Hệ thống câu hỏi và bài tập trắc nghiệm phần thấu kính và hệ thấu kính

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ  LƢU THỊ HƢƠNG LAN HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM PHẦN THẤU KÍNH VÀ HỆ THẤU KÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Vật lí đại cƣơng HÀ NỘI, 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ  LƢU THỊ HƢƠNG LAN HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM PHẦN THẤU KÍNH VÀ HỆ THẤU KÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lí đại cƣơng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS Nguyễn Thị Thắm HÀ NỘI, 2018 Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô khoa Vật lí trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội tận tình giảng dạy suốt năm học để em có đƣợc tảng tri thức Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Thị Thắm ngƣời hƣớng dẫn nghiên cứu em, tận tình giúp em hồn thành khóa luận Đây đề tài nên q trình em làm khóa luận chắn nhiều thiếu sót, hạn chế Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q thầy, bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lƣu Thị Hƣơng Lan Lời cam đoan Em xin cam đoan khóa luận “Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính hệ thấu kính” kết học tập, cơng trình nghiên cứu cá nhân em chƣa đƣợc cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lƣu Thị Hƣơng Lan Mục lục MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1.1 Thấu kính 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Quy ƣớc dấu 1.1.3 Công thức thấu kính 1.1.4 Tiêu cự Độ tụ 1.1.5 Cách vẽ ảnh vật cho thấu kính 1.1.6 Độ phóng đại ảnh 1.2 Hệ quang học đồng trục lí tƣởng 10 1.2.1 Định nghĩa 10 1.2.2 Tiêu cự, độ tụ, công thức quang hệ 12 1.2.3 Độ phóng đại dài 12 1.3 Ghép hai hệ quang học đồng trục 12 1.3.1 Tiêu cự độ tụ hệ ghép Error! Bookmark not defined 1.3.2 Vị trí mặt phẳng 13 CHƢƠNG 2.1 15 Hệ thống câu hỏi lí thuyết 15 2.1.1 Câu hỏi lí thuyết 15 2.1.2 Câu hỏi vận dụng lí thuyết 20 2.1.3 Đáp án câu hỏi 23 2.2 Bài tập trắc nghiệm 24 2.2.1 Bài tập tính tốn 24 2.2.2 Các tập tính khó 30 2.2.3 Đáp án tập 35 CHƢƠNG 3.1 3.1.1 36 Hệ thống câu hỏi lí thuyết 36 Hệ thống câu hỏi 36 Đáp án câu hỏi 38 3.1.2 3.2 Bài tập trắc nghiệm hệ thấu kính 38 3.2.1 Hệ thống tập 38 3.2.2 Đáp án tập 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Quang học ngành học tƣợng liên quan tới ánh sáng, định luật quang học dụng cụ quang học đƣợc sử dụng nhiều đời sống Thấu kính dụng cụ quang học điển hình quang học Nghiên cứu thấu kính tìm hiểu đƣờng ánh sáng qua thấu kính, tạo ảnh vật chùm tia sáng qua thấu kính Thấu kính phận hầu hết dụng cụ quang học quan trọng đời sống khoa học: máy ảnh, kính khắc phục tật mắt (cận, viễn, lão), kính hiển vi,…Để có đƣợc tính tối ƣu, ngƣời ta thƣờng ghép nhiều thấu kính thành hệ thấu kính Hiện nay, tài liệu liên quan đến quang học tập thấu kính hệ thấu kính đƣợc trình bày chủ yếu dƣới dạng tự luận, đặc biệt tài liệu cho sinh viên ngành sƣ phạm Vật lý Còn tập dƣới dạng trắc nghiệm đƣợc đề cập