NỘI DUNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LỚP THCS NĂM HỌC: 2016-2017 MÔN VẬT LÝ Chuyên đề 2: QUANG HỌC (TẬP 2-CD) – LEVEL A Các định luật quang hình: Truyền thẳng ảnh sáng, Phản xạ ánh sáng, Khúc xạ ánh sáng B Gương: Gương phẳng, Gương cầu lồi, Gương cầu lõm C Thấu kính: TKHT, TKPK D Quang hệ: Quang hệ Gương(G) thấu kính (L) - Quang hệ thấu kính (L) - (L') BÀI TẬP VỀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG 1.Khi chiếu tia sáng từ khơng khí vào thủy tinh góc i = 450 ta thấy tỉ số sin góc tới với sin góc khúc xạ Tính: a/ Góc khúc xạ r vẽ hình b/ Góc hợp phương tia tới với phương góc khúc xạ a/ Theo đề ta có: S N sin i sin i sin 45 i sin r sin r 2 => r = 300 I Gọi góc hợp phương tia tới r Với phương tia khúc xạ Từ hình ta có: = I – r = 45 – 30 = 150 2.Một ly đựng đầy nước hình trụ cao 20cm có đường kính 20cm hình Một người đặt mắt gần miệng ly nhìn theo phương AM vừa vặn thấy tâm O đáy ly a/ Vẽ đường tia sáng phát từ O truyền tới mắt người quan sát b/ Tính góc hợp phương tia tới với phương tia phản xạ a/ Vẽ đường tia sáng: Nối OI => tia tới Nối IM => tia khúc xạ =>Đường tia sáng OIM b/ Từ hình 3, góc hợp phương tia tới với tia khúc xạ là: = - I Trong : AB 20 tg = 45 BI 20 OB 10 tg i = i 26 BI 20 = - i = 45- 26 = 190 H.1 M A O H.2 M I i A O H.3 CHUYÊN ĐỀ VỀ THẤU KÍNH, HỆ THẤU KÍNH I) LÝ THUYẾT: II) CÁC DẠNG BÀI TẬP DẠNG 1: TOÁN VẼ DẠNG 2:CÁC LOẠI BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ THẤUKÍNH A) PHƯƠNG PHÁP CHUNG Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) B) CÁC LOẠI BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ THẤUKÍNH I- CÁC VÍ DỤ VỀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ẢNH VÀ VẬT 1) Các ví dụ minh hoạ 2) Các tập vận dụng II-CÁC VÍ DỤ VỀ DI CHUYỂN VẬT, THẤU KÍNH HOẶC MÀN 1)Các ví dụ minh hoạ 2) Các tập vận dụng III-CÁC VÍ DỤ VỀ ẢNH CỦA HAI VẬT ĐỐI MỘT THẤU KÍNH HOẶC ẢNH CỦA MỘT VẬT ĐẶT GIỮA HAI THẤU KÍNH 1) Các ví dụ minh hoạ 2) Các tập vận dụng IV- CÁC VÍ DỤ VỀ THẤU KÍNH VỚI MÀN CHẮN SÁNG 1) Các ví dụ minh hoạ 2) Các tập vận dụng V- BÀI TẬP TỔNG HỢP XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) I, LÝ THUYẾT: CÁC ĐỊNH NGHĨA: a) Thấu kính: Là mơi trường suốt đồng chất giới hạn hai mặt cầu, mặt cầu mặt phẳng b) Phân loại thấu kính: Có hai loại thấu kính: b.1: Thấu kính có phần rìa mỏng phần thấu kính hội tụ O Khi chiếu chùm ánh sáng song song qua thấu kính cho chùm tia ló hội tụ điểm b.2: Thấu kính có phần rìa dày phần thấu kính phân kì Khi chiếu chùm ánh sáng song song qua thấu kính cho chùm tia ló loe rộng c) Trục chính: Đường thẳng qua tâm hai mặt cầu giới hạn thấu kính mặt cầu vng góc với mặt phẳng giới hạn thấu kính gọi trục thấu kính d) Quang tâm: Để thu ảnh rõ nét qua thấu kính thấu kính phải mỏng, coi trục cắt thấu kính điểm O gọi quang tâm thấu kính e) Trục phụ: Tất đường thẳng qua quang tâm O mà khơng phải trục gọi trục phụ thấu kính f) Tiêu điểm chính: Một chùm tia tới song song với trục thấu kính cho chùm tia ló cắt có đường kéo dài cắt điểm F nằm trục điểm gọi tiêu điểm thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm F F’ nằm trục đối xứng qua thấu kính g) Tiêu điểm phụ: Tất tiêu điểm tiêu điểm phụ tạo thành mặt phẳng tiêu diện vng góc với trục tiêu điểm * Chú ý: + Khi tiêu điểm tia tới hay phần kéo dài tia tới gọi tiêu điểm vật + Khi tiêu điểm tia ló hay phần kéo dài tia ló gọi tiêu điểm ảnh h) Với thấu kính hội tụ tiêu điểm nằm bên tia tới tiêu điểm vật tiêu điểm nằm bên tia ló tiêu điểm ảnh Ngược lại với thấu kính phân kì tiêu điểm ảnh nằm bên tia tới Mặt phẳng tiêu diện O F F/ A Mặt phẳng tiêu diện O F F/ i) Điểm vật điêm ảnh: * Điểm vật: giao tia sáng tới Có hai loại : + Điểm vật tạo chùm sáng phân kì tới thấu kính điểm vật thật (là giao tia sáng tới có thật) + Điểm vật tạo chùm sáng hội tụ tới thấu kính điểm vật ảo (là giao tia sáng tới kéo dài gặp nhau) Vật thật S S F’ F O F O Vật ảo F’ * Điểm ảnh giao tia ló Có hai loại : + Điểm ảnh chùm tia ló hội tụ điểm ảnh thật (là giao tia ló có thật) Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) + Điểm ảnh chùm tia ló phân kì điểm ảnh ảo (là giao tia ló kéo dài gặp nhau) S O S F’ F O F Ảnh thật F’ Ảnh ảo ĐƯỜNG ĐI CỦA CÁC TIA SÁNG: a) Tất tia sáng song song với trục tia ló qua có đường kéo dài qua tiêu điểm nằm trục S Tia sáng song song với trục I A I S F O / A A F/ F/ O F A / Tia sáng song song với trục phụ I S I F1’ O F S A F F’ / F/ O F1 A * Đường truyền tia sáng có tính chất thụân nghịch b) Tia sáng qua có đường kéo dài qua tiêu điểm chính, phụ tia ló song song với trục chính, phụ tương ứng Với tiêu điểm S I S I F O / A F/ O F F/ A / Với tiêu điểm phụ I I S F1’ S F F O / F’ F1 O F/ A c) Tia sáng tới qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) S S F’ O F O F F’ d) Ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính: - Tia sáng song song với trục cho tia ló qua có đường kéo dài qua tiêu điểm - Tia sáng qua có đường kéo dài qua tiêu điểm tia ló song song với trục - Tia sáng qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng e) Đường truyền tia tới qua thấu kính Một tia tới coi như: + Song song với trục phụ, tia ló qua hay có phần kéo dài qua tiêu điểm phụ trục phụ + Đi qua hướng tới tiêu điểm phụ, tia ló song song với trục phụ tương ứng * Từ tính chất ta suy biết tia tới ta vẽ tia ló ngược lại CÁCH VẼ ẢNH CHO BỞI THẤU KÍNH: a) Cách vẽ ảnh điểm vật S đứng trước thấu kính a.1: Vẽ ảnh điểm vật S không thuộc trục Ta sử dụng hai ba tia sáng đặc biệt xuất phát từ S hay có phần kéo dài qua S tới thấu kính vẽ hai tia ló tương ứng, giao hai tia ló có thật ta có ảnh thật S’ giao hai tia ló kéo dài gặp ta có ảnh ảo S’ S S S I S’ I F’ O F O F S’ S: Vật thật S’: Ảnh thật S F’ S: Vật thật S’: Ảnh ảo S’ I I S S’ F’ F O O F F’ S: Vật ảo S: Vật ảo S’: Ảnh thật S’: Ảnh thật a.2: Vẽ ảnh điểm vật S nằm trục chính: Ta sử dụng tia tới thứ tia sáng SO trùng với trục tia truyền thẳng Tia thứ hai tia SI tới thấu kính vẽ tia ló tương ứng giao tia ló với trục có thật kéo dài gặp ảnh S’ S I I F’ S’ S F O F’ S O F1 A S: Vật thật S’: Ảnh ảo S: Vật thật S’: Ảnh thật Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN F S’ ThuVienDeThi.com F/ Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) b) Vẽ ảnh vật AB b.1: Vẽ ảnh vật sáng AB vng góc với trục A Nhận xét: A trục nên ảnh A A’ trục Do AB đoạn thẳng vng góc với trục A’B’ đoạn thẳng vng góc với trục A’ Do muốn vẽ ảnh AB ta sử dụng hai ba tia sáng đặc biệt để vẽ ảnh B’ B qua thấu kính, từ B’ ta hạ đường thẳng vng góc với trục cắt trục A’ ảnh A Và A’B’ ảnh AB Đường nối A’B’ nét liền A’B’ ảnh thật; nét đứt A’B’ ảnh ảo b.2: Kết I B B F’ A B’ A’ A O F I F O A’ B’ : Vật thật - Ảnh thật : Vật thật - Ảnh ảo B’ B’ x A’ y F O I B I B AA A’ F’ F A O F’ A : Vật thật - Ảnh ảo B : Vật ảo I - Ảnh thật B B’ A A’ F’ F A’ O A F O F ’ B’ : Vật ảo - Ảnh ảo : Vật ảo - Ảnh thật b.3: Nhận xét b.3.1: Với thấu kính hội tụ ta có trường hợp a) Vật thật ngồi OF cho ảnh thật ngược chiều với vật b) Vật thật OF cho ảnh ảo chiều lớn vật c) Vật ảo cho ảnh thật chiều nhỏ vật d) Vật vô cực cho ảnh thật mặt phẳng tiêu diện Độ lớn A’B’ = f.