Đề ôn thi học sinh giỏi môn Vật lí 631007

-phần quang họcI- Tóm tắt lý thuyết 1/ Khái niệm bản: - Ta nhận biết ánh sáng có ánh sáng vào mắt ta - Ta nhìn thấy vật có ánh sáng từ vật mang đến mắt ta ánh sáng vật tự phát (Nguồn sáng) hắt lại ánh sáng chiếu vào Các vật gọi vật sáng - Trong môi trường suốt đồng tính ánh sáng truyền theo đường thẳng - Đường truyền ánh sáng biểu diễn đường thẳng có hướng gọi tia sáng - NÕu ngn s¸ng cã kÝch th­íc nhá, sau vËt chắn sáng có vùng tối - Nếu nguồn sáng có kích thước lớn, sau vật chắn sáng có vùng tối vùng nửa tối 2/ Sự phản xạ ánh sáng - Định luật phản xạ ánh sáng + Tia phản xạ nằm mặt phẳng chứa tia tới đường pháp tuyến với gương điểm tới + Góc phản xạ góc tới - Nếu đặt vật trước gương phẳng ta quan sát ảnh vật gương + ảnh gương phẳng ¶nh ¶o, lín b»ng vËt, ®èi xøng víi vËt qua gương + Vùng quan sát vùng chứa vật nằm trước gương mà ta thấy ảnh vật nhìn vào gương + Vùng quan sát phụ thuộc vào kích thước gương vị trí đặt mắt II- Phân loại tập Loại 1: Bài tập truyền thẳng ánh sáng Phương pháp giải: Dựa định luật truyền thẳng ánh sáng Thí dụ 1: Một điểm sáng đặt cách khoảng 2m, điểm sáng người ta đặt đĩa chắn sáng hình tròn cho đĩa song song với điểm sáng nằm trục qua tâm vuông góc với đĩa a) Tìm đường kính bóng đen in biết đường kính đĩa d = 20cm đĩa cách điểm sáng 50 cm DeThiMau.vn b) Cần di chuyển đĩa theo phương vuông góc với đoạn bao nhiêu, theo chiều để đường kính bóng đen giảm nưa? c) BiÕt ®Üa di chun ®Ịu víi vËn tèc v= 2m/s Tìm vận tốc thay đổi đường kính bóng đen d) Giữ nguyên vị trí đĩa câu b thay điểm sáng vật sáng hình cầu đường kính d1 = 8cm Tìm vị trí đặt vật sáng để đường kính bóng đen câu a Tìm diện tích vùng nửa tối xung quanh bóng đen? A' Giải A I S B A1 A2 I1 B1 I' B2 B' a) Gäi AB, A’B’ đường kính đĩa bóng ®en Theo ®Þnh lý Talet ta cã: AB SI AB.SI ' 20.200   A' B'    80cm A' B' SI ' SI 50 b) Gäi A2, B2 trung điểm IA IB Để đường kính bóng đen giảm nửa(tức A2B2) đĩa AB phải nằm vị trí A1B1 Vì đĩa AB phải dịch chuyển phía Theo định lý Talet ta có : A1B1 SI1 AB 20   SI1  1 SI '  200  100cm A2 B2 SI ' A2 B2 40 Vậy cần dịch chuyển đĩa đoạn II1 = SI1 – SI = 100-50 = 50 cm c) Thêi gian để đĩa quÃng đường I I1 là: t= II s 0,5 = = = 0,25 s v v Tèc ®é thay ®ỉi ®­êng kÝnh cđa bãng ®en lµ: v’ = A B - A B 0,8  0,4 = = 1,6m/s 0,25 t d) Gọi CD đường kính vật sáng, O tâm Ta cã: MI A3 B3 20 MI      MI  AB 80 MI  I I  => MI3 = I I  100  cm 3 DeThiMau.vn Mặt khác MO CD 2 100 40     MO  MI    cm MI A3 B3 20 5 3 A2 A’ M A3 I3 C O D I’ B3 B’ => OI3 = MI3 – MO = 100 40 60    20cm 3 B2 Vậy đặt vật sáng cách đĩa khoảng 20 cm - Diện tích vùng nửa tèi S =  ( I A22  I A )  3,14(80  