Uczysz innych? Poznaj LekcjeRazem.pl →
FZ21

Optyka geometryczna: załamanie i soczewki — klucz maturalny, poziom rozszerzony

PriorytetA+najwyższy zwrot z nauki
Częstotliwość5/5arkuszy 2022–2026
Punkty w arkuszuśr. 4,6 pkt (4–6)
Formy zadańkonstrukcja biegu promieni (2–3 pkt) + obliczenie ogniskowej, kąta granicznego lub prędkości światła (3 pkt)
🔑 Sygnał: Kąty od normalnej; w soczewce $x+y=d$ i $y=px$.

🎯 Co musisz umieć

  • stosować prawo Snella $n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta$ oraz $n=\dfrac{c}{v}$,
  • obliczać kąt graniczny $\sin\alpha_{gr}=\dfrac{n_2}{n_1}$ i rozpoznawać całkowite wewnętrzne odbicie,
  • stosować równanie soczewki $\dfrac1f=\dfrac1x+\dfrac1y$ oraz powiększenie $p=\dfrac{y}{x}$,
  • rysować bieg promieni charakterystycznych i wyznaczać konstrukcyjnie ognisko.

🔍 Jak rozpoznać zadanie

  • „światło wychodzi tylko przez fragment powierzchni” → kąt graniczny,
  • „ostry obraz na ekranie” → obraz rzeczywisty, $x$ i $y$ dodatnie,
  • „powiększenie $p$” → $y=px$, podstaw do równania soczewki,
  • „wiązka równoległa po przejściu” → promienie wychodzą z ogniska (albo do niego zmierzają).

📘 Teoria w pigułce

  • $n=\dfrac{c}{v}$ — im większy współczynnik załamania, tym wolniej biegnie w nim światło.
  • Prawo Snella: $n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta$; przejście do ośrodka gęstszego optycznie = załamanie do normalnej.
  • Kąt graniczny (tylko przy przejściu do ośrodka rzadszego): $\sin\alpha_{gr}=\dfrac{n_2}{n_1}$; powyżej niego zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie.
  • Równanie soczewki: $\dfrac1f=\dfrac1x+\dfrac1y$, powiększenie $p=\dfrac{y}{x}=\dfrac{h\prime}{h}$; dla soczewki rozpraszającej $f\lt 0$.
  • Zdolność skupiająca $Z=\dfrac1f$ (w dioptriach); dla soczewek stykających się $Z=Z_1+Z_2$.
  • Promienie charakterystyczne: równoległy do osi → przez ognisko; przez środek → bez załamania; przez ognisko → równolegle do osi.

∑ Najważniejsze wzory

$n=\dfrac{c}{v}$
$n_1\sin\alpha=n_2\sin\beta$
$\sin\alpha_{gr}=\dfrac{n_2}{n_1}$
$\dfrac1f=\dfrac1x+\dfrac1y$
$p=\dfrac yx$
$Z=\dfrac1f$

⚙️ Algorytm krok po kroku

  1. Narysuj normalną w punkcie padania i zaznacz kąty od normalnej.
  2. Sprawdź, w którą stronę idzie światło (do gęstszego czy rzadszego ośrodka).
  3. Do soczewki: wypisz $x$, $y$, $f$ i to, co jest szukane; użyj $p=\tfrac yx$, jeśli podano powiększenie.
  4. Rozwiąż równanie; przy dwóch położeniach soczewki skorzystaj z symetrii $x\leftrightarrow y$.
  5. Sprawdź: obraz rzeczywisty ma $y\gt 0$, pozorny $y\lt 0$.

⚠️ Najczęstsze pułapki

ŹleDobrzeDlaczego
✗ kąty liczone od powierzchni✓ od normalnejto najczęstszy błąd w rysunkach
✗ kąt graniczny przy wejściu do szkła✓ tylko przy wyjściu do rzadszegowymaga $n_1\gt n_2$
✗ $p=\tfrac xy$✓ $p=\tfrac yx$obraz do przedmiotu
✗ $f$ dodatnia dla rozpraszającej✓ $f\lt 0$znak decyduje o typie soczewki

✍️ Przykład wzorcowy typ zadania 9 z matury 2022

Na ławie optycznej ustawiono przedmiot i ekran w odległości $d=49$ cm. Przy pewnym położeniu soczewki skupiającej na ekranie powstał ostry obraz powiększony $p=2{,}5$ razy. Oblicz ogniskową soczewki oraz podaj drugie położenie soczewki, przy którym na ekranie powstanie ostry obraz.

📊 Ślad w prawdziwych arkuszach CKE

Zadania autentyczne. Niżej są prawdziwe zadania z arkuszy CKE — numer i punktacja zgodne z oryginalnym arkuszem. Kliknij rok, aby otworzyć cały arkusz.

