¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 1 Các bài tập tham khảo: Bài 1: Hai gương phẳng G1, G2 có mặt phản xạ quay vào nhau và hợp với nhau một góc nhọn như hình 1. Chiếu tới gương G1 một tia sáng SI hợp với mặt gương G1 một góc . a) Vẽ tất cả các tia sáng phản xạ lần lượt trên hai gương trong trường hợp =45 0 , =30 0 . b) Tìm điều kiện để SI sau khi phản xạ hai lần trên G1 lại quay về theo đường cũ. Bài giải: a. Gọi I, K, M, N lần lượt là các điểm tới trên các gương, tính các góc: OIK= =30 0 ; IKO=105 0 ; IKM =30 0 ; KMI=120 0 ; KMN =60 0 ; MNO == 15 0 từ đó suy ra NS’ không thể tiếp tục cắt G1 Vậy tia sáng chỉ phản xạ hai lần trên mỗi gương b. Tia sáng SI sau khi phản xạ trên gương G1 thì chiếu tới G2 theo đường IN và phản xạ tới G1 theo đường NK Để tia sáng phản xạ trở lại theo đường cũ thì NK phải vuông góc với G1, Gọi NM là pháp tuyến của G2 tại N (M G1) α G 1 G 2 S I O α G 1 G 2 S I O M K N S’ N α G 1 G 2 S I M K O ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 2 Xét tam giác vuông OMN (vuông tại N)có OMN=90 o - α Xét tam giác MNI có: OMN=MNI+MIN mà MIN = và MNI = 2 90 o (Tam giác INM vuông tại K) Suy ra: 90 o - α =+ 2 90 o 45 0 - α = 2 =90 0 -2α Vậy để có hiện tượng trên thì điều kiện là: α <45 0 và =90 0 -2α. Bài 2: Có hai gương phẳng G 1 , G 2 đặt vuông góc với nhau sao cho hai gương có mặt phản xạ hướng vào nhau. A là điểm sáng ở giữa hai gương (hình bên). Hãy xác định số ảnh của A qua hệ hai gương. Giải + Điểm sáng A nằm giữa hai gương nên có ảnh là A 1 qua gương G 1 và có ảnh là điểm A 2 qua gương G 2 ; trong đó A và A 1 đối xứng nhau qua G 1 , A và A 2 đối xứng nhau qua G 2 . + A 1 nằm trước G 2 nên cho ảnh A 3 đối xứng với A 1 qua G 2 ; tương tự A 2 cho ảnh A 4 đối xứng với A 2 qua G 1 . + Dễ thấy rằng các ảnh A 3 và A 4 trùng nhau và cùng nằm sau cả hai gương nên không tiếp tục cho ảnh (KT Hình học). + Vậy qua hệ hai gương, điểm sáng A có 3 ảnh là A 1 , A 2 và A 3 trong đó các điểm A, A 1 , A 2 , A 3 lập thành một hình chữ nhật. Bài 3: Mặt trời chiếu xuống mặt sân nằm ngang những tia sáng song song, hợp với mặt sân một góc = 60 0 . 1) Một người cầm cây gậy mảnh, thẳng có chiều dài h = 1,2 m. Bóng của cây gậy in trên mặt sân có chiều dài L. Tính L khi cây gậy ở vị trí sao cho: a. gậy thẳng đứng. b. bóng của nó trên mặt sân có chiều dài lớn nhất. Tính góc hợp bởi cây gậy với phương ngang khi đó. ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 3 2) Đặt một chiếc gương phẳng hợp với mặt sân một góc sao cho ánh sáng phản xạ từ gương có phương song song với mặt sân và chiếu vuông góc vào một bức tường thẳng đứng. Trên tường có một lỗ tròn bán kính R 1 = 5 cm có gắn một thấu kính phân kỳ có tiêu cự f = 50 cm vừa khít lỗ tròn sao cho chùm sáng tới từ gương phủ đầy mặt thấu kính và song song trục chính của thấu kính. a. Xác định giá trị . b. Chùm sáng khúc xạ qua thấu kính tạo ra trên bức tường thứ hai song song với bức tường đã nêu trên một vết sáng tròn có bán kính là R 2 = 40 cm. Tìm khoảng cách d giữa hai bức tường. Bài giải 1) Hình vẽ: a) Khi gậy đặt thẳng đứng, bóng của gậy có chiều dài: L h / tan 1,2 / 3 0,4. 3 m b) Để bóng cây gậy dài nhất, gậy phải được đặt theo phương vuông góc với phương truyền sáng. Góc tạo bởi cây gậy và phương ngang là 30 0 . Chiều dài lớn nhất của bóng: max L h / sin 0,8. 