40 )  15080cm Thí dụ 2: Người ta dự định mắc bóng đèn tròn góc trần nhà hình vuông, cạnh m quạt trần trần nhà, quạt trần có sải cánh 0,8 m (khoảng cách từ trục đến đầu cánh), biết trần nhà cao 3,2 m tính từ mặt sàn HÃy tính toán thiết kế cách treo quạt trần để quạt quay, điểm mặt sàn loang loáng Giải Để quạt quay, không điểm sàn sáng loang loáng bóng đầu mút cánh quạt in tường tối đa đến chân tường C,D nhà hình hộp vuông, ta xét trường hợp cho bóng, lại tương tự L Gọi L đường chéo trần nhà L = = 5,7 m S1 T S3 Khoảng cách từ bóng đèn đến góc chân tường đối diện: R B A O S1D = H  L2 = (3,2)  (4 2) =6,5 m H I T điểm treo quạt, O tâm quay quạt A,B đầu mút cánh quạt quay Xét S1IS3 ta cã AB OI AB   OI   IT  S1 S IT S1 S D C H 3,2 2.0,8   0,45m L 5,7 R Khoảng cách từ quạt đến điểm treo: OT = IT – OI = 1,6 – 0,45 = 1,15 m Vậy quạt phải treo cách trần nhà tối đa 1,15 m Bài tập tham khảo: DeThiMau.vn 1/ Một điểm sáng S cách khoảng cách SH = 1m Tại trung điểm M SH người ta đặt bìa hình tròn, vuông góc với SH a- Tính bán kính vùng tối bán kính bìa R = 10 cm b- Thay điểm sáng S hình sáng hình cầu có bán kính R = 2cm Tìm bán kính vùng tối vùng nưa tèi §s: a) 20 cm b) Vïng tèi: 18 cm Vïng nöa tèi: cm 2/ Mét ng­êi cã chiỊu cao h, ®øng d­íi ngän ®Ìn treo ë ®é cao H (H > h) Ng­êi nµy b­íc ®i với vận tốc v HÃy xác định chuyển động bóng đỉnh đầu in mặt đất ĐS: V = H v H h Loại 2: Vẽ đường tia sáng qua gương phẳng, ảnh vật qua gương phẳng Phương pháp giải: - Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng + Tia phản xạ nằm mặt phẳng chứa tia tới pháp tuyến điểm tới + Góc phản xạ góc tới - Dựa vào tính chất ảnh vật qua gương phẳng: + Tia phản xạ có đường kéo dài qua ảnh điểm sáng phát tia tới S I J S Thí dụ 1: Cho gương phẳng M N có hợp với góc có mặt phản xạ hướng vào A, B hai điểm nằm khoảng gương HÃy trình bày cách vẽ đường tia sáng từ A phản xạ gương M, N truyền đến B trường hợp sau: a) gãc nhän b)  lÇ gãc tï DeThiMau.vn c) Nêu điều kiện để phép vẽ thực Giải a,b) Gọi A ảnh A qua M, B ảnh B qua N (M) A (M) A I A A’ B B I O J (N) O J B (N) B Tia phản xạ từ I qua (M) phải có đường kéo dài qua A Để tia phản xạ qua (N) J qua điểm B tia tới J phải có đường kéo dài qua B Từ hai trường hợp ta có cách vẽ sau: - Dựng ¶nh A’ cđa A qua (M) (A’ ®èi xøng A qua (M) - Dùng ¶nh B’ cđa B qua (N) (B đối xứng B qua (N) - Nối AB cắt (M) (N) I J - Tia A IJB tia cần vẽ c) Đối với hai điểm A, B cho trước Bài toán vẽ AB cắt hai gương (M) và(N) A (Chú ý: Đối với toán dạng ta có cách vẽ khác là: I - Dựng ảnh A cđa A qua (M) A - Dùng ¶nh A’’ cđa A qua (N) - Nối AB cắt (N) J O - Nối JA cắt (M) I B J - Tia AIJB tia cần vẽ A Thí dụ 2: Hai gương phẳng (M) (N) đặt song song quay mặt phản xạ vào cách khoảng AB = d Trên đoạn thẳng AB có đặt điểm sáng S cách gương (M) đoạn SA = a Xét điểm O nằm đường thẳng qua S vuông góc với AB có khoảng cách OS = h a) Vẽ đường tia sáng xuất phát từ S phản xạ gương (N) I truyền qua O DeThiMau.vn b) Vẽ đường tia sáng xuất phát từ S phản xạ gương (N) H, gương (M) K truyền qua O c) Tính khoảng cách từ I, K, H tới AB Gi¶i (M) O’ (N) O K I H C A S B S’ a) VÏ ®­êng ®i cđa tia SIO - Vì tia phản xạ từ IO phải có đường kéo dài qua S (là ảnh S qua (N) - Cách vẽ: Lấy S đối xứng với S qua (N) Nối SO cắt (N) I Tia SIO tia sáng cần vẽ b) Vẽ đường tia sáng SHKO - Đối với gương (N) tia phản xạ HK phải có đường kéo dài qua ảnh S S qua (N) - Đối với gương (M) để tia phản xạ từ KO qua O tia tới HK phải có đường kéo dài qua ¶nh O’ cđa O qua (M) V× vËy ta cã cách vẽ: - Lấy S đối xứng với S qua (N); O’ ®èi xøng víi O qua (M) Nèi O’S’ cắt (N) H cắt (M) K Tia SHKO tia cần vẽ c) Tính IB, HB, KA Vì IB đường trung bình SSO nên IB = OS h  2 V× HB //O’C => HB BS ' d a BS '  => HB = O' C  h O' C S ' C S'C 2d V× BH // AK => HB S B S A ( 2d  a ) ( d  a ) 2d  a   AK  HB  h  h AK S A S B d a 2d 2d DeThiMau.vn ThÝ dô 3: Bèn gương phẳng G1, G2, G3, G4 quay mặt sáng vào làm thành mặt bên hình hộp chữ nhật Chính gương G1 có lỗ nhỏ A a) Vẽ đường tia sáng (trên mặt phẳng giấy vẽ) từ vào lỗ A sau phản xạ gương G2 ; G3; G4 lại qua lỗ A (G4) A (G3) b) Tính đường tia sáng trường hợp nói QuÃng đường có phụ thuộc vào vị trí lỗ A hay không? (G1) (G2) Giải a) Vẽ đường tia sáng - Tia tới G2 AI1 cho tia phản xạ I1I2 có đường kéo dài qua A2 (là ảnh A qua G2) - Tia tới G3 I1I2 cho tia phản xạ I2I3 có đường kéo dài qua A4 (là ¶nh A2 qua G3) - Tia tíi G4 lµ I2I3 cho tia phản xạ I3A có đường kéo dài qua A6 (là ảnh A4 qua G4) A6 A3 A5 I3 A I2 I1 A4 A2 Mặt khác để tia phản xạ I3A qua điểm A tia tới I2I3 phải có đường kéo dài qua A3 (là ảnh A qua G4) Muốn tia I2I3 có đường kéo dài qua A3 tia tới gương G3 I1I2 phải có đường kéo dài qua A5 (là ảnh A3 qua G3) Cách vẽ: Lấy A2 ®èi xøng víi A qua G2; A3 ®èi xøng víi A qua G4 LÊy A4 ®èi xøng víi A2 qua G3; A6 §èi xøng víi A4 qua G4 DeThiMau.vn LÊy A5 ®èi xøng víi A3 qua G3 Nèi A2A5 cắt G2 G3 I1, I2 Nối A3A4 cắt G3 G4 I2, I3, tia AI1I2I3A tia cần vẽ b) Do tính chất đối xứng nên tổng đường tia sáng hai lần đường chéo hình chữ nhật Đường không phụ thuộc vào vị trí điểm A G1 tập tham khảo Bài 1: Cho hai gương M, N điểm A, B HÃy vẽ tia sáng xuất phát từ A phản xạ hai gương đến B hai trường hợp a) Đến gương M trước A b) Đến gương N trước B Bài 2: Cho hai gương phẳng vuông góc với Đặt điểm sáng S điểm M (G1) trước g­¬ng cho SM // G2 S M a) H·y