Optisten instrumenttien esimerkkikysymykset

12 esimerkkiä optisia instrumentteja koskevista kysymyksistä

Kovera peili

1. Koveran peilin muodostama kuva kappaleesta, jonka korkeus on h ja joka on sijoitettu pienemmälle etäisyydelle kuin f (f = peilin polttoväli), on...

A. virtuaalinen, pystyssä, alennettu

B. virtuaalinen, pystyssä, suurennettu

C. todellinen, pystyssä, alennettu

D. todellinen, käänteinen, suurennettu

E. todellinen, käänteinen, pelkistetty

Keskustelu

Seuraava on esimerkki varjon muodostumisesta, joka on samanlainen kuin yllä oleva kysymys. Tämän kuvan perusteella varjo on virtuaalinen, pystysuora ja suurennettu. Oikea vastaus on B.

2. Jos esine asetetaan koveran peilin polttopisteen ja pinnan puoliväliin, muodostuu kuva:

(1) suurennettu kahdesti

(2) pystyssä

(3) kuvaetäisyys = tarkennusetäisyys

(4) virtuaalinen

Oikea lausunto on…

A. 1, 2 ja 3

B. 1 ja 3

C. 1 ja 4

D. vain 4

E. kaikki ovat oikein

Keskustelu

Oletetaan, että polttopisteen etäisyys eli polttoväli (f) = 20 cm ja kohteen etäisyys (s) = 10 cm, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.

a) Varjon etäisyys

1/f = 1/s + 1/s'

1/20 = 1/10 + 1/s'

1/20 – 1/10 = 1/s'

1/20 – 2/20 = 1/s'

-1/20 = 1/s'

s' = -20 cm

Negatiivinen varjon etäisyys tarkoittaa, että varjo on virtuaalinen. Varjo on virtuaalinen, koska sen läpi ei kulje valo. Tämä on merkitty kuvassa katkoviivalla.

b) Kuvan suurennus

M = -s'/s = -(-20)/10 = 20/10 = 2 kertaa

Kuvan positiivinen suurennus tarkoittaa, että kuva on pystyasennossa. Kuva on suurennettu kaksinkertaiseksi.

Kuvan ja yllä olevien laskelmien tulosten perusteella varjojen ominaisuudet ovat:

1. Suurennettu kaksi kertaa

2. Pystysuora

3. Kuvan etäisyys = polttoväli = 20 cm

4. Luonteeltaan virtuaalinen

Oikea vastaus on E.

Kupera peili

3. Kupera peili on sijoitettu tien mutkaan. Kun esine on kahden metrin päässä peilistä, muodostuvan kuvan korkeus on 1/16 esineen korkeudesta. Peilin polttoväli on…

A. 2/15 m

B. 2/17 m

C. 5/8 m

D. 15/2 m

E. 17/2 m

Keskustelu

Tiedetään, että:

Kohteen etäisyys (s) = 2 metriä

Kuvan suurennus (M) = 1/16 kertaa

Kysytty: Kuperan peilin polttoväli

Vastaus:

Laske ensin varjon etäisyys (s'):

Kuvan etäisyys on –1/8 metriä. Miinusmerkki tarkoittaa, että kuva on virtuaalinen.

Kuperan peilin polttoväli (f):

Negatiivinen merkki tarkoittaa, että kupera peilin polttopiste on virtuaalinen.

Oikea vastaus on A.

4. Kuperan peilin ja sen eteen asetetun h-korkuisen kappaleen muodostama kuva on...

A. todellinen, pystyssä, suurennettu

B. virtuaalinen, pystyssä, suurennettu

C. todellinen, pystyssä, alennettu

D. todellinen, käänteinen, suurennettu

E. virtuaalinen, pystyssä, alennettu

Keskustelu

Sivussa olevan kuvan perusteella varjon ominaisuudet ovat virtuaalinen, pystysuora ja pelkistetty.

Oikea vastaus on E.

