6 thấu kính mỏng

Giải toán Vật Lý 11 VII MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC 2020 – 2021 CHỦ ĐỀ THẤU KÍNH MỎNG A TĨM TẮT LÍ THUYẾT I Định nghĩa phân loại Hình bổ dọc thấu kính lồi Hình bổ dọc thấu kính lõm Thấu kính khối chất suốt (thủy tinh, nhựa,…) giới hạn hai mặt cong mặt cong mặt phẳng Theo hình dạng, thấu kính gồm hai loại o Thấu kính lồi (cịn gọi thấu kính rìa mỏng) o Thấu kính lõm (cịn gọi thấu kính rìa dày) Trong khơng khí o Thấu kính lồi tạo chùm tia ló hội tụ chùm tia tới song song, nên thấu kính lồi cịn gọi thấu kính hội tụ o Thấu kính lõm tạo chùm tia ló phân kì chùm tia tới song song, nên thấu kính lõm cịn gọi thấu kính phân kì Sự tạo ảnh thấu kính: Ảnh điểm điểm đồng quy chùm tia ló hay đường kéo dài chúng Một ảnh điểm là: o thật chùm tia ló chùm hội tụ o ảo chùm tia ló chùm phân kì Vật điểm điểm đồng quy chùm tia tới hay đường kéo dài chúng Một vật điểm là: o thật chùm tia tới chùm phân kì o ảo chùm tia tới chùm hội tụ  Lưu ý: Ảnh ảo quan sát mắt, không hứng Để dựng ảnh vật qua thấu kính ta thường vẽ tia sau: o Tia tới qua quang tâm O cho tia ló truyền thẳng o Tia tới song song với trục thấu kính cho tia ló qua tiêu điểm ảnh F  o Tia tới qua tiêu điểm vật F cho tia ló song song với trục thấu kính → Với cách chọn tia tới trên, ta vẽ sơ đồ tạo ảnh vật thật qua thấu kính sau: Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 F O F Sự tạo ảnh qua thấu kính hội tụ F O F Sự tạo ảnh qua thấu kính phân kì Các cơng thức thấu kính mỏng Cơng thức xác định vị trí ảnh Cơng thức xác định độ phóng đại ảnh 1 + = d d f k =− o o Trong đó: o d khoảng cách từ vật đến thấu kính o d  khoảng cách từ ảnh đến thấu kính d   ảnh thật, d   ảnh ảo Các trường hợp tạo ảnh thấu kính Hội tụ (f  0) d d k  vật ảnh chiều k  vật ảnh ngược chiều Phân kì (f  0)  • I • F O • F • I • F O • F  (OI = OI  = f ) Tính chất (thật, ảo) Độ lớn (so với vật) Chiều (so với vật) o o o o Thật: vật nằm OF Ảo: vật nằm OF Ảnh ảo > vật Ảnh thật - lớn vật: vật FI - vật: vật I (ảnh I  ) - nhỏ vật: vật FI Vật ảnh o Cùng chiều – trái tính chất o Cùng tính chất – trái chiều Ln cho ảnh ảo Ảnh < vật Ảnh chiều so với vật Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 Giải toán Vật Lý 11 Độ tụ thấu kính Độ tụ D thấu kính đại lượng đặc trưng cho khả hội tụ chùm tia sáng D= f Trong hệ đơn vị SI, f tính mét độ tụ có đơn vị ốp (dp) B CÁC DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP Dạng 1: Xác định tính chất, đặc điểm ảnh mối tương quan vật ảnh  Phương pháp giải: Áp dụng công thức ảnh tạo thấu kính 1 + = =D d d f → d = df d f d = d− f d − f Áp dụng cơng thức tính hệ số phóng đại ảnh k =− → k = 1− d d d d = 1− f k f Một số điểm cần lưu ý: o vật ảnh tính chất ngược chiều ngược lại o thấu kính hội tụ tạo ảnh ảo lớn vật thật, thấu kính phân kì tạo ảnh ảo nhỏ vật thật o trường hợp, khoảng cách vật ảnh xác định L = d + d  Ví dụ minh họa:  Ví dụ 1: Một thấu kính có độ tụ −5 dp Nếu đặt vật trục chính, cách thấu kính 30 cm ảnh qua thấu kính cách vật khoảng A 18 cm B 42 cm C 66 cm D 90 cm  Hướng dẫn: Chọn A Ta có: 1 = −0, m o f = = D ( −5) o ( 30 ) ( −0, 2.102 ) df d = = = −12 cm d − f ( 30 ) − ( −0, 2.102 ) o L = d + d  = ( 30 ) + ( −12 ) = 18 cm  Ví dụ 2: Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính, cách thấu kính khoảng 10 cm, qua thấu kính cho ảnh ảo AB cao gấp lần AB Tiêu cự thấu kính A –15 cm B 15 cm C 12 cm D 18 cm Bùi Xuân Dương – 0914 082 600  Hướng dẫn: Chọn C Ảnh ảo cao gấp lần vật → thấu kính hội tụ Ta có: d o k = − = → d  = −3d = −3 (10 ) = −30 cm d o áp dụng cơng thức thấu kính mỏng (10 ) ( −30) = 15 cm dd  1 → f = = + = d + d  (10 ) + ( −30 ) d d f C BÀI TẬP RÈN LUYỆN TỰ LUẬN Câu 1: (GTVL – 11) Vật thật AB đặt trục vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 20 cm Khoảng cách từ vật đến thấu kính d thay đổi Hãy xác định tính chất, vị trí, độ lớn ảnh trường hợp sau: a d = d1 = 30 cm b d = d = 20 cm c d = d3 = 10 cm  Hướng dẫn: Áp dụng cơng thức xác định vị trí ảnh cơng thức xác định hệ số phóng đại d df , k =− d = d− f d Ta có trường hợp tương ứng o d1 = 60 cm, k1 = −2 → ảnh thật, ngược chiều với vật o o d 2 =  → ảnh ảo vô d3 = −15 cm, k1 = 1,5 → ảnh ảo, chiều với vật Câu 2: Cho thấu kính hội tụ có tiêu cự 10 cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc với trục thấu kính, cách thấu kính khoảng 30 cm Xác định vị trí, tính chất hệ số phóng đại ảnh Vẽ hình biểu diễn  Hướng dẫn: F F Vị trí ảnh d = O ( 30 ) (10 ) = 15 cm df = d − f ( 30 ) − (10 ) d   → ảnh thật Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 Giải toán Vật Lý 11 Hệ số phóng đại ảnh k =− (15) = −1,5 d =− d (10 ) → ảnh lớn gấp 1,5 lần vật ngược chiều với vật Câu 3: Cho thấu kính phân kì có tiêu cự f = −10 cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc với trục thấu kính, cách thấu kính khoảng 20 cm Xác định vị trí, tính chất hệ số phóng đại ảnh Dựng ảnh  Hướng dẫn: Vị trí ảnh ( 20 ) ( −10 ) = − 20 cm df d = = d − f ( 20 ) − ( −10 ) d   → ảnh ảo Hệ số phóng đại ảnh  20  −  d  k =− =− = d ( 20 ) → ảnh chiều cao phần ba lần vật F O F Câu 4: (GTVL – 11) Ảnh ảo tạo thấu kính hội tụ lần vật cách thấu kính 16 cm Xác định tiêu cự thấu kính  Hướng dẫn: Ảnh ảo qua thấu kính hội tụ chiều với vật ( −16 ) = cm d d k = − = 2→ d = − = − 2 d Tiêu cự thấu kính (8) ( −16 ) = 16 cm dd  f = = d + d  ( 8) + ( −16 ) Câu 5: Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ cách thấu kính khoảng 10 cm Nhìn qua thấu kính thấy ảnh chiều cao gấp lần vật Xác định tiêu cự thấu kính, vẽ hình biểu diễn  Hướng dẫn: Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 F O F Ảnh chiều, cao gấp ba lần vật k =− d = → d  = −3d = −3 (10 ) = −30 cm d Tiêu cự thấu kính f = (10) ( −30) = 15 cm dd  = d + d  (10 ) + ( −30 ) Câu 6: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20 cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc với trục thấu kính cho ảnh cao gấp hai lần vật Xác định vị trí vật ảnh  Hướng dẫn: Hệ số phóng đại ảnh d k = − → d  = −kd (1) d Công thức xác định vị trí ảnh 1 (1) 1 + = ⎯⎯→ + = d d f d −kd f     → d = f 1 +  = ( 20 ) 1 +  (2)  −k   −k  Ảnh qua thấu kính hội tụ cao gấp lần vật k = 2 Thay vào (2) ta o d = 30 cm d  = 60 cm o d = 10 cm d  = −20 cm Câu 7: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20 cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vuông góc với trục thấu kính cho ảnh nửa vật Xác định vị trí vật ảnh  Hướng dẫn: Thấu kính hội tụ cho ảnh nửa vật → ảnh thật ngược chiều d k = − = − → d = 2d  (1) d Cơng thức xác định vị trí ảnh 1 (1)  1  1 + = ⎯⎯→ d  = f 1 +  = ( 20 ) 1 +  = 30 cm d d f  2  2 → d = 60 cm Câu 8: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20 cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc với trục thấu kính cho ảnh vật Xác định vị trí vật ảnh  Hướng dẫn: Thấu kính hội tụ cho ảnh vật → ảnh thật ngược chiều Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 Giải toán Vật Lý 11 k =− d = −1 → d = d  (1) d Cơng thức xác định vị trí ảnh 1 (1) + = ⎯⎯→ d  = f (1 + 1) = ( 20 )(1 + ) = 40 cm d d f → d = 40 cm Câu 9: Một thấu kính phân kì có tiêu cự f = −20 cm Vật sáng AB đoạn thẳng đặt vng góc với trục thấu kính cho ảnh nửa vật Xác định vị trí vật ảnh  Hướng dẫn: Ảnh vật sáng AB qua thấu kính phân kì ảnh ảo, chiều, nên d k = − = → d = −2d  (1) d Công thức xác định vị trí ảnh 1 (1)     + = ⎯⎯→ d  = f  + 1 = ( −20 )  + 1 = −10 cm  d d f  −2   −2  → d = −2 ( −10 ) = 20 cm Câu 10: Đặt thấu kính, cách trang sách khoảng 20 cm, nhìn qua thấu kính thấy dịng chữ chiều cao nửa dòng chữ thật Xác định tiêu cự thấu kính suy loại thấu kính gì?  Hướng dẫn: Ảnh qua thấu kính chiều nửa vật → ảnh ảo qua thấu kính phân kì ( 20) = −10 cm d d k = − = → d = − = − 2 d Tiêu cự thấu kính ( 20 ) ( −10 ) = −20 cm dd  f = = d + d  ( 20 ) + ( −10 ) Câu 11: (GTVL – 11) Thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm Xác định vị trí vật để có ảnh ảo lớn gấp lần vật (thật)  Hướng dẫn: Thấu kính hội tụ, cho ảnh ảo với vật thật chiều với vật d k = − = → d  = −5d (1) d Công thức xác định vị trí ảnh 1 (1)     + = ⎯⎯→ d = f 1 +  = ( 30 ) 1 +  = 24 cm d d f  −5   −5  Câu 12: (GTVL – 11) Thấu kính hội tụ có tiêu cự 10 cm Vật sáng đặt vng góc với trục Ảnh có điện tích lần vật Xác định a vị trí vật b khoảng cách vật –  Hướng dẫn: a Ảnh hứng → ảnh thật, ngược chiều d k = − = −2 → d  = 2d (1) d (diện tích tăng lần chiều cao tăng lần) Cơng thức xác định vị trí ảnh Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 1 (1)  1  1 + = ⎯⎯→ d = f 1 +  = (10 ) 1 +  = 15 cm d d f  2  2 → d  = (15 ) = 30 cm b Khoảng cách vật ảnh L = d + d  = (15 ) + ( 30 ) = 45 cm Câu 13: Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục thấu kính hội tụ, tiêu cự f = 20 cm cho ảnh thật, cách