α (α góc nhìn vật ∞) Như thấu kính hội tụ cho ảnh ảo chiều lớn vật vật thật nằm khoảng OF b.3.2: Với thấu kính phân kì ta có trường hợp a) Vật thật cho ảnh ảo chiều, nhỏ vật nằm khoảng OF b) Vật ảo OF cho ảnh ảo ngược chiều với vật c) Vật ảo OF cho ảnh thật lớn chiều với vật Như thấu kính phân kì cho anh thật chiều lớn vật vật ảo nằm khoảng OF b.4: Vẽ ảnh vật AB trước thấu kính Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Ta sử dụng hai ba tia sáng đặc biệt để vẽ ảnh B’ B A’ A qua thấu kính, A’B’ ảnh AB Đường nối A’B’ nét liền A’; B’ ảnh thật; nét đứt A’; B’ ảnh ảo B B I F F’ F O A’ A : Vật thật - Ảnh thật I B’ A’ B’ A O F’ : Vật thật - Ảnh ảo Tính chất ảnh(chỉ xét cho vật thật) Ảnh thật Ảnh ảo -Chùm tia ló hội tụ -Chùm tia ló phân kì -Ảnh hứng -Ảnh khơng hứng màn,muốn nhìn phải -Ảnh có kích thước ngược chiều với vật, khác nhìn qua thấu kính bên thấu kính -Ảnh có kích thước chiều vật, bên -Ảnh điểm sáng khác bên thấu kính, khác thấu kính với vật bên trục với vật 10 Ảnh điểm sáng bên thấu kính, bên trục với vật Bảng tổng kết tính chất vật ảnh qua thấu kính (CO=C’O=2OF) 1.Với thấu kính hội tụ STT Vị trí vật Vị trí ảnh Tính chất ảnh Vật thật C Ảnh thật C’ Ảnh vật, ngược chiều vật 10 Vật thật từ ∞ đến C 11 Ảnh thật F’C’ 12 Ảnh nhỏ hơn, ngược chiều vật 13 14 Vật thật từ C đến F 15 Ảnh thật từ C’ đến ∞ 16 Ảnh lớn hơn, ngược chiều vật 17 18 Vật thật F 19 Ảnh thật ∞ 20 21 22 Vật thật từ F đến O 23 Ảnh ảo trước thấu kính 24 Ảnh lớn hơn, chiều vật 2.Với thấu kính phân kì STT Vị trí vật Vị trí ảnh Tính chất ảnh Vật thật từ ∞ đến O Ảnh ảo F’O’ Ảnh nhỏ hơn, chiều vật II CÁC DẠNG BÀI TẬP DẠNG 1: TOÁN VẼ 1) Dấu hiệu nhận biết loại tốn này: Là thơng thường tốn chưa cho biết vị trí thấu kính, tiêu tiêu điểm chính, ma cho trục chính, vật, ảnh yếu tố khác yêu cầu phép vẽ xác định vị trí quang tâm O, thấu kính, tiêu điểm chính… 2)Phương pháp giải - Phải nắm vững đường tia sáng qua thấu kính hội tụ, phân kì, tính chất vật ảnh dùng phép vẽ (dựng hình) để xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F’; loại thấu kính… * Phải lưu ý - Mọi tia sáng tới có phương qua vật, tia ló có phương qua ảnh, tia qua quang tâm truyền thẳng - Quang tâm vừa nằm trục chính, vừa nằm đường thẳng nối vật ảnh giao đường thẳng nối vật, ảnh với trục - Thấu kính vng góc với trục quang tâm O Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) - Tiêu điểm F giao đường thẳng nối điểm tới tia sáng song song với trục với ảnh trục chính; tiêu điểm thứ hai ta lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính - Nếu toán vẽ mà rõ vật vật sáng vật thật ta tiến hành vẽ bình thường, trường hợp tốn cho biết vật chung chung ta phải xét hai trường hợp toán vật thật vật ảo - Ảnh vật mà nằm phía so với trục ảnh vật khác tính chất (vật thật, ảnh ảo vật ảo, ảnh thật) Nếu ảnh nhỏ vật gần trục so với vật ảnh ảo thấu kính phân kì Nếu ảnh lớn vật xa trục so với vật ảnh ảo thấu kính hội tụ Ảnh vật mà nằm khác phía so với trục ảnh ảnh thật thấu kính hội tụ vật ảo khoảng OF - ảnh ảo thấu kính phân kì - Hướng truyền tia ló gần trục hướng truyền tia tới đường truyền tia sáng qua thấu kính hội tụ - Hướng truyền tia ló xa trục hướng truyền tia tới đường truyền tia sáng qua thấu kính phân kì 3)Các ví dụ minh hoạ 3.1: Ví dụ 1:(Bài 3.21 Sách 500 tập vật lí THCS) Trong hình vẽ sau xy trục chínhcủa thấu kính, S điểm sáng, S’ ảnh Với trường hợp xác định: S* S* S* x y S’ * S’ * y x y x S’ * Hình b Hình a Hình c a Quang tâm, tiêu điểm phép vẽ b Loại thấu kính, tính chất ảnh S’ Hướng dẫn giải: L S’ * x I S* F O Hình a L I L S’ * F I * F y x F Hình b y x O S* y S’ * F O S F Hình c Giả sử quang tâm O, tiêu điểm F F’, thấu kính L xác định hình vẽ *Cơ sở lí luận: Vì tia sáng tới qua vật, tia ló có phương qua ảnh, tia tới qua quang tâm truyền thẳng Vậy S, O, S’ thẳng hàng O nằm trục nên O giao điểm SS’ với xy Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Do tia tới song song với trục cho tia ló qua tiêu điểm mà tia ló lại có phương qua ảnh nên S’, I, F thẳng hàng Vậy F giao điểm IS’ với xy Do F F’ đối xứng qua thấu kính nên ta lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính * Cách dựng Nối SS’ cắt xy O O quang tâm thấu kính Qua O ta dựng đoạn thẳng L vng góc với xy L thấu kính Từ S kẻ SI song song với xy, nối IS’ cắt xy F Lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính b, Căn hình vẽ ta thấy Với hình a : Do S, S’ phía so với xy ảnh xa trục so với vật nên trường hợp vật thật cho ảnh ảo thấu kính hội tụ Với hình b : Do S, S’ khác phía so với xy nên trường hợp vật thật cho ảnh ảo thấu kính hội tụ Với hình c : Do S, S’ phía so với xy ảnh gần trục so với vật nên trường hợp vật thật cho ảnh ảo thấu kính phân kì 3.2:Ví dụ 2:(Bài 3.22 Sách 500 tập vật lí THCS) Trong hình vẽ sau xy trục chínhcủa thấu kính, AB vật, A’B’ ảnh Với trường hợp xác định: a Quang tâm, tiêu điểm phép vẽ Nêu cách vẽ b Xác định loại thấu kính, tính chất ảnh (thật hay ảo) B’ B x y A’ A B B y x A’ B’ y x A A’ A B’ Hình a Hình b Hình c Hướng dẫn giải: B/ I B A’ x A y F’ F O x B I B y A A F O F’ A I y B/ xA F A ’ O F’ B/ Hình a Hình b Hình c Giả sử quang tâm O, tiêu điểm F F’, thấu kính L xác định hình vẽ *Cơ sở lí luận: Vì tia sáng tới qua vật, tia ló có phương qua ảnh, tia tới qua quang tâm truyền thẳng Vậy B, O, B’ thẳng hàng O nằm trục nên O giao điểm BB’ với xy Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Do tia tới song song với trục cho tia ló qua tiêu điểm mà tia ló lại có phương qua ảnh nên B’, I, F thẳng hàng Vậy F giao điểm IB’ với xy Do F F’ đối xứng qua thấu kính nên ta lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính * Cách dựng Nối BB’ cắt xy O O quang tâm thấu kính Qua O ta dựng đoạn thẳng L vng góc với xy L thấu kính Từ B kẻ BI song song với xy, nối IB’ cắt xy F Lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính b, Căn hình vẽ ta thấy Với hình a : Do AB,A’B’ khác phía so với xy nên trường hợp vật thật cho ảnh thật thấu kính hội tụ Do , S’ phía so với xy ảnh xa trục so với vật nên trường hợp vật thật cho ảnh ảo thấu kính hội tụ Với hình b : : Do AB,A’B’ phía so với xy ảnh A’B’ lớn vật nên trường hợp vật thật cho ảnh ảo thấu kính hội tụ Với hình c : Do AB, A’B’ phía so với xy ảnh A’B’nhỏ vật nên trường hợp vật thật cho ảnh ảo thấu kính phân kì 3.3: Ví dụ 3:(Trích 3.23 Sách 500 tập vật lí THCS) Cho A’B’ ảnh thật vật thật AB qua thấu kính A Dùng phép vẽ hãy: a) Xác định quang tâm, dựng thấu kính trục chính, Xác định tiêu điểm b) Cho xy trục thấu kính Cho đường tia sáng (1)qua thấu kính Hãy trình bày x cách vẽ đường tiếp tia sáng (2) Hướng dẫn giải: (1) () O B A’ B ’ y (2) a) Giả sử ta xác định quang tâm, dựng thấu kính K Trục chính, tiêu điểm thấu kính hình vẽ * Cơ sở lí thuyết B I Do tia tới qua vật, tia ló qua ảnh, tia tới A’ qua quang tâm truyền thẳng Vậy A, O, A’ thẳng F F’ O hàng, B,O,B’ thẳng hàng nên O giao AA’ BB’ Một tia sáng tới dọc theo AB A B’ (tức qua A B) cho tia ló truyền dọc theo ảnh A’B’ (tức qua ảnh A’ B’) Vậy kéo dài AB A’B’ cắt K điểm tới thấu kính Nối KO ta xác định vị trí thấu kính (L) Qua O kẻ đoạn thẳng vng góc với thấu kính ta xác định trục (xy) Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Do tia tới song song với trục cho tia ló qua tiêu điểm mà tia ló lại có phương qua ảnh nên B’, I, F thẳng hàng Vậy F giao điểm IB’ với xy Do F F’ đối xứng qua thấu kính nên ta lấy F’ đối xứng với F qua thấu kính * Cách dựng X2 + Kéo dài AB A’B’ cắt K F1’’ (1) I X1 + Nối AA’, BB’ cắt O + Nối OK vị trí thấu kính + Kẻ xy vng góc OK O F1’ S’ S + Kẻ BI ∥ xy; Nối IB’ cắt xy F’ F x + Lấy F đối xứng với F’ qua OK b, Giả sử ta vẽ xong đường truyền tia sáng ( ) hình vẽ * Căn lí thuyết Ta kéo dài tia sáng ( ) cắt trục xy S ta coi tia sáng ( ) xuất phát từ nguồn sáng điểm S.Ta dựng ảnh S’ S qua thấu kính hình vẽ (2) O F’ y I’ Qua O ta dựng trục phụ Ox1 ∥ SI cắt IS’ F1’ tiêu điểm phụ Ox1 Từ F1’ dựng mặt phẳng tiêu diện vuông góc với xy cắt xy F’ tiêu điểm thấu kính Do phương tia tới ( ) xa trục phương tia ló tương ứng nên thấu kính cho thấu kính hội tụ Kẻ trục phụ Ox2 song song với tia sáng ( ) cắt mặt phẳng tiêu diện F1’’ tiêu điểm phụ trục phụ Ox2 tia ló tia sáng ( ) qua F1’’ nên ta nối I’ với F1’’ ta đường truyền tia sáng ( ) cần vẽ * Cách