chủ yếu tài liệu tham khảo cho học sinh phổ thơng Do đó, việc tổng hợp, xây dựng hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính hệ thấu kính cho sinh viên ngành sƣ phạm Vật lý cần thiết Xuất phát từ quan điểm định chọn đề tài: “Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính hệ thấu kính” nhằm hiểu sâu, rộng vận dụng tốt kiến thức thấu kính, hệ thấu kính Đồng thời, từ đề tài nghiên cứu tơi mong muốn hình thành hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm thấu kính hệ thấu kính góp phần đa dạng hình thức tập thấu kính hệ thấu kính, làm phong phú thêm hệ thống kiến thức quang học nói riêng Vật lý đại cƣơng nói chung kính Mục đích nghiên cứu Nắm đƣợc kiến thức chung thấu kính, hệ thấu kính Nắm đƣợc cách tạo ảnh vật qua thấu kính, hệ thấu kính Đƣa hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính hệ thấu Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết thấu kính, hệ thấu kính - Tìm hiểu cách dựng ảnh vật qua thấu kính,hệ thấu kính Tìm hiểu cách xây dựng tập trắc nghiệm Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng: thấu kính, hệ thấu kính - Phạm vi nghiên cứu: hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính, hệ thấu kính Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Xây dựng hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính, hệ thấu kính Do đó, dùng làm tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên… Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp tra cứu tài liệu - Phƣơng pháp tổng hợp, phân loại giải tập Cấu trúc khóa luận - Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, khóa luận bao gồm nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan thấu kính hệ thấu kính Chƣơng 2: Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính mỏng Chƣơng 3: Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần hệ thấu kính CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THẤU KÍNH VÀ HỆ THẤU KÍNH 1.1 Thấu kính 1.1.1 Định nghĩa - Thấu kính khối đồng chất, suốt đƣợc giới hạn hai mặt khúc xạ đồng trục, có mặt cầu - Nếu khoảng cách hai đỉnh hai mặt khúc xạ nhỏ so với bán kính chúng thấu kính đƣợc gọi thấu kính mỏng Khi ta coi O1 trùng O2 trùng quang tâm O thấu kính (Hình 1.1) n1 n n2 Trục O1 O O2 Trục phụ Hình 1.1 - Đƣờng thẳng qua quang tâm O thấu kính gọi quang trục phụ thấu kính Quang trục qua hai tâm hai mặt cầu khúc xạ gọi quang trục thấu kính - Phân loại: Thấu kính mỏng đƣợc chia làm hai loại thấu kính hội tụ thấu kính phân kì Thấu kính hội tụ (thấu kính rìa mỏng) Thấu kính phân kì (thấu kính rìa dày) Hình 1.2 - Kí hiệu: Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì Hình 1.3 1.1.2 Quy ước dấu Để xây dựng cơng thức thấu kính hệ thấu kính, ta áp dụng quy ƣớc dấu đƣợc trình bày dƣới Quy + ƣớc đƣợc dùng chung cho tồn nội dung khóa luận h Nếu coi chiều dƣơng (+) O ’ -h’ -s s chiều truyền ánh sáng từ trái qua phải chọn gốc tọa độ đỉnh O, độ dài đoạn thẳng đƣợc Hình 1.4 xem dƣơng chiều trùng với chiều truyền ánh sáng, ngƣợc lại âm (Hình 1.4) Độ cao vật ảnh