Đang tải... (xem toàn văn)
Dạng bài tập ảnh của một vật qua thấu kính I Lý thuyết Thấu kính là một khối chất trong suốt, giới hạn bởi hai mặt cong hoặc một mặt cong và một mặt phẳng Gồm 2 loại là thấu kính hội tụ (TKHT) và thấu[.]
Dạng tập ảnh vật qua thấu kính I Lý thuyết - Thấu kính khối chất suốt, giới hạn hai mặt cong mặt cong mặt phẳng - Gồm loại thấu kính hội tụ (TKHT) thấu kính phân kì (TKPK): + Thấu kính hội tụ (Thấu kính lồi): Là thấu kính có phần rìa ngồi mỏng phần Khi chiếu chùm tia tới vào thấu kính thấu kính tạo chùm tia ló hội tụ + Thấu kính phân kì (Thấu kính lõm): Là thấu kính có phần rìa ngồi dày phần Khi chiếu chùm tia tới vào thấu kính thấu kính tạo chùm tia ló phân kì - Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự thấu kính: + Trục chính, kí hiệu : Trùng với phương tia sáng tới vng góc với mặt thấu kính, có tia ló truyền thẳng khơng đổi hướng + Quang tâm, kí hiệu O: giao điểm trục thấu kính, tia sáng qua quang tâm truyền thẳng + Tiêu điểm: thấu kính có tiêu điểm F F' đối xứng qua thấu kính + Tiêu cự, kí hiệu f: khoảng cách từ tiêu điểm tới quang tâm OF = OF' = f II Các dạng tập Dạng 1: Ảnh vật qua thấu kính hội tụ (TKHT) Lý thuyết - Đường truyền ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ: + Tia tới song song với trục cho tia ló qua tiêu điểm (tia số 1) + Tia tới qua quang tâm tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương tia tới (tia số 2) + Tia sáng qua tiêu điểm tia ló song song với trục (tia số 3) - Đặc điểm ảnh vật tạo thấu kính hội tụ: Đặt khoảng cách từ vật đến thấu kính d; khoảng cách từ ảnh vật tạo thấu kính đến thấu kính d' + d > f: thấu kính tạo ảnh thật; ảnh tạo thấu kính ngược chiều với vật; ảnh vật nằm hai bên thấu kính Khi d >> f: thấu kính tạo ảnh thật với d' = f + d < f: thấu kính tạo ảnh ảo; ảnh tạo thấu kính chiều với vật lớn vật; ảnh vật nằm bên thấu kính + d = f: thấu kính tạo tia sáng song song; coi thấu kính tạo ảnh thật ảnh ảo vô Lưu ý: Ảnh thật vật tạo TKHT hứng chắn, cịn ảnh ảo khơng Phương pháp giải - Cách dựng ảnh vật tạo thấu kính hội tụ: Từ S dựng tia đặc biệt qua thấu kính Ảnh vật giao tia ló (ảnh thật) giao đường kéo dài tia ló (ảnh ảo) Đối với vật AB đặt vng góc với trục ta cần vẽ ảnh B' B qua thấu kính tương tự cách vẽ S trên, sau kẻ A'B' vng góc với trục ta có ảnh AB tạo thấu kính - Lưu ý: + Đường kéo dài tia ảnh ảo vẽ nét đứt + Một “mẹo” nhỏ vẽ hình minh họa để khơng tốn q nhiều diện tích khơng cần thiết đặt vật khơng q gần vị trí tiêu cự Khi ảnh tạo thấu kính khơng q lớn khoảng cách ảnh thấu kính khơng q xa - Xác định vị trí, chiều cao ảnh, vật; tiêu cự thấu kính: Sử dụng tính chất tam giác đồng dạng cơng thức thấu kính: Cơng thức thấu kính: 1 1 1 f d d' f d d' Ví dụ Ví dụ 1: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A'B' Hãy chứng minh cơng thức thấu kính 1 1 1 f d d' f d d' Lời giải: Đặt OA = d; OA' = d' TH1: A'B' ảnh thật Ta