Kupera linssi

5. Yllä olevasta kuperasta linssidiagrammista kuvan suurennus nopeudella 1/s = 3 on...

A. 1,5 kertaa

B. 2 kertaa

C. 3 kertaa

D. 4 kertaa

E. 6 kertaa

Keskustelu

Tiedetään, että:

1/s = 3 cm^-1, s = 1/3 cm

1/s′ = 1 cm^-1, s' = 1/1 cm = 1 cm

Kysytty: Kuvan suurennus (M)

Vastaus:

Kuvan suurennus:

M = s' : s

M = 1 cm : 1/3 cm

M = 1 cm x 3/1 cm

M = 3 kertaa

Oikea vastaus on C.

Kovera linssi

6. Yhdensuuntainen valonsäde osuu koveraan linssiin. Valonsäde kokee…

A. taittuminen niin, että valo leviää

B. heijastus niin, että valo leviää

C. taittuminen niin, että säteet kerääntyvät

D. heijastus niin, että valo kerääntyy

E. taittuminen, mutta säteet pysyvät yhdensuuntaisina

Keskustelu

Peilit voivat heijastaa valoa, kun taas linssit voivat taittaa valoa.

Koverilla linsseillä on kyky levittää valoa, joten niitä kutsutaan myös hajaantuviksi linsseiksi.

Oikea vastaus on A.

susi

7. Suurennuslasina käytetään linssiä, jonka polttoväli on 5 cm. Jos silmä on normaali, käytä tätä suurennuslasia. maksimaalisella mukautuksella suurennuslasin kulmasuurennus on...

A. 3 kertaa

B. 4 kertaa

C. 5 kertaa

D. 6 kertaa

E. 8 kertaa

Keskustelu

Tiedetään, että:

Objektiivin polttoväli (f) = 5 cm

Normaalin silmän lähipiste (N) = 25 cm

Kysytty: Suurennuslasin kulmasuurennus

Vastaus:

Jos silmä on maksimaalisesti akkommodoitu, suurennuslasin tuottaman kuvan etäisyys on sama kuin normaalin silmän lähipiste. Suurennuslasin suurennuskulman kaava silmän maksimaalisessa akkommodoitumisessa:

Oikea vastaus on D.

Silmäviat

8. Kaukonäköinen henkilö tarvitsee normaalisti nähdäkseen silmälaseja, joiden linssin kirkkaus on +2 diopteria. Siksi lähin etäisyys, jonka henkilö voi nähdä ilman laseja, on…

A. 2,5 cm

S. 15 cm

Noin 50 cm

S. 60 cm

E. 100 cm

Keskustelu

Tiedetään, että:

Linssin kirkkaus (P) = +2 diopteria

Kysytty: Lähin etäisyys, jonka ihminen näkee ilman laseja

Vastaus:

Kovera vai kupera linssi?

Linssin teho on positiivinen, joten käytetty linssi on positiivinen linssi eli kupera linssi eli konvergentti linssi.

Mikä on linssin polttoväli?

P = 1/f

2 = 1/f

f = 1/ 2 = 0,5 metriä = 50 cm

Kuperan linssin polttoväli on 50 cm.

Likinäköisyys vai kaukonäköisyys?

Jos käytetty linssi on kupera linssi, kyseessä on likinäköisyys.

Mikä on lähin etäisyys, jonka silmä näkee ilman laseja?

Normaalin silmän lähipiste on 25 cm. Jotta silmä näkisi 25 cm:n etäisyydellä olevan kohteen normaalina silmänä, linssin on muodostettava kuva x cm:n etäisyydelle linssin eteen. Kuva on kuperan linssin edessä, joten kuva on pystysuorassa ja virtuaalinen. Kuva on virtuaalinen, joten kuvan etäisyys (s') on negatiivinen.

-1/s' = 1/f – 1/s

-1/s' = 1/50 – 1/25 = 1/50 -2/50 = -1/50

-s' = -50/1 = -50 cm = -0,50 metriä

s' = 50 cm = 0,5 metriä

Likinäköisen silmän näöntarkkuus on lyhin 50 cm. Normaalin silmän näöntarkkuus on 25 cm.