vật khoảng 90 cm Xác định vị trí vật ảnh  Hướng dẫn: Khoảng cách vật ảnh d + d  = L (1) Cơng thức xác định vị trí ảnh 1 (1) + = ⎯⎯→ d − Ld + Lf = d d f Thay số d − 90d + ( 90 ) ( 20 ) = → d = 60 cm d = 30 cm Vị trí ảnh tương ứng d  = 30 cm d  = 60 cm Câu 14: Một vật sáng AB = mm đặt thẳng góc với trục thấu kính hội tụ, tiêu cự f = 40 cm cho ảnh cách vật khoảng 36 cm Xác định vị trí, tính chất độ lớn ảnh  Hướng dẫn: Nhận thấy L  f → ảnh vật qua thấu kính hội tụ ảnh ảo → d + d  = −36 (1) Công thức xác định vị trí ảnh 1 (1) + = ⎯⎯→ d − ( −36 ) d + ( −36 ) ( 40 ) = d d f → d = 24 cm d = −60 cm (loại) Với ( −60 ) = 2,5 → AB = 10 mm d d = 24 cm → d  = −60 cm k = − = − d ( 24 ) ảnh ảo, chiều lớn vật 2,5 lần Câu 15: Một thấu kính phân kì có độ tụ D = −5 dp, đặt vật AB cao cm trước thấu kính cách thấu kính 30 cm a Xác định tiêu cự thấu kính b Xác định vị trí, tính chất ảnh c Xác định khoảng cách vật ảnh, vẽ hình biểu diễn  Hướng dẫn: Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 Giải toán Vật Lý 11 F O F a Tiêu cự thấu kính f = b Cơng thức xác định vị trí ảnh d = 1 = = −20 cm D ( −5.102 ) ( 30 ) ( −20 ) = −12 cm (ảnh ảo) df = d − f ( 30 ) − ( −20 ) c Khoảng cách vật ảnh L = d + d  = ( 30 ) + ( −12 ) = 18 cm Câu 16: Một vật sáng AB , đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ L , cho ảnh hứng E đặt cách vật khoảng 180 cm, nhỏ vật lần a Xác định tiêu cự thấu kính b Giữ nguyên vị trí vật Dịch chuyển thấu kính khoảng vật cịn vị trí cho ảnh rõ nét không?  Hướng dẫn: a Ảnh hứng → ảnh thật d k = − = − → d = 5d  (1) d Khoảng cách vật ảnh L = d + d  = 180 cm (2) Từ (1) (2) → d = 150 cm d  = 30 cm Tiêu cự thấu kính ( 30) (150) = 25 cm d d f = = d  + d ( 30 ) + (150 ) b Vì tính thuận nghịch đường truyền tia sáng, ta dịch chuyển thấu kính đến vị trí cách vật khoảng d = 30 cm, lúc thu ảnh rõ nét Câu 17: (GTVL – 11) Một thấu kính hội tụ tạo ảnh rõ nét vật thật Độ lớn ảnh y1 = cm Giữ nguyên vị trí vật dời thấu kính Ta vị trí khác thấu kính tạo ảnh rõ nét ảnh có độ lớn y2 = cm a Tính độ lớn vật b Khoảng cách hai vị trí thấu kính 24 cm Tính tiêu cự thấu kính khoảng cách vật –  Hướng dẫn: a Gọi d1 d tương ứng hai vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét Theo tính thuận nghịch đường truyền tia sáng, nhận thấy Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 d1 = d d = d  (ảnh trường hợp thứ đóng vai trị vật trường hợp thứ hai) → Ta có   y  y1 = k → y = y1 y2 =   y2 = ky ( ) ( ) = cm k = −1,5 (ảnh thật ngược chiều) b Từ d = −1,5 → d  = 1,5d d → d = 48 cm d  = 72 cm d  − d = 24 cm k = − Tiêu cự thấu kính f = ( 48) ( 72 ) = 28,8 cm dd  = d + d  ( 48) + ( 72 ) Khoảng cách vật ảnh L = d + d  = ( 48 ) + ( 72 ) = 120 cm Câu 18: (GTVL – 11) Vật thật AB đặt trục vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm Ảnh AB vật AB cách vật AB khoảng 18 cm a Xác định vị trí vật b Xác định vị trí ảnh, dựng ảnh  Hướng dẫn: Nhận thấy