có: ABO ∽ A'B'O => AB OA d (1) A'B' OA' d' Dễ thấy OI = AB Ta có: OIF'∽ A'B'F' => Từ (1) (2) => OI AB OF' f (2) A'B' A'B' A'F' d' f d f => d.d' df d'.f d' d' f Chia hai vế cho d.d'.f , ta có: 1 1 1 => f d' d f d d' Vậy với ảnh thật tạo TKHT, ta có cơng thức thấu kính 1 f d d' TH2: A'B' ảnh ảo Chứng minh tương tự, ta dễ dàng có cơng thức thấu kính cho ảnh ảo tạo TKHT 1 f d d' Ví dụ 2: Cho biết trục thấu kính, S điểm sáng, S' ảnh S tạo thấu kính a) S' ảnh thật hay ảnh ảo? b) Thấu kính cho thấu kính gì? c) Vẽ hình, nêu cách dựng Lời giải: a) Dễ dàng nhận thấy S' ngược chiều với S => S' ảnh thật b) S' ảnh thật => thấu kính cho thấu kính hội tụ c) Cách dựng: - Nối SS' cắt trục quang tâm O - Từ O vẽ thấu kính vng góc với trục - Từ S kẻ đường thẳng song song với trục chính, cắt thấu kính I Nối IS' cắt trục F' - Lấy F đối xứng F' qua O Dạng Ảnh vật qua thấu kính phân kì (TKPK) Lý thuyết - Đường truyền ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì: + Tia tới song song với trục cho tia ló kéo dài qua tiêu điểm (tia số 1) + Tia tới qua quang tâm tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương tia tới (tia số 2) + Tia sáng có đường kéo dài qua tiêu điểm tia ló song song với trục (tia số 3) - Đặc điểm ảnh vật tạo thấu kính phân kì: Ảnh tạo thấu kính phân kì ln ảnh ảo, chiều bé vật Ảnh vật phía thấu kính Lưu ý: Ảnh vật tạo bở TKPK ảnh ảo nên không hứng chắn Phương pháp giải - Cách dựng ảnh vật tạo thấu kính phân kì: Từ S dựng tia đặc biệt qua thấu kính Ảnh vật giao đường nối dài tia ló Đối với vật AB đặt vng góc với trục ta cần vẽ ảnh B' B qua thấu kính tương tự cách vẽ S trên, sau kẻ A'B' vng góc với trục ta có ảnh AB tạo thấu kính - Chú ý: + Đường kéo dài tia ảnh ảo vẽ nét đứt + Khi vẽ hình minh họa, để ảnh tạo TKPK khơng bị q nhỏ đặt vật khơng q xa thấu kính - Xác định vị trí, chiều cao ảnh, vật; tiêu cự thấu kính: Đặt khoảng cách từ vật đến thấu kính d; khoảng cách từ ảnh vật tạo thấu kính đến thấu kính d' Sử dụng tính chất tam giác đồng dạng cơng thức thấu kính: Cơng thức thấu kính: 1 f d' d Ví dụ Ví dụ 1: Vật AB đặt trước thấu kính phân kì cho ảnh A'B' Hãy chứng minh cơng thức thấu kính 1 f d' d Lời giải: Đặt OA = d; OA' = d' Ta có: ABO ∽ A'B'O => AB OA d (1) A'B' OA' d' Dễ thấy OI = AB Ta có: OIF∽ A'B'F => Từ (1) (2) => OI AB OF f (2) A'B' A'B' A'F f d' d f => df d.d' d'.f d' f d' Chia hai vế cho d.d'.f , ta có: 1 1 1 => d' f d f d' d Vậy ta có cơng thức thấu kính thấu kính phân kì 1 f d' d Ví dụ 2: Cho biết trục thấu kính, S điểm sáng, S' ảnh S tạo thấu kính a) S' ảnh thật hay ảnh ảo? b) Thấu kính cho thấu kính gì? c) Vẽ hình, nêu cách dựng Lời giải: a) Dễ dàng nhận thấy S' chiều với S => S' ảnh ảo b) S' ảnh ảo; S' < S => thấu kính cho thấu kính phân kì c) Cách dựng: - Nối SS' cắt trục quang tâm O - Từ O vẽ thấu kính vng góc với trục - Từ S kẻ đường thẳng song song với trục chính, cắt thấu kính I Kéo dài tia ló qua