Oikea vastaus on C.

Lasit

9. Ikänäöllä on lähinäkö 50 cm. Jos hän haluaa lukea normaalilla lukuetäisyydellä, hän tarvitsee silmälasit, joiden suurennus on...

A. -2 diopteria

B. -1/2 diopteria

C. + 1/2 diopteria

D. +2 diopteria

E. +4 diopteria

Keskustelu

Normaalin silmän lähipiste on 25 cm ja potilaan lähipiste 50 cm. Tämä tarkoittaa, että henkilöllä on vaikeuksia nähdä lähelle, tätä tilaa kutsutaan kaukotaittoisuudeksi. Kaukotaittoisuus voidaan korjata kuperalla linssillä, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.

Jotta kohdetta voidaan havaita 25 cm:n etäisyydellä silmän edessä, linssin on muodostettava kuva 50 cm:n etäisyydelle silmästä ja linssin eteen. Kuvan on oltava silmän edessä, jotta se voidaan nähdä, joten kuva on pystysuora ja virtuaalinen.

Se tiedetään :

Kohteen etäisyys (s) = 25 cm

Kuvan etäisyys (s') = -50 cm (negatiivinen, koska se on virtuaalinen)

Kysytty Lasien polttoväli (f) ja linssin teho (P)

Jawab :

1/f = 1/s + 1/s'

1/f = 1/25 + 1/-50

1/f = 2/50 – 1/50

1/f = 1/50

f = 50/1 = 50 cm = 0,5 metriä

Positiivinen polttoväli tarkoittaa, että käytetty linssi on kupera linssi.

P = 1/f = 1/0,5 = +2 diopteria

Linssin valovoima on +2 D. Positiivinen merkki tarkoittaa, että käytetty linssi on kupera linssi.

Oikea vastaus on D.

Mikroskooppi

10. Mikroskoopissa on objektiivi ja okulaari, joiden polttovälit ovat vastaavasti 0,9 cm ja 5 cm. Henkilö asettaa 10 mm:n lasilevyn objektiivin eteen, jotta häntä voidaan tarkastella okulaarin läpi ilman akkommodaatiota. Jos lasilevy on 0,5 mm pitkä ja henkilön normaali lukuetäisyys on 25 cm, kohteen näennäinen pituus on...

A. 7,5 mm

B. 10 mm

Noin 12,5 mm

D. 15 mm

E. 20 mm

Keskustelu

Tiedetään, että:

Objektiivin polttoväli (f_ob) = 0,9 cm = 9 mm

Okulaarin linssin polttoväli (f_ok) = 5 cm = 50 mm

Kohteen etäisyys objektiivista (s_ob) = 10 mm

Kappaleen pituus (h) = 0,5 mm

Normaalin silmän lähipiste (N) = 25 cm = 250 mm

Kysytty: Varjon pituus (h')

Vastaus:

Havainnointi ilman akkommodaatiota on sama asia kuin havainnointi minimaalisella akkommodaatiolla, jossa silmä rentoutuu havainnoidessaan äärettömän kaukana olevaa kuvaa.

Laske ensin kuvan etäisyys objektiivista. Objektiivi on kupera linssi, joten käytetään kuperan linssin kaavaa:

1 / s_ob' = 1/f_ob – 1/s_ob = 1/9 – 1/10 = 10/90 – 9/90 = 1/90

s_ob' = 90/1 = 90 mm

Mikroskoopin kokonaissuurennus silmän ollessa minimaalisessa akkommodaatioasennossa tai kuvan ollessa äärettömässä lasketaan kaavalla:

Varjon pituus = kohteen pituus x kokonaissuurennus = (0,5 mm)(45) = 22,5 millimetriä.

