Đây là tài liệu giúp giáo viên bồi dưỡng hoặc dạy nâng cao môn vật ly 9 phần quang học rất bổ ích. Nội dung bộ tài liệu này đã được bản thân sưu tằm và bien soạn lại trong gần 3 năm và đang sử dụng để luyện thi HSG vật ký 9 đạt giải vòng tỉnh.
QUANG HỌC 9 1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Là hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường. - Khi tia sáng truyền từ không khí sang các môi trường trong suốt rắn, lỏng khác nhau thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới. 2./ Thấu kính hoi tụ – Ảnh tạo bởi thấu kính hoi tụ: a./ Thấu kính hoi tụ: - Thấu kính hoi tụ thường dùng có phần rìa mỏng hơn phần giữa. ∆ : trục chính δ : trục phụ O: quang tâm F: tiêu điểm vật chính ' F : tiêu điểm ảnh chính π : tiêu diện ảnh ' 1 F : tiêu điểm ảnh phụ ' OF=OFf = : tiêu cự của thấu kính - Đường truyền của một số tia sáng đặc biệt qua thấu kính hoi tụ: + Tia tới qua quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng. + Tia tới song song với trục chính cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm. + Tia tới đi qua tiêu điểm cho tia ló song song với trục chính . + Tia tới song song với trục phụ có tia ló qua tiêu điểm phụ. b./ Ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ: - Vật thật cách thấu kính một khoảng d > 2f có ảnh thật ngược chiều và nhỏ hơn vật. - Vật thật cách thấu kính một khoảng f < d < 2f có ảnh thật ngược chiều và lớn hơn vật. 1 S K I N N ’ P Q i r Không khí Nước ∆ O F F ' 1 F δ π S ’ S F ’ F O ∆ O F F ' 1 F - Vật thật ở trong khoảng d < f có ảnh ảo cùng chiều và nhỏ hơn vật. - Vật ảo có ảnh thật cùng chiều và nhỏ hơn vật - Khi vật đặt ở đúng tiêu diện thì ảnh ở xa vô cực và ta không hứng được ảnh. - Khi vật ở vô cực cho ảnh ở tiêu diện. - Vật ảo luôn cho ảnh thật. 3./ Thấu kính phân kì – Ảnh tạo bởi thấu kính phân kì : a./ Thấu kính phân kì: - Thấu kính phân kì thường dùng có phần rìa dày hơn phần giữa. - Các tiêu điểm F, F ’ là các điểm ảo (F nằm bên tia sáng ló, F ’ nằm bên tia sáng tới) - Đường truyền của một số tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì : + Tia tới qua quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng. + Tia tới song song với trục chính cho tia ló kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh chính. + Tia tới có phần kéo dài qua tiêu điểm vật chính thì cho tia ló song song với trục chính. + Tia tới song song với trục phụ có phần kéo dài của tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ. b./ Ảnh tạo bởi thấu kính phân kì : - Vật sáng đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì đều cho ảnh ảo, cùng chiều , nhỏ hơn vật và ở trong khoảng tiêu cự . - Khi vật đặt rất xa thấu kính thì cho ảnh ảo có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự. 4. Cách vẽ đường truyền tia sáng qua thấu kính với tia tới bất kì. - B1: Vẽ tiêu diện (với TKPK