qHAE5

直径 5.0cm で焦点距離が 75cm の凸レンズを使って、スクリーンの上に太陽の実像を映した。レンズの光軸は太陽の中心に向けてあり、スクリーンは光軸に対して垂直に置いてある。太陽の直径は 1.4×109m で、太陽と地球の距離は 1.5×1011m である。実像の直径は何cmか。最も適当なものを、次の①~⑥のうちから一つ選べ。

① 0.011  ② 0.33  ③ 0.70  ④ 1.4  ⑤ 3.5  ⑥ 7.0

#センター15本試物理Ⅰ

レンズの公式(写像公式)

    \(\large{\frac{1}{a}}\) + \(\large{\frac{1}{b}}\) = \(\large{\frac{1}{f}}\)

    倍率 m = \(\large{\frac{|b|}{a}}\)

に各量を当てはめますと、

    \(\large{\frac{1}{1.5×10^{11}×10^{2}}}\) + \(\large{\frac{1}{b}}\) = \(\large{\frac{1}{75}}\)

    \(\large{\frac{1}{15×10^{12}}}\) + \(\large{\frac{1}{b}}\) = \(\large{\frac{1}{75}}\)

 ∴  \(\large{\frac{1}{b}}\) = \(\large{\frac{1}{75}}\) - \(\large{\frac{1}{15×10^{12}}}\)

      = \(\large{\frac{10^{12}}{75×10^{12}}}\) - \(\large{\frac{5}{75×10^{12}}}\)

      = \(\large{\frac{10^{12}-5}{75×10^{12}}}\)

 ∴  b = \(\large{\frac{75×10^{12}}{10^{12}-5}}\)

よって倍率は

    \(\large{\frac{|b|}{a}}\) = \(\large{\frac{\frac{75×10^{12}}{10^{12}-5}}{1.5×10^{11}×10^{2}}}\)

      ≒ \(\large{\frac{75}{1.5×10^{11}×10^{2}}}\)  ……➊

      = \(\large{\frac{50}{10^{11}×10^{2}}}\)

      = 5.0×10-12

よって実像の直径は

    1.4×109×102 × 5.0×10-12 = 7.0×10-1 = 0.70

答えは ③ 0.70

 

 

(十分遠いとき)

観測対象物が十分遠いときは、レンズの公式(写像公式)

    \(\large{\frac{1}{a}}\) + \(\large{\frac{1}{b}}\) = \(\large{\frac{1}{f}}\)

において a が十分大きいということであり、bf がほぼ同じ値になります。

このことを知っていれば、上問において b ≒ 75 であるはずと気付き、➊式がすぐ立式できます。