vÏ mét tia s¸ng tíi G1 cho A qua G2 lại qua M Giải thích cách vẽ b) Nếu S hai gương cố định điểm M phải có vị trí để vẽ tia sáng câu a (G2) O c) Cho SM = a; SA = b, AO = a, vận tốc ánh sáng v HÃy tính thời gian trun cđa tia s¸ng tõ S -> M theo đường câu a Bài 3: Hai gương phẳng G1; G2 ghép sát hình vẽ, = 600 Một điểm sáng S đặt khoảng hai gương (G1) cách hai gương, khoảng cách từ S đến giao tuyến hai gương SO = 12 cm S a) Vẽ nêu cách vẽ đường tia sáng tù S phản xạ hai gương quay lại S O (G2) b) Tìm độ dài đường tia sáng nói trên? Bài 4: Vẽ đường tia sáng từ S sau phản xạ tất vách tới B S B DeThiMau.vn Loại 3: Xác định số ảnh, vị trí ảnh vật qua gương phẳng? Phương pháp giải: Dựa vào tính chất ảnh vật qua gương phẳng: ảnh vật qua gương phẳng vật cách vật khoảng từ vật đến gương (ảnh vật đối xứng qua gương phẳng) Thí dụ 1: Hai gương phẳng M N đặt hợp với góc < 1800 , mặt phản xạ quay vào Một điểm sáng A nằm hai gương qua hệ hai gương cho n ¶nh Chøng minh r»ng nÕu 360   2k (k  N ) th× n = (2k – 1) ảnh Giải Sơ đồ tạo ảnh qua hệ: (M ) (N ) (M ) (N )  A1   A3   A5   A  N) M) N) M) A2 (  A4 ( A6 ( A ( A3 A2 Từ toán ta biễu diễn số trường hợp đơn giản (N) Theo hình vẽ ta có: A6 Góc A1OA2 = 2 A O Gãc A3OA4 = 4 (M) A8 A7 Gãc A2k-1OA2k = 2k A1 Theo ®iỊu kiƯn toán 3600/ = 2k A5 => 2k = 3600 VËy gãc A2k-1OA2k = 2k = 3600 A4 Tøc ảnh A2k-1 ảnh A2k trùng Trong hai ảnh ảnh sau gương (M) ảnh sau gương (N) nên không tiếp tục cho ảnh Vậy số ảnh A cho hai gương là: n = 2k – ¶nh ThÝ dơ 2: Hai gương phẳng M1và M2 đặt nghiêng với góc = 1200 Một điểm sáng A trước hai gương, cách giao tuyến chúng khoảng R = 12 cm a) Tính khoảng cách hai ảnh ảo A qua gương M1 M2 b) Tìm cách dịch chuyển điểm A cho khoảng cách hai ảnh ảo câu không đổi (M2) A Giải a) Do tính chất đối xứng nên A1, A2, A nằm đường tròn tâm O bán kÝnh R = 12 cm Tø gi¸c OKAH néi tiÕp (vì góc K + góc H = 1800) Do ¢ =  -  K A2 O H (M1) A1 DeThiMau.vn => gãc A2OA1 = 2¢ (gãc cïng ch¾n cung A1A2) => A2OA1 = 2( -  ) = 1200 A2OA1 cân O có góc O = 1200; c¹nh A20 = R = 12 cm => A1A2 = 2R.sin300 = 12 b) Tõ A1A2 = 2R sin Do để A1A2 không đổi => R không đổi (vì không đổi) Vậy A dịch chuyển mặt trụ, có trục giao tuyến hai gương bán kính R = 12 cm, giới hạn hai gương Thí dụ 3: Hai gương phẳng AB CD đặt song song đối diện cách a=10 cm Điểm sáng S đặt cách hai gương Mắt M người quan sát cách hai gương (hình vẽ) Biết AB = CD = 89 cm, SM = 100 cm B a) Xác định số ảnh S mà người quan sát thấy A b) Vẽ đường tia sáng từ S đến mắt M sau khi: - Phản xạ gương lần S M C D - Phản xạ gương AB hai lần, gương CD lần Giải Sn Xét ánh sáng từ S truyền theo chiỊu tíi AB tr­íc S G1 G2 G1  S1 S S ảnh ảo đối