đƣợc coi dƣơng chúng hƣớng lên trên, âm chúng hƣớng xuống dƣới (Hình 1.4) Bán kính R mặt cầu khúc xạ dƣơng -R R tâm nằm bên phải mặt cầu, âm tâm O C O C nằm bên trái mặt cầu (Hình 1.5) Hình 1.5 Độ dày thấu kính khoảng cách hai mặt cầu khúc xạ luôn dƣơng ánh sáng ảnh dừng vị trí cực tiểu Lmin= 60cm Sau L tăng dần  S lại di chuyển theo chiều truyền ánh sáng  Đáp án: A 2.27 Một vật sáng AB đặt trục chính, vng góc với trục thấu kính cho ảnh A’B’, chiều nhỏ vật lần Dịch chuyển vật đoạn 15cm đƣợc ảnh nhỏ vật lần Tiêu cự thấu kính là: A 15cm C -15cm B -5cm D 45cm 2.28 Một thấu kính thủy tinh suốt có chiết suốt n =1,5 hai mặt lõm bán kính cong đặt khơng khí Đặt vật AB trƣớc vng góc với trục thấu kính cho ảnh cao 4/5 lần vật Dịch vật đoạn thấy ảnh dịch khỏi vị trí cũ 12cm cao 2/3 lần vật Hãy tính bán kính cong thấu kính A -45cm C 90cm B -90cm D 45cm 2.29 Vật sáng AB đƣợc đặt vuông góc với trục thấu kính hội tụ cách thấu kính 36cm; ta thu đƣợc ảnh A1B1 AB E đặt vng góc với trục Dịch chuyển AB đoạn 6cm phía thấu kính Hỏi phải dịch chuyển E nhƣ để thu đƣợc ảnh A2B2 AB Cho biết A2B2= 1,6 A1B1 Tìm tiêu cự thấu kính độ cao ảnh A2B2 A1B1, biết AB =1cm A f ’ = -20cm; A2B2 cao 1cm C f ’ =-20cm; A2B2 cao 2cm B f ’ =20cm; A2B2 cao 1cm D f ’ =20cm; A2B2 cao 2cm 2.30: Một vật sáng AB đƣợc đặt vng góc với trục thấu kính phân kì cách thấu kính khoảng s1; ta thu đƣợc ảnh A1B1 Cho AB tiến lại gần thấu kính đoạn 40cm ảnh vật A 2B2 cách A1B1 khoảng 5cm có độ lớn gấp đơi ảnh trƣớc Tìm tiêu cự thấu kính vị trí ban đầu vật A -20cm;s1=-60cm B 20cm; s1= -70cm C 30cm; s1= -80cm D -30cm; s1= -90cm 34 2.31 Một điểm sáng A đặt cách E khoảng a= 50cm Trong khoảng A E ngƣời ta đặt thấu kính L cho A nằm trục L song song với E Khi tịnh tiến thấu kính theo trục khoảng A E ngƣời ta thấu vệt sáng không thu lại thành điểm; nhƣng L cách E khoảng b= 20cm vệt sáng có bán kính nhỏ Tính tiêu cự thấu kính L? A f ’ =16cm C f ’ =18cm B f ’ =17cm D f ’ =19cm 2.2.3 Đáp án tập Đáp án tập tính tốn Bài tập 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 Đáp án B A A A B B B C A D Bài tập 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 Đáp án B C D B C B B A B A A Đáp án tập tính khó Bài tập 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 Đáp án C A A C C B D A C 35 C CHƢƠNG HỆ THỐNG CÂU HỎI LÍ THUYẾT VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VỀ HỆ THẤU KÍNH 3.1 Hệ thống câu hỏi lí thuyết 3.1.1 Hệ thống câu hỏi 3.1 Một vật đặt trƣớc hệ gồm hai thấu kính O1, O2 lần lƣợt qua thấu kính O1 cho ảnh có độ phóng đại β1, ảnh sau lại qua thấu kính O2 với độ phóng đại β2 Hỏi độ phóng đại ảnh cuối qua hệ là: A  | 1 |  | 2 | B   1 2 C   1   D   1. 