dựng + Kéo dài tia sáng ( ) cắt xy S; kéo dài tia ló tia sáng ( ) cắt xy S’ + Vẽ đường Ox1 ∥ SI cắt IS’ F1’; dựng mặt phẳng tiêu diện qua F1’ vng góc với xy + Vẽ trục phụ Ox2 ∥ tia sáng ( ) cắt mặt phẳng tiêu diện F1’’ Nối I’F1’’ ta tia ló tia sáng ( ) cần vẽ 3.4: Ví dụ 4:(Trích Cs4/27 tạp trí Vật lý & Tuổi trẻ) Trong h×nh vÏ sau, xy trục thấu kính, A điểm sáng, A ảnh A qua thấu kính, F tiêu điểm ảnh thấu kính a) Bằng phép vẽ hÃy xác định vị trí quang tâm O, tính chất ảnh loại thấu kính b) Cho AF 3,5 cm ; F A 4,5cm Tính tiêu cự thấu kính (không dùng công thức thÊu kÝnh) x Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN A F’ ThuVienDeThi.com A’ y’ Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Hướng dẫn giải: a) Ta phải xét hai trường hợp: thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ - Đối với thấu kính hội tụ A ảnh thật - Đối với thấu kính phân kỳ A ảnh ảo I A F Giải sử ta đà dựng thấu kính hình vẽ: A O F1 Đối với hai thấu kÝnh ta lu«n cã: AF1 AF AF AO AI AO (1) AF1 AO AO AA AI // OF1 AI A¢ IO // F1 F I A F1 A’ O F’ AO AF AA Từ suy cách dựng quang tâm O sau: Qua A kẻ đường vuông góc với AA Trên lấy điểm M, N nằm hai phía khác với: AM AA AN AF Đường tròn đường kính MN cắt xy O1 O2 Khi O1 quang tâm thấu kính hội tụ, O2 quang tâm thấu kính phân kỳ cần dựng Chứng minh: Thật theo cách dựng ta O1 MN vuông O1 , O1 A lại đường cao nên: O1 A AN AM N O1 A AF AA ®óng víi (1) x A O1 Chøng minh t¬ng tù víi O2 y F’ b) Tõ (1) AO AF AA AO 4,53,5 4,5 36 AO - O2 A’ Víi thÊu kinh héi tô O1 ta cã: O1 F AO1 AF 4,5 1,5cm M f 1,5cm - Víi thÊu kÝnh ph©n kú O2 ta cã: O2 F O2 A AF 4,5 10,5cm f 10,5cm 3.5: Ví dụ 5:(Trích bàiCS4/38 tạp trớ Vt lý & Tui tr) Trên hình vẽ, S nguồn sáng điểm S ảnh qua thấu kính hội tụ, F tiêu điểm vËt cđa thÊu kÝnh BiÕt SF l vµ SS1 L Xác định vị trí thấu kính tiêu cự thấu kính Chú ý: không sử dụng công thức thấu kính S ã F ã S1 ã Hng dn gii: I Giả sử ta đà dựng ảnh thật S hình vẽ: F1 Ta cã: SF SF F S O S1 IO // FF1 SI SO SF SO SO SF SS (1) SF1 SO SO SS OF1 // IS1 SI SS1 Với S ảnh ảo S, vẽ hình chứng minh tương tự, ta kết Suy cách dựng quang tâm O sau: Qua S kẻ đường vuông góc với SS Trên lấy ®iĨm M, N n»m ë phÝa kh¸c cho SM SS1 , SN SF Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang hc Tp (Level 2) Đường tròn đường kính MN cắt trục O1 O2 Khi O1 quang tâm thấu kính S ảnh thật, O2 quang tâm thấu kính S ảnh ảo Chứng minh: Thật vậy, theo cách dựng ta O1 MN vuông O1 , O1 S đường cao nên: O1 S SM SN Ll N O1 S Ll O2 S1 O1 S L¹i cã O1 F O1 S FS Ll l f Ll l F VËy thÊu kÝnh cã tiªu cù f Ll l M Trêng hợp S ảnh ảo, ta kết f Ll l (Bạn đọc tự chứng minh) 3.6: Ví dụ 6:(Trích bàiCS4/9 tạp trí Vật lý & Tuổi trẻ) Mét thÊu kÝnh héi tô L cã trôc xy, quang tâm O Một nguồn sáng điểm S chiÕu vµo thÊu kÝnh, IF vµ KJ lµ hai tia ló khỏi thấu kính F tiêu điểm HÃy xác định vị trí S.Cho OI 1cm , OK 2cm I Hướng dẫn giải: Dùng ảnh để xác định vị trí nguồn S: Vì F tiêu điểm nên tia ló IF có tia tới song song với trục x F tiêu điểm phụ mà tia KJ qua Kẻ trục phụ OF’ Tia lã KJ cã tia tíi song song víi trơc phơ OF’ O K H×nh S F 600 x y 450 L J MI 600 F y O H K 450 L F’ Hai tia tíi cđa hai tia ló IF KJ cắt S J Đó vị trí nguồn S f OF OI tg 60 cm Tam giác HKF tam giác vuông cân nên HF ' HK , FF ' HF HF ' (2 ) cm SIK FOF ' SI FO FO 3 SI IK 3 SI cm IK FF ' FF ' 2 2 VËy nguån S c¸ch thÊu kính 3 cm cách trục chÝnh thÊu kÝnh lµ 1cm 3.7: Ví dụ 7:(Trích đề thi HSG Tỉnh Vĩnh Phúc 2009 - 2010) Thấu kính hội tụ có tiêu điểm F F’ biết Đặt vật phẳng nhỏ AB vng góc với trục thấu kính cho điểm A nằm trục cách quang tâm thấu kính khoảng OA= a, qua thấu kính cho ảnh AB cao gấp ba lần AB Dùng cách vẽ đường tia sáng qua thấu kính, xác định vị trí đặt vật AB để thỏa mãn điều kiện tốn, từ dựng vật dựng ảnh tương ứng với Hướng dần