thì tiêu diện ảo nằm phía bên tia tới) - B2: Vẽ trục phụ song song với tia tới SI, cắt tiêu diện tại ' 1 F (tiêu điểm phụ) - B3: Vẽ tia ló qua F 1 ’ (hoặc có đường kéo dài qua F 1 ’ trong trường hợp TKPK) 2 ∆ O F ' F ∆ O F ' F S S ’ ∆ O F ' F ' 1 F ∆ O F F ' 1 F ∆ O F ' F ' 1 F BÀI TẬP ÁP DỤNG Dạng 1: Dựng ảnh một vật vuông góc với thấu kính và tính các khoảng cách: Bài 1: Cho một vật sáng AB cao h = 1cm được đặt vuông góc với trục chính của TKHT có tiêu điểm f = 12cm, điểm A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A ’ B ’ , tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao ảnh trong trường hợp: a. Vật AB cách thấu kính 36cm. b. Vật AB cách thấu kính 8cm. Giải a. d = 36cm Cho: AB = 1 cm AO = 36 cm OF = OF ’ = 12 cm Giải: + Ta có ΔABF~ΔOIF nên suy ra: AB AF = OI OF . Do đó: AB.OF 1.12 OI= = =0,5cm AF 24 Mà A ’ B ’ = OI = 0,5 cm. + Mặt khác: ' ' ΔABO~ΔA BO nên suy ra: ' ' ' AB AO = A B A O . Do đó: ' ' ' A B .AO 0,5.36 A O= = =18cm AB 1 b. d = 8cm Cho: AB = 1 cm AO = 8 cm OF = OF ’ = 12 cm GIẢI + Ta có ΔFAB~ΔFOK nên suy ra: AB FA = OK FO . Do đó: AB.FO 1.12 OK= = =3cm FA 4 Mà A ’ B ’ = OK = 3 cm. + Mặt khác: ' ' ΔA BO~ΔABO nên suy ra: ' ' ' A B A O = AB AO . Do đó: ' ' ' A B .AO 3.8 A O= = =24cm AB 1 Bài 2: Một vật sáng AB cao 10cm được đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính phân kì ở tại tiêu điểm. Cho biết thấu kính này có tiêu cự f = 20cm a. Dựng ảnh A ’ B ’ của AB qua thấu kính đã cho b. Xác định khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và độ cao của ảnh ? 3 F F ’ A B A ’ B ’ O I F F ’ A B A ’ B ’ K O Giải a./ Dựng ảnh: - Dựng A ’ B ’ của AB qua thấu kính là ảnh ảo. b./ Xác định khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và độ cao của vật . Từ hình vẽ ta có: FOI FAB∆ ∆: suy ra: . 20.10 5 40 FO OI FO AB OI cm FA AB FA = ⇒ = = = Mà tứ giác: IOB ’ A ’ là hình chũ nhật nên: ' ' 5A B OI cm= = Tương tự ta có: ' ' OAB OA B∆ ∆: suy ra: ' ' ' ' ' ' . 20.5 10 10 OA AB OA A B OA cm OA A B AB = ⇒ = = = Bài 3: Vật sáng AB đặt trước một thấu kính và cách thấu kính 25cm, cho ảnh A’B’ là ảnh ảo và lớn gấp 4 lần vật. a) Thấu kính trên là thấu kính hội tụ hay phân kỳ ? giải thích ? b) Vận dụng kiến thức hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh A’B’ đến thấu kính và xác định tiêu cự của thấu kính ? Giải a) Thấu kính trên là thấu kính hội tụ. Vì chỉ có thấu kính hội tụ mới cho ảnh ảo lớn hơn vật, còn thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo nhỏ hơn vật. b) Dựng ảnh: - Nối B ’ B, A ’ A đó chính là quang tâm O - Tại O dựng TKHT ' A A⊥ . - Dựng tia B ’ I //A ’ A, đây là tia ló của tia tới đi qua tiêu điểm F. - Nối IB cắt A ’ A tại F, đây chính là tiêu điểm của thấu kính. - Dựng tia ló của tia tới đi qua tiêu điểm theo phương B ’ I + Tính: 4 O F ' A F ≡ B ' B ' A I A B F A ’ B ’ O I Ta có: ' ' ~OAB OA B∆ ∆ suy ra: ' ' ' ' 1 4. 