3.2 Giả sử có thấu kính đồng trục ghép sát hai kính coi nhƣ kính tƣơng đƣơng có độ tụ thỏa mãn cơng thức A   1  2 C  | 1 |  | 2 | B  | 1  2 | D   1  2 3.3 Chọ câu trả lời Khi ghép hai thấu kính O1, O2 có độ tụ 1 ,  tƣơng ứng đặt cách khoảng d khơng khí độ tụ hệ ghép đƣợc xác định công thức: A   1  2  d C   1  2  d B   1  2 D   1  2 3.4 Một hệ quang học đồng trục gồm hai thấu kính có tiêu cự lần lƣợt f1’, f2’ đặt cách khoảng d khơng khí Công thức dƣới cho phép xác định tiêu cự hệ ghép f1' f 2' A f  d  f1'  f 2' f1' f 2' B f '   d  f1'  f ' 36 f1' f 2' C f  d  f1'  f 2' f1' f 2' D f   d  f1'  f 2' ' ' 3.5 Một quang hệ đồng trục gồm hai thấu kính có tiêu cự lần lƣợt f ’1;f’2 có độ tụ tƣơng ứng 1 ;2 đặt cách khoảng d khơng khí Cơng thức sau xác định vị trí mặt phẳng quang hệ? f' f' A S H  d ' ; S H  d ' f2 f1 f' f' C S H  d ' ; S H  d ' f2 f1 f' f' B S H  d ' ; S H  d ' f2 f1 f 2' f1' D S H  d ' ; S H  d ' f f ' ' ' ' 3.6 Khi nói đƣờng tia sáng qua hệ quang học đồng trục, phát biểu sau A Tia tới trƣớc quang hệ song song với trục sau khỏi quang hệ tia liên hợp với qua tiêu điểm F B Tia tới qua tiêu điểm F sau khỏi quang hệ tia liên hợp với song song với trục C Nếu mơi trƣờng trƣớc sau quang hệ chiết suất, tia tới qua điểm truyền thẳng D Tất 3.7 Khi độ tụ quang hệ khơng thì: A Hệ gọi hệ vô tiêu B Hệ gọi hệ hội tụ C Hệ gọi hệ phân kì D Hệ hệ hội tụ hệ phân kì 3.8 Chọn câu nói hệ quang học đồng trục lí tƣởng: A Khi độ tụ quang hệ lớn khơng hệ gọi hệ vơ tiêu B Giao điểm mặt phẳng với quang trục gọi điểm thứ H điểm thứ hai H’của quang hệ C Độ phóng đại dài ảnh nhỏ khơng ảnh ln hƣớng xuống dƣới D Tất 37 3.1.2 Đáp án câu hỏi Đáp án hệ thống câu hỏi lí thuyết 3.2 Câu hỏi 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Đáp án D D A D C B A B Bài tập trắc nghiệm hệ thấu kính 3.2.1 Hệ thống tập Dạng 1: Bài toán liên quan đến tiêu cự độ tụ hệ ghép quang học đồng trục Áp dụng cơng thức tính tiêu cự, độ tụ hệ ghép quang học đồng trục 3.9 Một thấu kính phân kì có tiêu cự 50 cm cần đƣợc ghép sát đồng trục với thấu kính có tiêu cự để thu đƣợc kính tƣơng đƣơng có độ tụ dp? A Thấu kính phân kì tiêu cự 25 cm B Thấu kính hội tụ có tiêu cự 50 cm C Thấu kính phân kì có tiêu cự 50 cm D Thấu kính hội tụ có tiêu cự 25 cm 3.10 Khi ghép sát thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm đồng trục với thấu kính phân kì có tiêu cự 10 cm ta có đƣợc thấu kính tƣơng đƣơng với tiêu cự A 50 cm C 20 cm B 15 cm D -15 cm 3.11 Hai thấu kính mỏng có tiêu cự lần lƣợt 10 cm - 20 cm ghép sát tƣơng đƣơng với thấu kính có độ tụ: A   10dp C   5dp B   5dp D   10dp 3.12 Hệ hai thấu kính hội tụ (L1), (L2) ghép đồng trục tiêu cự 10cm; 20cm Vật sáng AB đặt trục trƣớc (L1) đoạn 15cm Để hệ cho ảnh A’B’ vơ cực khoảng cách hai kính là: A 30cm C 50cm B 35cm D 15cm 38 3.13 Hai thấu kính tiêu cự lần lƣợt 40cm, -20cm ghép đồng trục Muốn cho chùm tia sáng song song sau qua hệ hai thấu kính cho chùm tia ló song song khoảng cách hai thấu kính là: A 60cm C 20cm B 40cm D 10cm Dạng 2: Xác định ảnh cuối tạo hệ Ví dụ: Cho hệ gồm hai thấu kính hội tụ L1, L2 có tiêu cự 3cm đặt đồng trục cách L= 2cm Vật sáng AB= 3cm đặt vng góc với trục ( A trục ) trƣớc L1 cách L1 khoảng cm Chọn câu nói vị trí, tính chất, chiều độ cao ảnh cuối A’B’ qua hệ thấu kính A ảnh thật, cao 2,08 cm C ảnh thật, cao cm B ảnh ảo, cao 2,08 cm D ảnh ảo, cao cm - Hƣớng dẫn : L1 L2 B O