11. Mikroskoopin objektiivin polttoväli on 2,0 cm. Objektiivin alle asetetaan esine 2,2 cm:n etäisyydelle. Mikroskooppi on 24,5 cm pitkä ja havainnoitsija havaitsee ilman akkommodaation käyttöä. Jos havainnoitsijan näkö on normaali, mikroskoopin kokonaissuurennus on…

A. 20 kertaa

B. 25 kertaa

C. 50 kertaa

D. 75 kertaa

E. 100 kertaa

Keskustelu

Tiedetään, että:

Objektiivin polttoväli (f_ob) = 2,0 cm

Objektiivin edessä olevan kohteen etäisyys (s_ob) = 2,2 cm

Mikroskoopin pituus (l) = 24,5 cm

Normaalin silmän lähipiste (N) = 25 cm

Havainnointi ilman akkommodaatiota

Kysytty: Mikroskoopin kokonaissuurennus (M)

Vastaus:

Silmä mukautuu minimaalisesti, kun kuva on äärettömän kaukana, kuten viereisessä kuvassa näkyy.

Mikroskoopin kokonaissuurennoksen kaava silmän akkommodaatioasennossa:

Tietoja:

M = kokonaissuurennus

l = mikroskoopin pituus = objektiivin ja okulaarin linssin välinen etäisyys = okulaarin linssin polttoväli + kuvan etäisyys objektiivista (s)_ob') = f_ok + s_ob"

Kuvan etäisyys objektiivista (s_ob') :

1 / f_ob = 1 / s_ob + 1/s_ob"

1 / s_ob' = 1/f_ob – 1/s_ob = 1/2 – 1/2,2 = 2,2/4,4 – 2/4,4 = 0,2/4,4

s_ob' = 22

Kuvan etäisyys objektiivista on 22 cm.

Okulaarin linssin polttoväli (f_ok):

l= f_ok + s_ob"

f_ok = l – s_ob' = 24,5 – 22 = 2,5 cm

Mikroskoopin kokonaissuurennus (M):

Oikea vastaus on E.

12. Opiskelija (Sn = 25 cm) suoritti kokeen mikroskoopilla, ja tiedot on esitetty seuraavassa kaaviossa. Mikroskoopin suurennus on…

A. 30 kertaa

B. 36 kertaa

C. 40 kertaa

D. 46 kertaa

E. 50 kertaa

Keskustelu

Tiedetään, että:

Normaalin silmän lähipiste (N) = 25 cm

Kohteen etäisyys (s)_ob) = 1,2 cm

Objektiivin polttoväli (f_ob) = 1 cm

Okulaarin linssin polttoväli (f_ok) = 5 cm

Objektiivin ja okulaarin välinen etäisyys = 10 cm

Kysytty: Mikroskoopin suurennus

Vastaus:

Jos lopullinen kuva on äärettömän kaukana, silmä akkommitoituu minimaalisesti. Käänteisesti, jos kuva on äärellisen kaukana, silmä akkommitoituu maksimaalisesti. Yllä olevassa kuvassa lopullinen kuva on äärellisen kaukana, joten silmä akkommitoituu maksimaalisesti.

Mikroskoopin suurennoksen kaava silmän maksimaalisessa akkommodaatioasennossa:

Mikroskooppien keskustelu

Kiikarit

Keskustelu kiikareista

13. Katso kuvaa valonsäteen reitistä, joka muodostaa kuvan seuraavalla mikroskoopilla:
Objektiivin ja okulaarin linssin välinen etäisyys dMikroskoopin lähde on…

A. 20 cm
S. 24 cm
Noin 25 cm
S. 27 cm
E. 29 cm

Keskustelu

Tiedetään, että:
Kohteen etäisyys objektiivista (s_ob) = 2 cm
Objektiivin polttoväli (f_ob) = 1,8 cm
Todellisen kuvan etäisyys okulaarin linssistä (s_ok) = 6 cm
Okulaarin linssin polttoväli (f_ok) = 6 cm
Kysymys: Objektiivin ja okulaarin välinen etäisyys (mikroskooppiputken pituus)
Vastaus:

Tarkastellaan yllä olevaa kuvaa. Kun silmä on minimissä akkommodaatioasennossa, okulaarin linssin muodostama lopullinen kuva on äärettömyydessä. Jotta okulaarin linssin tuottama lopullinen kuva olisi ääretön, objektiivin linssin tuottaman todellisen kuvan on oltava okulaarin linssin polttopisteessä. Näin ollen objektiivin ja okulaarin linssin välinen etäisyys (l) = todellisen kuvan etäisyys objektiivista (s)._ob') + okulaarin linssin polttoväli (f_ok).