3 m . h L h L max Hình 2 ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 4 2) Hình vẽ minh họa: Do tia phản xạ có phương nằm ngang nên GI ˆ K (so le trong) GI ˆ K'GI ˆ S . TH1, hình 2c: 00 3060'GI ˆ S TH2, hình 2b: 00 601802 Từ hình vẽ: 1 2 R5 FO FC 8.FO 4,0 m d OC 3,5 m 40 R FC . Bài 4: Hai gương phẳng G 1 và G 2 được đặt vuông góc với mặt bàn thí nghiệm, góc hợp bởi hai mặt phản xạ của hai gương là . Một điểm sáng S cố định trên mặt bàn, nằm trong khoảng giữa hai gương. Gọi I và J là hai điểm nằm trên hai đường tiếp giáp giữa mặt bàn lần lượt với các gương G 1 và G 2 (như hình vẽ). Cho gương G 1 quay quanh I, gương G 2 quay quanh J, sao cho trong khi quay mặt phẳng các gương vẫn luôn vuông góc với mặt bàn. Ảnh của S qua G 1 là S 1 , ảnh của S qua G 2 là S 2 . Biết các góc SIJ = và SJI = . Hình 2d S I K G S I K G Hình 2c G’ G’ O C d R 2 R 1 F Hình 2e ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 5 A B M D C S Tính góc hợp bởi hai gương sao cho khoảng cách S 1 S 2 là lớn nhất. Bài giải: Theo tính chất đối xứng của ảnh qua gương, ta có: IS = IS 1 = không đổi JS = JS 2 = không đổi nên khi các gương G 1 , G 2 quay quanh I, J thì: ảnh S 1 di chuyển trên đường tròn tâm I bán kính IS; ảnh S 2 di chuyển trên đường tròn tâm J bán kính JS. - Khi khoảng cách S 1 S 2 lớn nhất: Lúc này hai ảnh S 1 ; S 2 nằm hai bên đường nối tâm JI. Tứ giác SMKN: = 180 0 – MSN = 180 0 – (MSI + ISJ + JSN) =180 0 – (/2 + 180 0 - - + /2) = (+)/2 Bài 5:Hai gương phẳng AB và CD cùng chiều dài l=50cm, đặt đối diện nhau, mặt phản xạ hướng vào nhau, song song với nhau và cách nhau một khoảng a. Một điểm sáng S nằm giữa hai gương, cách đều hai gương, ngang với hai mép AC (như hình vẽ). Mắt người quan sát đặt tại điểm M cách đều hai gương và cách S một khoảng SM = 59cm sẽ trông thấy bao nhiêu ảnh của S? Gợi ý cách giải: S S 2 S 1 J G1 G2 I M N S’ K S 2 S S 1 J G1 G2 I M N K ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 6 AB S 1 S CD Có hai quá trình tạo ảnh: 1) 2) Vì hai gương đặt song song nên số ảnh là vô hạn, tuy nhiên mắt chỉ nhìn thấy những ảnh nào có tia phản xạ tới mắt, nghĩa là chỉ nhìn thấy những ảnh nằm trên đoạn thẳng PQ, trong đó P và Q là giao điểm của các đường thẳng MB và MD với đường thẳng qua A và C. Ta có: PSM PAB S M S P S P = a A B A P S P - 2 => SP= 5 9 1 8 3,3a Vì lý do đối xứng ta cũng có: SQ =SP 3,3a Vậy: mắt chỉ nhìn thấy ảnh thứ n cho bởi mỗi quá trình nếu SS n <=3,3a Xét quá trình 1: : AS 1 = AS = 2 a => SS 1 = AS+AS 1 = a 2 + a 2 = a A B M D C S P Q 1 S 2 S 3 S a S b S c S 4 S d S 2 (G ) 1 (G) 1 (G) S a S b S c S 1 (G) 2 (G) 1 (G) S 1 S 2 S 3 S ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 7 1 S 2 S AB 2 S 3 S CD 3 S 4 S : CS 2 = CS 1 = CA + AS 1 = a+ 2 a = 3 2 a => SS 2 = SC+CS 2 = a 2 + 3a 2 = 2a : AS 3 =AS 2 =AC+CS 2 =a+ 3 2 a = 5 2 a => SS 3 =SA + AS 3 = 2 a + 5 2 a =3a : CS 4 + CS 3 =CA +AS 3 = a + 5 2 a = 7 2 a => SS 4 =SC +CS 4 = 2 a + 7 2 a = 4a Như thế : SS 4 > 3,3a Vậy mắt không nhìn thấy ảnh S 4 và chỉ nhìn thấy 3 ảnh S 1 , S 2 , S 3 Với quá trình 2, tương tự như quá trình 1 mắt sẽ nhìn thấy 3 ảnh S a , S b , S c Kết luận: Mắt chỉ nhìn được 6 ảnh qua hệ hai gương . ¤n luyÖn HSG phÇn Quang häc NguyÔn Anh TuÊn 1 Các bài tập tham khảo: Bài 1: Hai gương phẳng G1, G2 có mặt phản xạ quay vào nhau. khoảng a. Một điểm sáng S nằm giữa hai gương, cách đều hai gương, ngang với hai mép AC (như hình vẽ). Mắt người quan sát đặt tại điểm M cách đều hai gương và cách S một khoảng SM = 59cm sẽ trông. các ảnh A 3 và A 4 trùng nhau và cùng nằm sau cả hai gương nên không tiếp tục cho ảnh (KT Hình học) . + Vậy qua hệ hai gương, điểm sáng A có 3 ảnh là A 1 , A 2 và A 3 trong đó các điểm A,