giải: Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Phân tích: • AB dịch chuyển lại gần hay xa thấu kính quĩ tích điểm B nằm đường thẳng cố định xy // trục chính, cách thấu kính khoảng h = OI = AB = không đổi * Nếu ảnh AB thật A’B’ ngược chiều với AB B’ nằm đường thẳng x1y1 // trục chính, khác phía với xy cách trục khoảng h1 = OI1= A’B’ = 3h * Nếu ảnh AB ảo A’’B’’ chiều với AB B’’ nằm đường thẳng x2y2 // trục chính, phía với xy cách trục khoảng h2 = OI2 = A’’B’’ = 3h • Nhận thấy: xy ≡ tia tới // với trục xuất phát từ B x1y1≡ tia ló // với trục ứng với tia tới từ B qua F x2y2 ≡ tia ló // với trục ứng với tia tới từ B có đường kéo dài qua F • Từ suy cách dựng: Dựng đường thẳng xy, x1y1, x2y2 // với trục cách trục khoảng h 3h, cắt thấu kính điểm I, I1, I2 (h - xem hình vẽ) • Nối I1F kéo dài cắt xy B(1), nối I2F kéo dài cắt xy B(2) Dựng AB(1) AB(2) cách từ điểm B hạ đường vng góc với trục • Nối I F’ kéo dài phía cắt x1y1 x2y2 B’ B”, ta dựng ảnh tương ứng, A’B’ thật (ứng với AB F), A’’B’’ ảo (ứng với AB F ) • Dựng vật ảnh hồn B” chỉnh (xem hình vẽ dưới) F F’ 4) Bài tập vận dụng: S Bài 1:(Trích 42-43.2 sách tập Vật lý 9) Cho biết trục thấu kính, S điểm sáng, S’ ảnh S tạo thấu kính S’ a, S’ ảnh thật hay ảnh ảo? b, Vì em biết thấu kính cho thấu kính hội tụ? Bằng phép vẽ xác định quang tâm O, hai tiêu điểm F F’ thấu kính cho Bài 2:(Trích 42-43.3 sách tập Vật lý 9) F’ Trên hình bên có vẽ trục , quang tâm O Hai tiêu điểm F, F’ thấu kính , hai tia ló 1,2 Cho ảnh S’ điểm sáng S a, Vì em biết thấu kính cho thấu kính hội tụ ? b, Bằng phép vẽ, xác định điểm sáng S Bài 3:(Trích 44-45.2 sách tập Vật lý 9) Cho biết trục thấu kính, S điểm sáng, S’ ảnh S tạo thấu kính a, S’ ảnh thật hay ảnh ảo? Vì sao? Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com F O (1) S’ (2) S S’ Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) b, Thấu kính cho hội tụ hay phân kì? c, Bằng phép vẽ xác định quang tâm O, tiêu điểm F F’ thấu kính cho Bài 4:(Trích 44-45.3 sách tập Vật lý 9) Trên hình bên có vẽ trục , quang tâm O Hai tiêu điểm F, F’ thấu kính , hai tia ló 1,2 hai tia tới xuất phát từ điểm sáng S F’ a, Thấu kính cho hội tụ hay phân kì ? O F b, Bằng phép vẽ, xác định ảnh S’ điểm sáng S Bài 5: (2) Trong hình vẽ sau xy trục chính, AIB đường tia sáng truyền qua thấu kính a Hãy xác định loại thấu kính Giải thích b Định điểm O, F’, F cách vẽ Nêu cách vẽ A B I A B x y I x (2) (1) Bài 6: (1) y A B’ Cho AB A’B’ vật ảnh tạo thấu kính L; AB∥ A’B’ có độ lớn hình vẽ Hãy xác định quang tâm, tiêu điểm, loại thấu kính A’ B Bài 7: Trên hình vẽ , điểm S’ vị trí ảnh điểm sáng S tạo thấu kính phân kỳ mỏng L điểm nằm mặt thấu kính cịn M điểm nằm trục thấu kính Nêu cách dựng hình để xác định vị trí quang tâm tiêu điểm thấu kính Bài 8: Người ta tìm thấy ghi chép nhà vật lí Snell sơ đồ quang học Khi đọc mơ tả kèm theo biết sơ đồ vẽ hai ảnh A1’B1’ A2’B2’ hai vật A1B1và A2B2 qua thấu kính Hai vật hai đoạn thẳng có độ cao, đặt song song với nhau, vng góc với trục trước thấu kính (A1 A2 nằm trục thấu kính, B1 B2 nằm phía so với trục chính) Độ cao hai ảnh tương ứng A1’B1’ A2’B2’ Do lâu ngày nên nét vẽ bị nhòe sơ đồ rõ ba điểm quang tâm O, ảnh B1’ B2’ B1 B2 tương ứng (Hình H.2) Bằng cách vẽ xác định vị trí trục chính, tiêu điểm vật A1B1 A2B2 Nêu rõ cách vẽ Bài 9: Một sơ đồ quang học vẽ đường tia sáng qua thấu kính hội tụ, lâu ngày nên nét vẽ bị mờ rõ điểm A, B, M (H vẽ) Đọc mô tả kèm theo thấy A giao điểm tia tới với tiêu diện trước, B giao điểm tia ló với tiêu diện sau cịn M giao điểm tia ló với trục thấu kính Bằng cách vẽ khơi phục lại vị trí quang tâm, tiêu điểm đường tia sáng Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) DẠNG 2:CÁC LOẠI BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ THẤU KÍNH * Dấu hiệu nhận biết: Bài toán thường cho vài đại lượng sau: d; f ; d’; AB = h; A’B’ = h’…vv yêu cầu tìm đại lượng cịn lại A) PHƯƠNG PHÁP CHUNG Bước 1: Vẽ hình cho trường hợp toán Bước 2: Căn vào hình vẽ, dùng tốn phụ chứng minh cơng thức thấu kính cho trường hợp tốn Bước 3: Từ cơng thức thấu kính có ta kết hợp với điều kiện khác tốn (nếu cần) để giải tìm ẩn số toán * Sau toán phụ cho trường hợp thường gặp: 1, Trường hợp vật thật cho ảnh ảo qua thấu kính hội tụ Giả sử ta vẽ xong ảnh A’B’ AB hình vẽ Đặt OA = d; OA’ = d’ I B Ta có ABO ∽ A’B’O (g – g) = = (1) F’ A’ A O F Ta có OIF’ ∽ A’B’F’ (g - g) = = = = (2) B’ Từ (1) (2) ta có = = + (*) 2, Trường hợp vật thật cho ảnh ảo qua thấu kính hội tụ Giả sử ta vẽ xong ảnh A’B’ AB hình vẽ Đặt OA = d; OA’ = d’ B/ Ta có ABO ∽ A’B’O (g – g) = = (1) B Ta có OKF’ ∽ A’B’F’ (g - g) = = = (2) A/ Từ (1) (2) ta có = = (*) 3, Trường hợp vật thật cho ảnh ảo qua thấu kính phân kỳ Giả sử ta vẽ xong ảnh A’B’ AB hình vẽ Đặt OA = d; OA’ = d’ Ta có ABO ∽ A’B’O (g – g) = = (1) = K A F O / A B F/ I B’ Ta có OIF ∽ A’B’F (g - g) = = = (2) Từ (1) (2) ta có A A F = - A’ O (*) Các cơng thức thấu kính: Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) a Cơng thức thấu kính * Cơng thức vị trí ảnh - vật: 1 d d' f d > vật thật d < vật ảo d’ > ảnh thật d' < ảnh ảo b Cơng thức hệ số phóng đại ảnh: A' B ' d' k k ; d AB (k > 0: ảnh, vật chiều; k < 0: ảnh, vật ngược chiều.) ( | k | > 1: ảnh cao vật, | k | < 1: ảnh thấp vật ) c Hệ quả: d f d ' f f f d' d d ' d' ; d ; k f d f d ' f f d f d d' 5.Chú ý - Tỉ lệ diện tích vật ảnh: - Nếu vật AB hai vị trí cho hai ảnh khác A1B1 A2B2 thì: (AB)2 = (A1B1)2.(A2B2)2 - Điều kiện để vật thật qua thấu kính cho ảnh thật là: L≥4.f -Công thức Bensell: Vật AB đặt cách khoảng L, có hai vị trí thấu kính cách l cho AB qua thấu kính cho ảnh rõ nét tiêu cự thấu kính tính theo cơng thức B)CÁC LOẠI BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ THẤU KÍNH I) CÁC VÍ DỤ VỀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ẢNH VÀ VẬT 1) Học sinh cần lưu ý: Căn vào toán phụ ta thấy đề cho ba đại lượng có mặt biểu thức (*) ta ln tìm đại lượng lại biết thêm độ lớn AB = h từ (1) ta tìm A’B’ = h’ ngược lại Tuy nhiên có đơn giản ta khơng cần thực đủ bước mà cần sử dụng hai cặp tam giác đồng dạng để tìm ẩn số 2) Các ví dụ minh hoạ 2.1: Ví dụ (Đề thi HSG Tỉnh Hà Nam 2009 - 2010) Mét vật sáng nhỏ có dạng đoạn thẳng AB đặt vuông gãc víi trơc chÝnh cđa mét thÊu kÝnh héi tơ nằm khoảng tiêu cự thấu kính a) Gọi d khoảng cách từ vật đến thấu kính, d khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, f tiêu cự thấu 1 kính HÃy vẽ ảnh vật qua thấu kính chøng minh c«ng thøc: + = d d f b) Đặt vật sáng phía thấu kính héi tơ cã tiªu cù f = 20 cm, song song với trục cách trục đoạn l = 20 cm Biết điểm A B cách thấu kính 40 cm 30 cm Tính độ lớn ảnh vật AB qua thấu kÝnh Hướng dẫn giải: a) - VÏ h×nh - XÐt hai tam giác OA/B/ OAB đồng dạng có hệ thøc: A / B / OA / d / (1) AB OA d Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) - Xét hai tam giác OIF/ A/B/F/ đồng dạng có hệ thức: A / B/ F/ A / d / f B (2) / OI OF f 1 - Tõ ( 1) vµ (2) rót : / d d f A F b) - VÏ h×nh / / / - V× OI = OF tam giác OIF vuông cân góc OF I = 45 góc CA/B/ = 450 tam giỏc A/CB/ vuông cân d Bf d f - Tính A/C = d/B – d/A = A 20 cm dB f dA f A B - §é lín cđa ¶nh : I A/B/ = A C B C / / = 20 cm A/ F/ O B/ I F/ O F dB dA A/ d/A C d/B 2.2: Ví dụ (Đề thi HSG Tỉnh ĐẮK LẮK 2010 - 2011) B/ Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm tạo ảnh A’B’ Biết A’B’ = 4AB Vẽ hình tính khoảng cách từ vật tới thấu kính (xét 02 trường hợp: ảnh thật ảnh ảo) Cho vật AB di chuyển dọc theo trục thấu kính Tính khoảng cách ngắn vật ảnh thật Hướng dẫn giải: * Trường hợp vật AB tạo ảnh thật: - Vẽ hình (H.1) A'B' OA' (1) AB OA F’ A’ A'B' F'A' OA' - OF' - OF’I đồng dạng A’F’B’ (2) A O AB F'O OF' - Thay A’B’ = 4AB OF’ = 20cm vào (1) (2), tính được: OA = 25cm; OA’ = 100cm (H.1) B’ * Trường hợp vật AB tạo ảnh ảo: B’ B - A’OB’ đồng dạng AOB I B - Vẽ hình (H.2) I A'B' OA' (3) AB OA A O A’ A'B' F'A' OA' + OF' - OF’I đồng dạng A’F’B’ (4 AB F'O OF' (H.2) ) - Thay A’B’ = 4AB OF’ = 20cm vào (3) (4), tính được: OA = 15cm; OA’ = 60cm 2.