xứng với vật qua gương nên ta có: SS1 = a S1 A K B M S SS3 = 3a C SS5 = 5a D … SSn = n a Mắt M thấy ảnh thứ n, tia phản xạ gương AB K lọt vào mắt có đường kéo dài qua ảnh Sn Vậy điều kiện mắt thấy ảnh Sn là: AK AB S A AK S n SM ~ S n AK  n   S n S SM a  89  n  50 V× n  Z => n = 100 11 na na  XÐt ¸nh sáng từ S truyền theo chiều tới gương CD trước ta có kết tương tự Vậy số ảnh quan sát qua hệ là: 2n = 10 DeThiMau.vn b) Vẽ đường tia sáng: S5 S5 S1 S1 B A M S M S D C D C B A S3 S3 Bài tập tham khảo: 1- Một bóng đèn S đặt cách tủ gương 1,5 m nằm trục mặt gương Quay cánh tủ quanh lề góc 300 Trục gương cánh lề 80 cm: a) ảnh S S di chuyển quỹ đạo nào? b) Tính đường ảnh Loại 4: Xác định thị trường gương Ta nhìn thấy ảnh vật tia sáng truyền vào mắt ta có đường kéo dài qua ảnh vật Phương pháp: Vẽ tia tới từ vật tới mép gương Từ vẽ tia phản xạ sau ta xác định vùng mà đặt mắt nhìn thấy ảnh vật B Thí dụ 1: cách vẽ hÃy tìm vùng không gian mà mắt đặt nhìn thấy ảnh toàn vật A (G) sáng AB qua gương G Giải Dựng ảnh AB AB qua gương Từ A B vẽ tia qua hai mép gương Mắt nhìn thấy AB đặt vùng gạch chéo B A (G) A DeThiMau.vn 11 Thí dụ 2: Hai người A B đứng trước gương phẳng (hình vẽ) M H N K h h B A a) Hai ng­êi cã nh×n thÊy gương không? b) Một hai người dẫn đến gương theo phương vuông góc với gương họ thấy gương? c) Nếu hai người dần tới gương theo phương vuông góc với gương họ có thấy qua gương kh«ng? BiÕt MA = NH = 50 cm; NK = 100 cm, h = 100 cm Gi¶i A' B' a) VÏ thÞ tr­êng cđa hai ng­êi - ThÞ tr­êng cđa A giíi h¹n bëi gãc MA’N, cđa B giíi h¹n góc MBN - Hai người không thấy người H M thị trường người N K h h B A A' b) A cách gương m Cho A tiến lại gần Để B thấy ảnh A M H A thị trường A phải hình vẽ sau: A  AHN ~  BKN -> AH AN 0,5   AH  BK  AH   0,5m BK KN N K h B 12 DeThiMau.vn c) Hai người tới gương họ không nhìn thấy gương người thị trường người Thí dụ 3: Một người cao 1,7m mắt người cách đỉnh đầu 10 cm Để người nhìn thấy toàn ảnh gương phẳng chiều cao tối thiểu gương mét? Mép gương phải cách mặt đất mét? Giải - Vật thật AB (người) qua gương phẳng cho ảnh ảo AB đối xứng - Để người thấy toàn ảnh kích thước nhỏ vị trí đặt gương phải thoà mÃn đường tia sáng h×nh vÏ B AB  AB B' I  MIK ~ MA’B’ => IK =   0,85m 2 M  B’KH ~  B’MB => KH = MB  0,8m K VËy chiỊu cao tèi thiĨu cđa gương 0,85 m Gương đặt cách mặt đất tối ®a lµ 0,8 m A A' H Bµi tËp tham khảo: Bài1: Một hồ nước yên tĩnh có bề rộng m Trªn bê hå cã mét cét trªn cao 3,2 m cã treo mét bãng ®Ìn ë ®Ønh Mét người đứng bờ đối diện quan sát ảnh bóng đèn, mắt người cách mặt đất 1,6 m a) Vẽ chùm tia sáng từ bóng đèn phản xạ mặt nước tới mắt người quan sát b) Người lùi xa hồ tới khoảng cách