений

R = r /4.

Через нагрузочное сопротивление идёт ток

I = 5 ε / (R + r /4) = 5 ε / (r /4 + r /4) = 5 ε∙ 4/2 r = 10 ε / r