4.25 100 4 OA AB OA OA cm OA A B = = ⇒ = = = Ta lại có: A ~ OF B F I∆ ∆ suy ra: ' ' A 1 O 4 F AB AB F OI AB = = = Do đó: 4 100 O 4( O ) O 3 3 F F OA F OA cm= − ⇒ = = Bài 4: Một vật sáng phẳng, mỏng có dạng tam giác vuông ABC đặt trước một thấu kính hội tụ như hình vẽ. Hãy vẽ ảnh A’B’C’ của vật sáng ABC qua thấu kính. Giải: - Riêng đỉnh C nằm trên trục chính ta phải dùng phương pháp dựng trục phụ mới xác định được C ’ Bài 5: Trên trục chính của một thấu kính hội tụ có một điểm sáng S đặt cách thấu kính 40cm, thấu kính có tiêu cự 20cm. a) Vẽ ảnh S ’ của S qua thấu kính. b) Vận dụng kiến thức hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh S ’ đến thấu kính. Giải Bài 6: Cho vật sáng AB dạng đoạn thẳng AB, tạo với trục chính một góc α như hình. Hãy dựng ảnh của vật AB qua thấu kính, nói rõ cách dựng. 5 O A B C F F’ . . O A B C F F’ . . C ’ B ’ A ’ ' ∆ •• • FS F ’ ∆ o • • F A F ’ ∆ o B •• • FS F ’ ∆ o I S ’ F ’’ Bài 7: Hãy dựng ảnh của vật sáng AB trong hình vẽ sau: Giải - Do ảnh AB một nữa nằm trong tiêu cự là AC, một nữa nằm ngoài tiêu cự là CB nên ảnh A ’ B ’ chia ra làm hai phần: B ’ C ’ là ảnh thật, A ’ C ’ là ảnh ảo. - Do điểm C nằm ngay tiêu diện nên ảnh của nó ở vô cực. Do đó ảnh ' ' ' '' ,B C AC kéo dài đến vô cực. Bài 8: Cho một thấu kính hội tụ với trục chính MN, O là quang tâm, F là tiêu điểm chính, OF = 12cm, OI = 0,5cm, OJ = 1,5cm, 0 60 α = . IF và JE là các tia sáng ló ra khỏi thấu kính. a. Bằng cách vẽ (có giải thích) và tính toán hãy xác định vị trí nguồn sáng. b. Nếu dùng tấm chắn đen mỏng đặt sát trước thấu kính che nửa trên của nó kể từ trục chính thì ảnh của nguồn sáng tạo bởi thấu kính có gì thay đổi không? Giải 6 • • F A F ’ ∆ o B • • F A F ’ ∆ o B • • F A F ’ ∆ o B ' B ' A C '' C ' C • • F A F ’ ∆ o B B ’ A ’ F ’ M o I N α J E a. *.Cách tìm vị trí nguồn sáng: - Từ F dựng tiêu diện cắt tia ló JE ở đâu đó là tiêu điểm phụ F ’ . Nối O với F ’ ta được trục phụ OF ’ . - Từ J dựng tia tới song song với trục phụ OF ’ ta được tia tới thứ nhất. - Từ I dựng tia tới thứ hai song song với trục chính MN cắt tia thứ nhất ở đâu đó là vị trí nguồn sáng S cần tìm. *. Tìm vị trí nguồn sáng: Bài 9: Một vất sáng nhỏ có dạng đoạn thẳng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và nằm ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính đó. Gọi d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, d ’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, f là tiêu cự của thấu kính. Hãy vẽ ảnh của vật qua thấu kính và chứng minh công thức ' 1 1 1 d d f + = (trường hợp cho ảnh thật) Tam giác OAB và OA ’ B ’ đồng dạng nên ta có hệ thức: ' ' ' ' A B OA d AB OA d = = (1) Tam giác F ' OI và F ' A ’ B ’ đồng dạng nên ta có hệ thức: ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' OFA B F A A B OA d f OI F O AB F O f − − = ⇔ = = (2) Từ (1)(2) ta có: ' ' ' ' ' ' ' ' ( ) d d f d f d d f d f dd df dd d f df d f − = ⇔ = − ⇔ = − ⇔ = + (3) chia hai vế phương trình 3 cho f. ' .d d ta được: ' 1 1 1 f d d = + (đpcm) 7 F ' A A ' B B ' F I O Bài 10: Vật AB có chiều cao h đặt vuông góc với (∆) của thấu kính hội tụ có tiêu cự f và A nằm trên trục chính. Khoảng cách từ vật đến thấu kính là d. Nếu d < f , hãy dựng ảnh A’B’ của ảnh AB qua thấu kính. Gọi h’ là chiều của ảnh A’B’, d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính. (trường hợp TKHT cho ảnh ảo) a. CMR: '' d d h h = b.CMR: ' 11 ' 1 ddf −= Bài giải: a. Vẽ ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (d < f) a. ( ) ~ ' ' .ABO A B O g g∆ ∆ b. ( ) ( ) ( ) ' ' ' 1 ' ' ' ' ' ' ' ' 2 ' ' ' AB AO h d dpcm A B A O h d OIF A B F OI OF A B A F ⇒ = ⇒ = ∆ ≈ ∆ ⇒ = Từ (1)(2) và fd f d d FA OF OA AO OIAB + =⇔=⇒= '''' ' ' ' ' ' ' ( )d d f d f dd df d f ⇔ + = ⇔ + = Chia cả 2 vế cho ' dd f ta được: ' ' ' ' ' ' ' 1 1 1 1 1 1dd df d f dd f dd f dd f f d d d d f + = ⇔ + = ⇒ − = (dpcm) Bài 11: Vật AB có chiều cao h đặt vuông góc với (∆) của một TKPK có tiêu cự f điểm A trên trục chính và cách quang tâm 1 khoảng d. a. Vẽ ảnh A’B’ của vật AB (d > f). b. Gọi h’ là chiều cao của ảnh A’B” d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính. 1. CMR: '' d d h h = 2.CMR: ddf 1 ' 11 −= Bài giải: a. Vẽ ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (d < f) 8 > o F’ I F B A (∆ 1 ) A’ B’ Hình 2 b. ( ) ggOBAABO .''≈∆ ( ) ( ) ( ) ( ) ' ' 1 ' ' ' ' ' ' ' . ' 2 ' ' ' ' AB AO h d dpcm A B A O h d OIF A B F g g OI OF A B A F ⇒ = ⇒ = ∆ ≈ ∆ ⇒ = Từ (1)(2) và ' ' ' ' ' AO OF d f OI AB A O A F d f d = ⇒ = ⇔ = − ' ' ' ' ( )d f d d f df dd d f⇔ − = ⇔ − = Chia hai vế cho ' dd f : ' ' ' ' ' ' ' 1 1 1 1 1 1df dd d f dd f dd f dd f d f d f d d − = ⇔ − = ⇒ = − (dpcm) Dạng 2: Bài toán ngược dựng thấu kính khi biết ảnh và vật. 9 > F I F ’ B’ A’ (∆ 2 ) A B Hình 3 O I Bài 1:Trên hình vẽ xy là trục chính của một thấu kính, AB là vật sáng, A’B’ là ảnh của AB qua thấu kính. Bằng cách vẽ hãy xác định: Vị trí, tính chất, các tiêu điểm của thấu kính (lí do tại sao lại vẽ như vậy). A’B’ là ảnh gì ? Vì sao ? Giải - Nối B với B’ kéo dài cắt trục chính tại O => O là quang tâm của thấu kính. Vì tia tới quang tâm thì truyền thẳng => dựng thấu kính. - Từ B vẽ đường thẳng // với xy. Cắt thấu kính tại I. Nối B ’ với I kéo dài cắt trục chính tại F > F là tiêu điểm ảnh của thấu kính. Vì tia tới // với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm chính. - Từ B’ vẽ đường thẳng // với xy, cắt thấu kính tại J, nối B với J kéo dài cắt xy tại F’ > tiêu điểm vật của thấu kính. Vì tia tới có phương đi qua tiêu điểm chính cho tia ló // với trục chính. - A’B’ là ảnh ảo vì là giao điểm của chùm kéo dài của tia ló nằm ở sau thấu kính Bài 2: Trên hình vẽ ,(∆) là trục chính của thấu kính hội tụ, A’B’ là ảnh