IS' cắt trục F - Lấy F' đối xứng F qua O III Bài tập tự luyện Bài 1: a) Cho biết trục thấu kính, S điểm sáng, S' ảnh S tạo thấu kính Thấu kính cho thấu kính gì? Vẽ hình, nêu cách dựng b) Cho biết trục thấu kính, tia tia ló S điểm sáng, S' ảnh S tạo thấu kính Thấu kính cho thấu kính gì? Vẽ hình, nêu cách dựng Đáp án: a) S' ảnh ảo lớn vật => thấu kính hội tụ Cách dựng: - Nối SS' cắt trục quang tâm O - Từ O vẽ thấu kính vng góc với trục - Từ S kẻ đường thẳng song song với trục chính, cắt thấu kính I Nối IS' cắt trục F' - Lấy F đối xứng F' qua O b) Tia ló có xu hướng tách xa => thấu kính phân kì Cách dựng: - Vẽ tia tới tia (2) tia qua quang tâm, cắt đường kéo dài tia (1) S' - Từ I vẽ tia tới tia (1) tia song song với trục thấu kính, cắt tia tới tia (2) S Bài 2: a) Cho tiêu cự thấu kính 12 cm, ảnh có chiều cao nửa vật Vẽ hình tìm khoảng cách vật ảnh b) Cho tiêu cự thấu kính 12 cm, ảnh lớn gấp lần vật Vẽ hình tìm khoảng cách vật ảnh c) Cho tiêu cự thấu kính phân kì 12 cm, vật có chiều cao gấp lần ảnh Vẽ hình tìm khoảng cách vật ảnh Đáp án: a) Khoảng cách ảnh vật d + d' = 24 +18 = 42(cm) b) Khoảng cách ảnh vật d' - d = 24 - = 16(cm) c) Khoảng cách ảnh vật d - d' = 24 - = 16(cm) Bài 3: a) Qua thấu kính hội tụ, vật AB có ảnh A'B' có độ lớn vật Hỏi tiêu cự thấu kính bao nhiêu? Biết ảnh A'B' cách thấu kính khoảng d' = 16 cm b) Qua thấu kính phân kì, vật AB có ảnh A'B' có độ lớn phần ba vật Hỏi tiêu cự thấu kính bao nhiêu? Biết ảnh A'B' cách thấu kính khoảng d' = 10 cm Đáp án: a) A'B' ảnh thật; f = cm b) f = 15 cm Bài 4: a) Qua thấu kính hội tụ, vật AB có ảnh A'B' hứng chắn đặt song song với thấu kính Biết A'B' cao gấp lần AB tiêu cự thấu kính 12 cm Tìm khoảng cách thấu kính chắn b) Qua thấu kính phân kì, vật AB có ảnh A'B' cao nửa AB tiêu cự thấu kính 12 cm Tìm khoảng cách vật thấu kính Đáp án: a) Khoảng cách thấu kính chắn khoảng cách từ ảnh tới thấu kính: d' = 48 cm b) d = 12 cm Bài 5: Một điểm sáng S đặt trước thấu kính hội tụ, cách thấu kính 10cm Trên chắn cách thấu kính 40cm thu ảnh S' Tìm tiêu cự thấu kính Đáp án: f = cm Bài 6: Một vật AB đặt trước thấu kính phân kì, cách thấu kính 20cm thu ảnh A'B' cách cm Tìm tiêu cự thấu kính Đáp án: f = 80 cm Bài 7: Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ cách thấu kính 24 cm tạo ảnh A'B' chiều với vật Biết A'B' = 4AB Khơng sử dụng cơng thức thấu kính, vẽ hình xác định tiêu cự thấu kính Đáp án: f = cm Bài 8: Đặt vật AB trước thấu kính phân kì vng góc với trục thấu kính cho ảnh lớn phần tư vật Nếu đưa vật lại gần thấu kính thêm cm thu ảnh lớn phần ba vật Tìm tiêu cự thấu kính khoảng cách ban đầu vật thấu kính Đáp án: d = 15 cm; f = cm Bài 9: Đặt vật AB có chiều dài cm trước thấu kính phân kì vng góc với trục thấu kính Ảnh ảo thu cách tiêu điểm phía với vật khoảng phần ba tiêu cự Tìm chiều dài ảnh ảo Đáp án: A'B' = cm Bài 10: Đặt vật AB trước thấu kính hội tụ vng góc với trục thấu