L  f → ảnh vật qua thấu kính hội tụ ảnh ảo Ta có o d + d  = −L → d + df = − L → d + Ld − Lf = d− f o thay số: d + (18 ) d − (18 )( 20 ) = → d + 18d − 360 = phương trình cho ta nghiệm d = −30 cm (loại vật thật) d = 12 cm B B A F A O F Câu 19: (GTVL – 11) Một thấu kính hội tụ ( L ) có tiêu cự f Một vật phẳng, nhỏ AB đặt trục chính, vng góc với trục a Di chuyển ( M ) sau thấu kính, song song với thấu kính ảnh rõ nét AB Khoảng cách vật – đo 4,5 f Xác định hệ số phóng đại ảnh b Từ vị trí thấu kính, người ta tịnh tiến cm Để ảnh lại rõ nét màn, phải tịnh tiến khoảng cách vật – 7, f Xác định tiêu cự thấu kính  Hướng dẫn: a Ta có o ảnh hứng → ảnh thật d d o L = d + d  = 4,5 f → + = 4,5 (*) f f Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 10 Giải toán Vật Lý 11 Mặc khác: d f d d → = − hay = − (1) =− d d− f k f f k d d − f d d o k =− =− → k = 1− hay = − k (2) f f d f Thay (1) (2) vào (*), ta  1 1 −  + (1 − k ) = 4,5 → k + 2,5k + =  k Phương trình cho ta hai nghiệm k1 = −2 k1 = − b Tương tự trên, L = 7, f o k =−  1 1 −  + (1 − k ) = 7, → k + 5, 2k + =  k → k1 = − , k2 = −5  1 Từ (1) → d = 1 −  f  k f ; k2 = − → d = f 2 o k1 = − → d1 = f ; k2 = − → d2 = f 5 Câu 20: (GTVL – 11) Cho thấu kính hội tụ có tiêu cự f o k1 = −2 → d1 = a Xác định vị trí vật thật để ảnh tạo thấu kính thật b Chứng tỏ khoảng cách vật thật ảnh thật có giá trị cực tiểu Tính giá trị cực tiểu Xác định vị trí vật lúc  Hướng dẫn: a Cơng thức xác định vị trí ảnh df d = d− f Để ảnh thật df d = 0 → d  f d− f b Gọi L khoảng cách vật ảnh thật L = d + d  → d  = L − d (1) Cơng thức xác định vị trí ảnh 1 (2) + = d d f Thay (1) vào (2), ta d  − Ld + Lf = (*) Để phương trình (*) cho nghiệm  = L2 − Lf  → L  f → Lmin = f Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 11 Câu 21: Vật sáng AB = 10 cm đoạn thẳng song song với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 20 cm B gần thấu kính cách thấu kính khoảng 30 cm Khoảng cách từ AB đến trục thấu kính h = cm Vẽ ảnh, xác định vị trí, tính chất độ lớn ảnh  Hướng dẫn: A B • F • F A B Vị trí ảnh xác định vị trí ảnh điểm d A = ( 40 ) ( 20 ) = 40 cm dA f = d A − f ( 40 ) − ( 20 ) d B = ( 30 ) ( 20 ) = 60 cm dB f = d B − f ( 30 ) − ( 20 ) Ảnh ảnh thật Từ hình vẽ, ta thấy kích thước ảnh phóng đại lên 2 lần Bùi Xuân Dương – 0914 082 600 12 ... tạo thấu kính hội tụ lần vật cách thấu kính 16 cm Xác định tiêu cự thấu kính  Hướng dẫn: Ảnh ảo qua thấu kính hội tụ chiều với vật ( − 16 ) = cm d d k = − = 2→ d = − = − 2 d Tiêu cự thấu kính. .. 10: Đặt thấu kính, cách trang sách khoảng 20 cm, nhìn qua thấu kính thấy dịng chữ chiều cao nửa dòng chữ thật Xác định tiêu cự thấu kính suy loại thấu kính gì?  Hướng dẫn: Ảnh qua thấu kính chiều... Tiêu cự thấu kính (8) ( − 16 ) = 16 cm dd  f = = d + d  ( 8) + ( − 16 ) Câu 5: Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ cách thấu kính khoảng 10 cm Nhìn qua thấu kính thấy ảnh chiều cao