- Đặt OA = d, OA’ = l – d với l khoảng cách vật ảnh, thay vào (1) (2), ta được: A'B' OA' - OF' OA' l-d-f l-d d2 - ld + lf = (*) AB OF' OA f d Để phương trình (*) có nghiệm : = l2 – 4lf l 4f F’ Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN - A’OB’ đồng dạng AOB Vậy lmin = 4f = 80cm ThuVienDeThi.com - Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) 2.3: Ví dụ (Đề thi tun sinh lớp 10 THPT chuyên Nguyễn TrÃi - năm học 2008 - 2009) Đặt mẩu bút chì AB = cm ( đầu B vót nhọn ) vuông góc víi trơc chÝnh cđa mét thÊu kÝnh héi tơ , A nằm trục Nhìn qua thấu kính người ta thấy ảnh AB bút chì chiều với vật cao gấp lần vật a VÏ ¶nh A’B’ cđa AB qua thÊu kÝnh Dùa vào hình vẽ chứng minh công thức sau : B 1 OF OA OA' X F A O Y Khi mẩu bút chì dịch chuyển dọc theo trục lại gần thấu kính ảnh ảo dịch chuyển theo chiều ? Vì ? b Bây đặt mẩu bút chì nằm dọc theo trục thấu kính , đầu A nằm vị trí cũ, đầu nhọn B hướng thẳng quang tâm O Lại nhìn qua thấu kính thấy ảnh bút chì nằm däc theo trơc chÝnh vµ cã chiỊu dµi b»ng 25cm H·y tÝnh tiªu cù cđa thÊu kÝnh c Dịch chuyển đầu A mẩu bút chì đến vị trí khác Gọi A ảnh ảo A qua thấu kính , F tiêu điểm vật thÊu kÝnh ( h×nh ) A' F A Bằng phép vẽ , hÃy xác định quang tâm O tiêu điểm ảnh X Y F thấu kính H×nh Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) Hng dn gii Xét hai cặp tam giác đồng dạng :OAB OAB ta có : A' B' OA' (1) AB OA I B' FAB vµ FOI ta cã : OI A' B' OF B (2) AB AB FA OA' OF => (3) X A' A O Y F OA FA Tõ h×nh vÏ : FA = OF – OA ( ) OA' OF Tõ (3),(4) => (5) OA OF OA A' B' OF Tõ (1),(5) => (6) AB OF OA 1 Tõ (5) => OA’.OF – OA’.OA = OA.OF => (7) OF OA OA' Tõ (7) ta nhận thấy OF không đổi nên OA giảm OA giảm Vậy vật dịch chuyển lại gần thấu kính ảnh ảo dịch chuyển lại gần thấu kính b Đặt OF = f ; OA = d1 ; OA’ = d1’ thay vào ( ) ta : A' B' f AB f d1 f V× A’B’ = 5AB nªn ta cã : => d1 = 0,8f => d1’ = 5d1 = 4f f d1 Khi đặt bút chì dọc theo trục , đầu nhọn B bút chì vị trí B2 trục cho ảnh ảo B2, đầu A bùt chì cho ảnh vị trí cũ A Xét tạo ảnh qua thấu kính riêng đầu nhọn B2 mẩu bút chì : M Theo nhËn xÐt ë phÇn a , ta cã : d2 = OB2 = d1 – = 0,8f - I d2’ = OB2’ = d1’ – 25 = 4f 25 Thay vào ( ) ta : 1 f 0,8 f f 25 => f = 10 ( cm ) X A' O1 F A O F' Y c Tõ h×nh vÏ ta thÊy : OA’ = OA + AA’ ( ) OF = AF + OA (9) Thay (8), (9) vào (3) ta được: OA AA' AF OA => OA2 = AF AA’ ( 10 ) OA AF Sư dơng mèi liªn hƯ ( 10 ) , ta suy c¸ch vÏ sau ( hình vẽ ) : - Vẽ đường tròn đường kính AA - Kẻ FM vuông góc với trục xy cắt đường tròn đường kính AA I - Nối A với I - Dựng đường tròn tâm A , bán kính AI , giao đường tròn với trục xy hai vị trí O1 O2 Ta loại vị trí O1 thấu kính đặt vị trí cho ảnh thật Vậy O2 vị trí quang tâm O cần tìm thâú kính - Lấy F đối xứng với F qua quang tâm O ta tiêu điểm ảnh cña thÊu kÝnh 3) Các tập vận dụng Bài Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN ThuVienDeThi.com Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) ... F’ S O F1 A S: Vật thật S’: Ảnh ảo S: Vật thật S’: Ảnh thật Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN F S’ ThuVienDeThi.com F/ Chuyên đề 2: Quang học – Tập (Level 2) b) Vẽ ảnh vật AB b.1: Vẽ ảnh vật sáng AB vng... ngược chiều với vật c) Vật ảo OF cho ảnh thật lớn chiều với vật Như thấu kính phân kì cho anh thật chiều lớn vật vật ảo nằm khoảng OF b.4: Vẽ ảnh vật AB trước thấu kính Tư Lê Đình – ĐH BK ĐN... vẽ mà rõ vật vật sáng vật thật ta tiến hành vẽ bình thường, trường hợp tốn cho biết vật chung chung ta phải xét hai trường hợp toán vật thật vật ảo - Ảnh vật mà nằm phía so với trục ảnh vật khác