Todellisen kuvan etäisyys objektiivista (s_ob') :
1 / s_ob + 1/s_ob' = 1/f_ob
1 / s_ob' = 1/f_ob – 1/s_ob
1 / s_ob' = 1/1,8 – 1/2
1 / s_ob' = 10/18 – 9/18 = 1/18
s_ob' = 18 cm

Objektiivin ja okulaarin välinen etäisyys (mikroskooppiputken pituus):
l = s_ob' + f_ok
p = 18 cm + 6 cm
pituus = 24 cm
Oikea vastaus on B.

Kysymyksen lähde:

Fysiikan kansalliset tenttikysymykset lukiolle/ammatilliseen lukioon

Esimerkkikysymyksiä optisista silmäinstrumenteista
Normaalisti silmin näkee aluksi kohteen 500 metrin päässä. Muutaman hetken kuluttua hän näkee kohteen metrin päässä. Sarveiskalvon ja verkkokalvon välinen etäisyys mata pidetään samana kuin varjon etäisyys, joka on noin 2,5 cm. Laske:
(a) Okulaarin polttoväli ja teho tarkennettaessa 500 metrin päässä olevaan kohteeseen
(b) Okulaarin polttoväli ja teho tarkennettaessa 1 metrin päässä olevaan kohteeseen
(c) Okulaarin polttovälin muutos, kun tarkennusta vaihdetaan 500 metristä 1 metriin.
Keskustelu
Tiedetään, että:
Kohteen etäisyys 1 (s₁) = 500 metri = 50.000 cm
Kohteen etäisyys 2 (s₂) = 1 metri = 100 cm
Varjon etäisyys (s') = 2,5 cm
Vastaus:
(a) Silmän linssin polttoväli ja teho, kun silmä tarkentaa 500 metrin päässä olevaan kohteeseen
Okulaarin polttoväli (f) lasketaan kaavalla kupera linssikaava :
1 / f₁ = 1 / s₁ + 1/s' = 1/50.000 + 1/2,5 = 1/50.000 + 20.000/50.000 = 20.001/50.000
f₁ = 50.000/20.001 = 2,499875 cm
f₁ = 0,02499875 metri
Silmän linssin vahvuus:
P₁ = 1/f₁ = 1/0,02499875 = 40,0 dioptria

(b) Silmän linssin polttoväli ja teho, kun silmä tarkentaa metrin päässä olevaan kohteeseen
Okulaarin polttoväli (f):
1 / f₂ = 1 / s₂ + 1/s' = 1/100 + 1/2,5 = 1/100 + 40/100 = 41/100
f₂ = 100/41 = 2,439024 cm
f₂ = 0,02439024 metri
Silmän linssin vahvuus:
P₂ = 1/f₂ = 1/0,02439024 = 41,0 dioptria

(c) Silmän linssin polttovälin ja tehon muutos, kun tarkennusetäisyys vaihdetaan 500 metristä 1 metriin.
Silmän linssin polttovälin muutos = f₁ - f₂ = 0,02499875 – 0,02439024 = 0,00060851 metriä
Silmän linssin voimakkuuden muutos = 41,0 – 40,0 = 1,0 diopteria

Yllä olevien kysymysten käsittelyn perusteella voidaan päätellä, että:
– Silmän linssin polttoväli on suurempi, kun silmä havaitsee esineitä etäällä, ja silmän linssin polttoväli on pienempi, kun silmä havaitsee esineitä etäällä.
– Silmän linssin optinen voima on suurempi, kun silmä tarkkailee lähellä olevaa kohdetta, ja pienempi, kun silmä tarkkailee kaukaista kohdetta. Mitä lähempänä kohde on, sitä suurempi on silmän linssin optinen voima.