RokZadaniaPktCzego dotyczyło
2026zad. 8.1–8.24 pktkula szklana ($n=1{,}50$): kąt $\varphi$ z kąta granicznego oraz zmiana po zanurzeniu w wodzie
2025zad. 7.1–7.25 pktsoczewka: P/F o obrazie oraz konstrukcyjne wyznaczenie położenia soczewki i ogniska
2024zad. 9.1–9.24 pktukład dwóch soczewek o wspólnym ognisku: szerokość wiązki i rysunek biegu promieni
2023zad. 9.1–9.26 pktkrążek szklany: bieg promienia po odbiciu i załamaniu oraz prędkość światła w szkle
2022zad. 9.1–9.24 pktława optyczna: ogniskowa z $d=49$ cm i powiększenia $p=2{,}5$; drugie położenie soczewki

✍️ Trening: 10 zadań w formacie maturalnym

Zadania autorskie. To nie są przedruki z arkuszy — ułożyliśmy je w formacie maturalnym, na wzorów z tabeli „Ślad w arkuszach CKE” powyżej. Typ, punktacja i poziom trudności odpowiadają realnym zadaniom egzaminacyjnym.

Zadania zamknięte sprawdzają się po kliknięciu odpowiedzi (jedna próba). W otwartych porównaj swoje rozwiązanie z wzorcowym i wystaw samoocenę według schematu punktowania — wynik zapisze się na koncie.

FZ21.1odpowiedź krótka★★★ 0–2 pkt🔗

Oblicz prędkość światła w szkle o współczynniku załamania $n=1{,}5$ ($c=3\cdot10^8\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$).

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ21.2odpowiedź krótka★★★ 0–2 pkt🔗

Oblicz kąt graniczny dla granicy szkło ($n=1{,}5$) – powietrze ($n=1$).

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ21.3zamknięte★★★ 0–1 pkt🔗

Przedmiot umieszczono w odległości $30$ cm od soczewki skupiającej o ogniskowej $10$ cm. Obraz powstanie w odległości:

A$15$ cm
B$20$ cm
C$30$ cm
D$7{,}5$ cm
FZ21.4prawda / fałsz★★★ 0–1 pkt🔗

Promień światła przechodzi z powietrza do wody. Oceń prawdziwość stwierdzeń.

  1. Kąt załamania jest mniejszy od kąta padania.
  2. Częstotliwość światła maleje.
  3. Długość fali świetlnej maleje.

Oceń prawdziwość każdego stwierdzenia (P — prawda, F — fałsz) i wybierz odpowiedni układ.

P/P/P1. P, 2. P, 3. P
P/P/F1. P, 2. P, 3. F
P/F/P1. P, 2. F, 3. P
P/F/F1. P, 2. F, 3. F
F/P/P1. F, 2. P, 3. P
F/P/F1. F, 2. P, 3. F
F/F/P1. F, 2. F, 3. P
F/F/F1. F, 2. F, 3. F
FZ21.5otwarte★★★ 0–2 pkt🔗

Promień pada z powietrza na szkło pod kątem $60^\circ$ i załamuje się pod kątem $35^\circ$. Oblicz współczynnik załamania szkła i prędkość światła w tym szkle.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ21.6otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Przedmiot o wysokości $2$ cm umieszczono $15$ cm przed soczewką skupiającą o ogniskowej $10$ cm. Oblicz położenie, powiększenie i wysokość obrazu.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ21.7otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Dioda umieszczona tuż pod powierzchnią szklanej kuli ($n=1{,}50$) świeci we wszystkich kierunkach do jej wnętrza. Oblicz kąt graniczny dla granicy szkło–powietrze oraz wyjaśnij, dlaczego światło wychodzi tylko przez fragment powierzchni kuli.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ21.8otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Kulę szklaną z poprzedniego zadania zanurzono w wodzie ($n_w=1{,}33$). Ustal, czy kąt graniczny wzrośnie, czy zmaleje, i czy pole powierzchni, przez którą wychodzi światło, się zwiększy, czy zmniejszy. Odpowiedź uzasadnij rachunkiem.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ21.9otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Dwie soczewki skupiające o ogniskowych $f_1=15$ cm i $f_2=40$ cm ustawiono tak, że mają wspólne ognisko. Na pierwszą pada wiązka równoległa do osi o szerokości $d_1=2{,}25$ mm. Oblicz szerokość wiązki wychodzącej z drugiej soczewki.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
FZ21.10otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Wykaż, że dla ustalonej odległości $d$ przedmiotu od ekranu istnieją dwa położenia soczewki skupiającej dające ostry obraz (gdy $d\gt 4f$), i podaj związek między powiększeniami w tych położeniach.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
LekcjeRazem.pl — prowadź korepetycje profesjonalnie. Tablica online, grafik, rozliczenia i AI w jednym miejscu. Sprawdź LekcjeRazem.pl.
Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.