A Hình 3.2 Ghép L1, L2 thành hệ ghép với hai mặt phẳng H, H ’ tiêu cự f, f ’ đƣợc xác định theo công thức sau:  f1' f 2' f L  f1'  f 2' 3.3  cm 233 Vị trí mặt phẳng đƣợc xác định cơng thức: Với: f1'  f 2'  3cm  f' 39 f  cm sH  d '  f2 2 ' Mặt phẳng thứ cách O1 : cm f   cm sH    d '   f1 ' 2 Mặt phẳng thứ hai cách O2 : 3 cm H’ H B O1 A O2 4cm Hình 3.3 Vị trí vật so với mặt phẳng H sH  5,5cm Áp dụng công thức cho hệ quang học đồng trục: 1 1 1 1 26         cm sH' sH f ' sH' sH f ' 5,5 99 99  sH'  cm 26 99 30 cm , hay cách O2 đoạn cm Ảnh cuối qua hệ cách H’ 26 13 40 99 s 9    26  sH 5,5 13 ' H A'' B '' |  |  A'' B ''  AB.|  | 2,08cm AB Đáp án A 3.14 Một vật sáng AB cao cm đƣợc đặt vng góc trục hệ gồm hai thấu kính L1 L2 đồng trục cách L1 khoảng cách s1= -30 cm Thấu kính L1 TKHT có tiêu cự 20 cm, thấu kính L2 TKPK có tiêu cự 30 cm, hai thấu kính cách L= 40 cm Hãy xác định độ phóng đại ảnh cuối A’B’ qua hệ thấu kính A   6 C   B   D   3 3.15 Một hệ đồng trục gồm thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự 40 cm có thấu kính phân kỳ L2 có tiêu cự 20 cm đặt cách L = 60 cm Một vật sáng AB cao cm đặt vuông góc trục trƣớc thấu kính L1 cách L1 khoảng 60 cm Hãy xác định vị trí ảnh cuối A’B’ cho hệ A s’2= 30cm C s’2= 60cm B s’2= -30cm D s’2= -60cm 3.16 Đặt vật sáng AB cao 2cm trƣớc vng góc với trục thấu kính hội tụ có tiêu cự 20cm, cách thấu kính 20cm Sau thấu kính đặt thêm thấu kính phân kì đồng trục có tiêu cự 20cm cách thấu kính hội tụ 40cm Độ cao ảnh cho hệ A 4cm C 3cm B 2cm D Không xác định 3.17 Đặt vật sáng AB trƣớc vng góc với trục TKHT L2 có tiêu cự 15cm, cách thấu kính 49cm Giữa vật L2đặt thêm thấu kính L1, hai thấu kính cách 28cm Ảnh cuối A’B’ cho hệ gấp lần vật, tiêu cự L1 là: A -7cm -9,4cm C 7cm 9,4cm B 7cm D 9.4cm 41 3.18 Hai thấu kính giống có dạng phẳng lồi, có chiết suất n=1,5 đặt đồng trục với nhau, mặt lồi có bán kính 1,5a Vật sáng AB đƣợc đặt vng góc trục cách thấu kính thứ đoạn 4a Tính chất ảnh cuối tạo hệ biết khoảng cách hai thấu kính 2/3 tiêu cự thấu kính? A Ảnh thật, cao gấp 9/13 lần vật B Ảnh ảo, cao gấp 9/13 lần vật C Ảnh thật, cao gấp 13/9 lần vật D Ảnh thật, cao gấp 13/9 lần vật Dang 3: Xác định vị trí vật, điều kiện d1 để ảnh A’B’ thỏa mãn đặc điểm cho Ví dụ: Cho hệ đồng trục gồm TKHT L1 có tiêu có tiêu cự 30cm, TKPK L2 có tiêu cự 30cm đặt đồng trục cách L= 60cm Vật sáng AB đặt vng góc với trục ( A trục ) trƣớc L1 cách L1 khoảng s1 Xác định s1 để ảnh cuối A’B’ qua hệ thấu kính ảnh thật A 45 cm | s1| B |s1| >45cm D Tất sai - Hƣớng dẫn : Sơ đồ tạo ảnh: (L1) (L2) s1 + Ảnh A1B1 : s1 ’ s2 s1 f1' 30s1 s   ' s1  f1 s1  30 ' + Ảnh A’ B’: s2  s1'  L   s2  A’B’ A1B1 AB 30s1 30s1  60( s1  30)  60  s1  30 s1  30 30s1  1800 s1  30 42 s’2 s2 '  s2 f 2'  f 2'  s2  s2'   30s1  1800 .(30) (30s1  1800).(30)   60s1  2700   30s1  1800  (s1  30)  30     s1  30   s1  30  s1  30     60+s  (15) s1  45 Bảng xét dấu s2’ theo s1:  s1 -60 -s1 - 60 + s1 + 45 - s2 ’ - -45 - 0 - - + + || - Từ bảng trên, ta thấy: A’ B’ ảnh thật  s2'  -45 > s1> -60 hay 45cm