của vật AB ( AB ⊥ ∆) a) A’B’ là ảnh thật hay ảnh ảo? Tại sao? b) Xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F’của thấu kính đó. c) Gọi d là khoảng cách từ vật đến thấu kính , f là tiêu cự của thấu kính. Giả sử chiều cao h’ của ảnh lớn gấp 1,5 lần chiều cao h của vật sáng . Hãy thiết lập công thức nêu lên mối liên hệ giữa d và f trong trường hợp này. Giải a) ảnh A'B' là ảnh ảo. Vì A'B' cùng chiều và lớn hơn vật b) Xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F' của thấu kính: + Vẽ B'B cắt trục chính (∆ ) tại O thì O là quang tâm + Vẽ thấu kính hội tụ vuông góc với trục chính và đi qua O + Vẽ tia tới BI song song với trục chính . Nối B' I và kéo dài, cắt trục chính tại điểm F' . Tiêu điểm F đối xứng với F' qua quang tâm O . c) Thiết lập công thức liên hệ giữa d và f trong trường hợp chiều cao h' của ảnh lớn gấp 1,5 lần chiều cao h của vật sáng . Theo hình vẽ ta có: 10 F ' A A ' B B ' F [...]... tới đi qua quang tâm là vị trí của điểm sáng A Bài 5: Trong hình vẽ dưới đây, cho biết AB là vật sáng, A’B’ là ảnh của vật AB qua thấu kính, xy là trục chính của thấu kính Dùng cách vẽ đường đi của tia sáng để xác định vị trí của thấu kính và tiêu điểm của nó (ghi rõ cách vẽ), thấu kính thuộc loại gì ? B’ B x A’ y A - Nối B’B cắt xy tại O Khi đó O là quang tâm của thấu kính Vì tia tới qua quang tâm... B B’ của thấu kính, AB là vật thật, A’B’ là ảnh của AB qua thấu kính x Bằng phép vẽ, hãy xác định: A A’ y a) Quang tâm O, tiêu điểm và tính chất của ảnh A’B’ b) Thấu kính đó là thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kỳ ? Giải - Nối BB’ cắt xy tại một điểm, đó chính là quang tâm O Vì tia đi qua quang tâm thì truyền thẳng - Dựng TKPK vng góc với xy tại O, vì A’B’ là ảnh ảo cùng chiều và nhỏ hơn vât - Từ... và vật đều vng góc với trục chính của thấu kính A B' a) Bằng phép vẽ hãy xác định: Vị trí, tính chất, trục chính, quang tâm, tiêu điểm của thấu kính M b) Hãy vẽ đường đi của tia sáng A' B xuất phát từ A tới thấu kính Tia khúc xạ đi qua điểm M Giải A B' M O B A' + AA' cắt BB' tại O => O là quang tâm từ đó xác định: Trục chính, Tiêu điểm, vị trí của thấu kính, tính chất của ảnh + Do tia ló đi qua M tia... kính hội tụ có trục chính là (), quang tâm O, tiêu điểm F, A’ là ảnh của điểm sáng A như hình vẽ Hãy xác định vị trí của điểm sáng A bằng cách vẽ Nêu rõ cách vẽ * Vị trí của điểm A đựơc xác định như hình vẽ: * Cách vẽ: 11 - Vẽ A’I song song với trục chính - Tia tới đi từ A cho 3 tia ló song song với trục chính , có đường kéo dài đi qua tiêu điểm - Tia tới từ A qua quang tâm O cho đường kéo dài của... vật chính Bài 7: Cho AB là vật sáng , A’B’ là ảnh của AB Hãy xác định: B a Tính chất ảnh, loại thấu kính? B’ b Bằng phép vẽ đường đi tia sáng, hãy xác định quang tâm và tiêu điểm chính của thấu kính? 12 A A’ Bài 8: Hãy xác định loại thấu kính, quang tâm O và