không thấy ảnh ảnh bóng đèn? Bài 2: Một gương phẳng hình tròn, tâm I bán kính 10 cm Đặt mắt O trục Ix vuông góc với mặt phẳng gương cách mặt gương đoạn OI = 40 cm Một điểm sáng S đặt cách mặt gương 120 cm, cách trục Ix khoảng 50 cm a) Mắt có nhìn thấy ảnh S S qua gương không? Tại sao? b) Mắt phải chuyển dịch trục Ix để nhìn thấy ảnh S S Xác định khoảng cách từ vị trí ban đầu mắt đến vị trí mà mắt bắt đầu nhìn thấy ảnh S S qua gương Loại 5: Tính c¸c gãc ThÝ dơ 1: ChiÕu mét tia s¸ng hĐp vào gương phẳng Nếu cho gương quay góc quanh trục nằm mặt gương vuông góc với tia tới tia R1 phản xạ quay góc bao nhiêu? theo chiều nào? N S Giải Xét gương quay quanh trục O từ vị trí M1 đến M2 (góc M1OM2 = ) ii lúc pháp tuyến quay gãc N1KN2 =  I O DeThiMau.vn P M1 N2 i' i' J K R2 M213 I (gãc cã c¹nh tương ứng vuông góc) Xét IPJ có IJR2 = JIP + IPJ Hay 2i’ = 2i +  =>  = 2( i’ – i ) (1) XÐt  IJK cã IJN2 = JIK + IKJ Hay i’ = i +  =>  = ( i’ – i ) (2) Tõ (1) vµ (2) =>  =  VËy g­¬ng quay mét gãc  quanh mét trục vuông góc với tia tới tia phản xạ quay góc theo chiều quay gương Thí dụ 2: Hai gương phẳng hình chữ nhật giống ghép chung theo cạnh tạo thành góc hình vẽ (OM1 = OM2) Trong khoảng hai gương gần O có điểm sáng S Biết tia sáng từ S đặt vuông góc vào G1 sau phản xạ G1 đập vào G2, sau phản xạ G2 đập vào G1 phản xạ G1 lần Tia phản xạ cuối vuông góc với M1M2 TÝnh  (G1) Gi¶i - VÏ tia ph¶n xạ SI1 vuông góc với (G1) - Tia phản xạ I1SI2 đập vào (G2) I1 - Dựng pháp tuyến I2N1 cđa (G2) - Dùng ph¸p tun I3N2 cđa (G1) K I3 O - Vẽ tia phản xạ cuối I3K S N1 I2 N2 (G2) DÔ thÊy gãc I1I2N1 = ( góc có cạnh tương ứng vuông góc) => góc I1I2I3 = Theo định luật phản xạ ¸nh s¸ng ta cã: KI3 M1 = I2I3O = 900 - 2 => I3 M1K = 2  M1OM c©n ë O =>  + 2 + 2 = 5 = 1800 =>  = 360 VËy  = 360 Bài tập tham khảo: Bài 1: Chiếu tia sáng SI tới gương phẳng G Nếu quay tia xung quanh điểm S góc tia phản xạ quay góc bao nhiêu? Bài 2: Hai gương phẳng G1 G2 có mặt phản xạ hỵp víi mét gãc  = 600 chiÕu tia sáng SI tới G1 tia phản xạ theo IJ phản xạ G2 theo JR tính góc hợp tia SI JR 14 DeThiMau.vn ... B S B DeThiMau.vn Loại 3: Xác định số ảnh, vị trí ảnh vật qua gương phẳng? Phương pháp giải: Dựa vào tính chất ảnh vật qua gương phẳng: ảnh vật qua gương phẳng vật cách vật khoảng từ vật đến... thấy gương không? b) Một hai người dẫn đến gương theo phương vuông góc với gương họ thấy gương? c) Nếu hai người dần tới gương theo phương vuông góc với gương họ có thấy qua gương không? Biết MA... thấy ảnh vật tia sáng truyền vào mắt ta có đường kéo dài qua ảnh vật Phương pháp: VÏ tia tíi tõ vËt tíi mÐp cđa g­¬ng Tõ vẽ tia phản xạ sau ta xác định vùng mà đặt mắt nhìn thấy ảnh vật B Thí