Kysymyksiä voidaan käsitellä kattavammin artikkelissa, jossa käsitellään esimerkkikysymyksiä optisista silmälaitteista.

Esimerkki silmälaseja koskevista kysymyksistä
Kysymyksiä voidaan käsitellä kattavammin artikkelissa, jossa käsitellään optisia laseja koskevia esimerkkejä.

Piilolinssiesimerkkikysymyksiä
Kysymyksiä käsitellään kattavammin artikkelissa, jossa käsitellään piilolinssejä koskevien optisten instrumenttien esimerkkejä.

Esimerkki suurennuslasista tai suurennuslasikysymyksestä
Kirjoitettu teksti on niin pieni, ettei sitä voida lukea. Henkilö lukee kirjoitusta suurennuslasilla, kun silmä on pienimmässä akkommodaatioasennossa. Suurennuslasin suurennuskulma on 5x. Mikä on suurennuslasin polttoväli?
Keskustelu
Tiedetään, että:
Normaalin silmän lähipiste (N) = 25 cm
Suurennuslasin kulman suurennus (M) = 5 x
Kysytty: Suurennuslasin polttoväli (f)
Vastaus:
Suurennuslasin kulman suurennuskertoimen kaava silmän ollessa maksimaalisessa akkommodaatioasennossa:
M = (N/f) + 1
5 = (25 cm / f) + 1
5 – 1 = 25 cm / jalkaa
4 = 25 cm / jalkaa
f = 25 cm / 4
f = 6,25 cm
Suurennuslasin polttoväli on 6,25 cm. Suurennuslasin polttoväli on positiivinen, koska suurennuslasi käyttää kupera linssi eli positiivinen linssi.

Kysymysten kattavampaa käsittelyä voidaan tutkia artikkelissa, jossa käsitellään esimerkkejä suurennuslaseja tai suurennuslaseja koskevista kysymyksistä.

Mikroskooppiesimerkkikysymyksiä
Normaalisti silmin oleva henkilö tarkastelee kohdetta mikroskoopilla. Objektiivin polttoväli on 20 mm ja okulaarin polttoväli 30 mm. Jos objektiivin tuottama todellinen kuva on 10 cm:n päässä, laske mikroskoopin kulmasuurennus, kun sitä tarkastellaan silmällä, jonka akkommodaatio on pienimmillään.
Keskustelu
Tiedetään, että:
Objektiivin polttoväli (f_ob) = 20 mm
Okulaarin linssin polttoväli (f_ok) = 30 mm
Objektiivin kuvan etäisyys (s)_ob') = 10 cm = 100 mm
Normaalin silmän lähipisteen etäisyys (N) = 25 cm = 250 mm
Kysytty: Mikroskoopin kulmasuurennus, kun sitä tarkastellaan silmällä minimaalisessa akkommodaatiossa
Vastaus:
Mikroskoopin kokonaiskulmasuurennuskaava kun silmä mukautuu vähintään:

Mikroskoopin kokonaiskulmasuurennus (M) silmän ollessa pienimmässä akkommodaatioasennossa on noin 42,0 x.

Kysymyksiä käsitellään kattavammin artikkelissa, jossa käsitellään valomikroskooppikysymysten esimerkkejä.

Esimerkki tähtiteleskooppikysymyksestä
Kysymyksiä voidaan tarkastella kattavammin artikkelissa, jossa käsitellään tähtiteleskooppeja koskevia esimerkkejä.

Esimerkkikysymyksiä kameroiden optisista instrumenteista
Kysymyksiä voidaan käsitellä kattavammin artikkelissa, jossa käsitellään esimerkkejä kameroiden optisia instrumentteja koskevista kysymyksistä.