các tiêu điểm chính của thấu kính? x x y y Dạng 3: Xác định vị trí ảnh vật và ảnh khi biết khoảng cách của chúng Bài tập: Một thấu kính hội tụ... chính của thấu kính sao cho điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm một khoảng OA = a, qua thấu kính cho ảnh của AB cao gấp 3 lần AB a Dùng cách vẽ đường đi của các tia sáng qua thấu kính, hãy xác định những vị trí có thể đặt vật AB để thỏa mãn điều kiện bài tốn, từ đó hãy dựng vật và dựng ảnh tương ứng của nó b Bằng các phép tính hình học, hãy tính khoảng cách a; cho biết tiêu cự của thấu kính là... chúng Bài tập: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 6cm Vật sáng AB là một đoạn thẳng đặt vng góc với trục chính của thấu kính cho ảnh cách vật 25cm, biết ảnh và vật ở hai bên thấu kính Bằng kiến thức hình học xãy xác định vị trí vật và ảnh Tóm tắt: f = 6cm, l = 25cm, xác định d và d’ Giải - Vì vật sáng AB (vật thật) cho ảnh ở bên kia thấu kính nên là ảnh thật, nên AB phải nằm ngồi tiêu điểm - Bằng phép... thấu kính b/ Chứng minh rằng độ lớn của ảnh A’B’ = AB/4 Tính OA’ c/ Dịch chuyển vật AB sao cho A trùng F Chứng minh rằng ảnh A’B’ ở vơ cực Giải: a/ Vẽ ảnh của vật AB qua thấu kính; -Dựng tia tới BO qua quang tâm, tia này truyền thẳng B I - Dựng tia tới BI song song với trục chính ∆ tia ló là IF 15 qua tiêu điểm F’ A - B’ là ảnh của điểm sáng B - Từ B’ dựng đường thẳng vng góc với ∆ cắt trục chính tại... đó phải có phần kéo dài qua ảnh S 1 của thấu kính Tia S1I cắt thấu kính tại K - Khi đó tia SKIM là tia cần dựng B Bài 2: Một vật sáng AB cao 2cm được đặt vng góc với trục chính và cách quang tâm là 30cm của một thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm O A a/ Ảnh A’B’ của AB qua thấu kính là ảnh thật hay ảnh ảo? Xác định vị trí, độ lớn của ảnh đó 450 B O 18 I O' A b/ Người ta đặt một guơng phẳng... AB = 2 = 4cm AB d d 30 b/ Theo hình vẽ 15b: - Từ B dựng tia sáng BI// trục chính, tia này sau khi qua thấu kính sẽ đi qua F và gặp gương phẳng tại G rồi phản xạ theo phương GB’ - Từ B dựng tia BO qua quang tâm, tia này gặp gương phẳng tại H rồi phản xạ theo phương HB’ Hai tia này xuất phát từ B , gặp nhau tại B’ - Từ A dựng tia AK song song với trục phụ BO Tia này sau khi qua thấu kính sẽ đi qua tiêu . định: a) Quang tâm O, tiêu điểm và tính chất của ảnh A’B’. b) Thấu kính đó là thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kỳ ? Giải - Nối BB ’ cắt xy tại một điểm, đó chính là quang tâm O. Vì tia đi qua quang. ảnh gì ? Vì sao ? Giải - Nối B với B’ kéo dài cắt trục chính tại O => O là quang tâm của thấu kính. Vì tia tới quang tâm thì truyền thẳng => dựng thấu kính. - Từ B vẽ đường thẳng // với. A'B' cùng chiều và lớn hơn vật b) Xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F' của thấu kính: + Vẽ B'B cắt trục chính (∆ ) tại O thì O là quang tâm + Vẽ thấu kính hội tụ vuông góc với