Решение: Укажите номер рисунка, на котором правильно изображен ход светового луча

Условие задачи:

Укажите номер рисунка, на котором правильно изображен ход светового луча от источника S после прохождения собирающей линзы.

Задача №10.5.73 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Решение задачи:

Любому человеку, знакомому с темой «линзы», известно, что если источник света расположен в фокусе собирающей линзы, то световые лучи, пройдя через линзу, будут двигаться параллельно главной оптической оси, то есть в данном случае правильный ответ 4. Чтобы не быть голословным, докажем это, для чего запишем формулу тонкой линзы:

\[\frac{1}{F} = \frac{1}{d} + \frac{1}{f}\]

В этой формуле \(F\) — фокусное расстояние линзы, знак перед ним «+», поскольку линза — собирающая, \(d\) — расстояние от линзы до предмета, знак перед ним «+», поскольку предмет — действительный (в случае одиночной линзы предмет всегда действительный, оно бывает мнимым в случае системы линз), \(f\) — расстояние от линзы до изображения, знак перед ним «+», поскольку изображение — действительное (то есть образуется на сходящемся пучке лучей — смотрите рисунок).

Понятно, что в нашем случае \(d=F\), поэтому:

\[\frac{1}{F} = \frac{1}{F} + \frac{1}{f}\]

\[\frac{1}{f} = 0\]

\[f = \infty \]

Получается, что изображение источника (т.е. место пересечения световых лучей после прохождения ими линзы) находится на бесконечности. Когда такое имеет место, указанные световые лучи после прохождения линзы движутся параллельно главной оптической оси.