kính cho ảnh thật lớn gấp lần vật Nếu đưa vật lại gần thấu kính thêm cm 10 cm cho ảnh có độ lớn Tìm tiêu cự thấu kính khoảng cách ban đầu vật thấu kính Hướng dẫn: Đưa vật lại gần thấu kính thêm cm 10 cm cho ảnh có độ lớn => Một trường hợp cho ảnh thật, trường hợp cho ảnh ảo Dịch vật lại gần 10 cm, tức vật gần thấu kính => trường hợp thấu kính tạo ảnh ảo Đặt ẩn, áp dụng cơng thức thấu kính để giải toán Đáp án: d = 37,5 cm; f = 30 cm Bài 11: Đặt vật AB trước thấu kính phân kì vng góc với trục thấu kính Lần lượt đưa vật lại gần thấu kính xa thấu kính đoạn 20 cm thu ảnh ảo với tỉ lệ 3:1 Biết tiêu cự thấu kính 12 cm Tìm khoảng cách ban đầu vật thấu kính Đáp án: d = 28 cm Bài 12: Đặt vật AB trước thấu kính hội tụ vng góc với trục thấu kính cho ảnh thật lớn gấp lần vật Sau đó, giữ ngun vị trí vật AB dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều tiến lại gần vật đoạn 10cm, thấy ảnh dịch chuyển đoạn 50cm so với vị trí ảnh ban đầu Tính tiêu cự f thấu kính Đáp án: TH1: Sau di chuyển thấu kính, ảnh thu ảnh thật: f1 = 100 cm TH2: Sau di chuyển thấu kính, ảnh thu ảnh ảo: f2 = 70 10 13 11,784 cm Bài 13: Đặt vật AB trước thấu kính hội tụ vng góc với trục thấu kính Ở phía đối diện, đặt chắn song song với thấu kính chắn xuất ảnh AB Giữ nguyên AB, di chuyển thấu kính dọc theo trục xa AB đoạn cm thu ảnh chắn Biết khoảng cách AB chắn 40 cm Tìm tiêu cự thấu kính khoảng cách ban đầu vật thấu kính Hướng dẫn: Giữ nguyên vị trí vật chắn => Khoảng cách vật ảnh không đổi Đặt ẩn, áp dụng cơng thức thấu kính để giải toán Đáp án: d = 17,5 cm; f = 315 cm 32 Bài 14: Đặt vật AB trước thấu kính hội tụ vng góc với trục thấu kính Ở phía đối diện, đặt chắn song song với thấu kính chắn xuất ảnh AB Giữ nguyên AB, di chuyển thấu kính dọc theo trục lại gần AB đoạn cm phải di chuyển chắn 10 cm lại thu ảnh AB Biết ban đầu ảnh cao gấp đơi vật Tìm tiêu cự thấu kính Hướng dẫn: Áp dụng cơng thức thấu kính để xác định chắn dịch xa hay dịch lại gần thấu kính Đặt ẩn, áp dụng cơng thức thấu kính để giải tốn Đáp án: f = 30 cm Bài 15: Đặt vật AB trước thấu kính phân kì vng góc với trục thấu kính Đưa vật xa thấu kính đoạn ba lần khoảng cách từ vật đến thấu kính thấy ảnh vật nhỏ 1,5 lần Biết khoảng cách từ ảnh đến tiêu điểm phía với vật 10 cm Tìm tiêu cự thấu kính Đáp án: f = 12 cm ... vật đến thấu kính d; khoảng cách từ ảnh vật tạo thấu kính đến thấu kính d'' + d > f: thấu kính tạo ảnh thật; ảnh tạo thấu kính ngược chiều với vật; ảnh vật nằm hai bên thấu kính Khi d >> f: thấu. .. thấu kính tạo ảnh thật với d'' = f + d < f: thấu kính tạo ảnh ảo; ảnh tạo thấu kính chiều với vật lớn vật; ảnh vật nằm bên thấu kính + d = f: thấu kính tạo tia sáng song song; coi thấu kính tạo ảnh. .. trục thấu kính cho ảnh lớn phần tư vật Nếu đưa vật lại gần thấu kính thêm cm thu ảnh lớn phần ba vật Tìm tiêu cự thấu kính khoảng cách ban đầu vật thấu kính Đáp án: d = 15 cm; f = cm Bài 9: Đặt vật