Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu dạy thêm vật lý 11 trọn bộ cả năm chi tiết, đầy đủ dạng (cả TN và tự luận) Tài liệu dạy thêm vật lý 11 trọn bộ cả năm chi tiết, đầy đủ dạng (cả TN và tự luận) Tài liệu dạy thêm vật lý 11 trọn bộ cả năm chi tiết, đầy đủ dạng (cả TN và tự luận) Tài liệu dạy thêm vật lý 11 trọn bộ cả năm chi tiết, đầy đủ dạng (cả TN và tự luận) Tài liệu dạy thêm vật lý 11 trọn bộ cả năm chi tiết, đầy đủ dạng (cả TN và tự luận)
CHƯƠNG I ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG I LÝ THUYẾT Điện tích Điện tích điểm Tương tác điện Nêu khái niệm điện tích, điện tích điểm, tương tác điện + Vật bị nhiễm điện gọi vật mang điện, vật tích điện điện tích Điện tích điểm vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét + Tương tác điện: Có hai loại điện tích điện tích dương (+) điện tích âm (-) Các điện tích dấu đẩy nhau, trái dấu hút Sự đẩy hay hút điện tích tương tác điện Định luật Cu-lơng Phát biểu, viết biểu thức định luật Cu-lông + Lực hút hay đẩy hai điện tích điểm đặt chân khơng có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng |qq | Nm + Biểu thức: F = k 2 ; F lực tương tác, đơn vị niu tơn (N); k = 9.109 r C2 hệ số tỉ lệ; q1, q2 điện tích điện tích điểm, đơn vị cu-lơng (C); r khoảng cách hai điện tích, đơn vị mét (m) Tương điện tích đặt điện mơi Hằng số điện mơi Nêu lực tương tác điện tích điểm đặt điện mơi đồng tính Hằng số điện môi + Trong môi trường điện môi (môi trường cách điện) đồng tính, lực tương tác |qq | điện tích yếu lần so với chân không: F = k 22 r + Hằng số gọi số điện môi môi trường cách điện ( 1) Hằng số điện môi đặc trưng quan trọng mơi trường cách điện Nó cho biết, đặt điện tích chất lực tác dụng chúng nhỏ lần so với đặt chúng chân không Lực tương tác hai điện tích điểm Vẽ hình nêu đặc điểm véc tơ lực tương tác hai điện tích điểm Véc tơ lực tương tác hai điện tích điểm có: Điểm đặt (gốc véc tơ): đặt điện tích; Phương: trùng với đường thẳng nối hai điện tích; http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… Chiều: điện tích dấu đẩy nhau, điện tích khác dấu hút nhau; |qq | Độ lớn: Trong khơng khí: F12 = F21 = F = k 2 ; r |qq | Trong điện môi: F = k 22 r Cấu tạo nguyên tử phương diện điện Điện tích nguyên tố Nêu cấu tạo nguyên tử phương diện điện Điện tích nguyên tố + Nguyên tử có cấu tạo gồm hạt nhân mang điện tích dương nằm trung tâm electron mang điện âm chuyển động xung quanh Hạt nhân có cấu tạo gồm hai loại hạt nơtron không mang điện prơtơn mang điện dương Electron có điện tích qe = –1,6.10-19 C, có khối lượng me = 9,1.10-31 kg Prơtơn có điện tích qp = +1,6.10-19 C, có khối lượng mp = 1,67.10-27 kg Khối lượng nơtron xấp xĩ khối lượng prôtôn Số prôtôn hạt nhân số electron quay quanh hạt nhân nên độ lớn điện tích dương hạt nhân độ lớn tổng điện tích âm electron nguyên tử trạng thái trung hoà điện + Trong tượng điện mà ta xét chương trình Vật lí THPT điện tích electron điện tích prơtơn điện tích có độ lớn nhỏ có Vì ta gọi chúng điện tích nguyên tố Thuyết electron việc giải thích nhiễm điện vật Định luật bảo tồn điện tích Nêu thuyết electron nội dung thuyết electron việc giải thích nhiễm điện vật Nêu định luật bảo tồn điện tích + Thuyết dựa vào cư trú di chuyển electron để giải thích tượng điện tính chất điện vật gọi thuyết electron + Nội dung thuyết electron việc giải thích nhiễm điện vật: Electron rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi đến nơi khác Nguyên tử bị electron trở thành hạt mang điện dương gọi ion dương Một nguyên tử trung hòa nhận thêm electron để trở thành hạt mang điện âm gọi ion âm Một vật nhiễm điện âm số electron mà chứa lớn số prơtơn Nếu số electron số prơtơn vật nhiễm điện dương + Định luật bảo tồn điện tích: Trong hệ lập điện, tổng đại số điện tích khơng đổi Điện trường Cường độ điện trường Nêu định nghĩa điện trường cường độ điện trường + Điện trường dạng vật chất (môi trường) bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt + Cường độ điện trường điểm đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực điện trường điểm Nó xác định thương số độ lớn lực điện F tác dụng lên điện tích thử q (dương) đặt điểm độ lớn q E = F q Cường độ điện trường gây điện tích điểm Ngun lí chồng chất điện trường Vẽ hình nêu đặc điểm véc tơ cường độ điện trường gây điện tích điểm Nêu nguyên lí chồng chất điện trường + Véc tơ cường độ điện trường gây điện tích điểm có: Điểm đặt (gốc véc tơ): đặt điểm ta xét; Phương: trùng với đường thẳng nối điểm đặt điện tích với điểm ta xét; Chiều: hướng xa điện tích điện tích dương; hướng phía điện tích điện tích âm; |q| |q| Độ lớn: Trong khơng khí: E = k ; điện môi: E = k r r + Nguyên lí chồng chất điện trường: Véc tơ cường độ điện trường E điện trường tổng hợp n điện tích điểm gây điểm không gian chứa điện tích: E = E1 + E2 + … + En Với Ei vector cường độ điện trường điện tích điểm ni gây điểm xét Đường sức điện Điện trường Nêu định nghĩa đặc điểm đường sức điện Điện trường + Đường sức điện đường mà tiếp tuyến điểm giá véc tơ cường độ điện trường điểm Nói cách khác, đường sức điện đường mà lực điện tác dụng dọc theo + Các đặc điểm đường sức điện: Qua điểm điện trường có đường sức điện mà thơi Đường sức điện đường có hướng Hướng đường sức điện điểm hướng véc tơ cường độ điện trường điểm Đường sức điện điện trường tĩnh đường không khép kín Nó từ điện tích dương kết thúc điện tích âm Trong trường hợp có điện tích đường sức từ điện tích dương vơ cực từ vơ cực đến điện tích âm Qui ước vẽ số đường sức qua diện tích định đặt vng góc với với đường sức điện điểm mà ta xét tỉ lệ với cường độ điện trường điểm + Điện trường điện trường mà véc tơ cường độ điện trường điểm có phương chiều độ lớn; đường sức điện điện trường đường thẳng song song, cách http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 10 Công lực điện di chuyển điện tích điện trường Cơng lực điện độ giảm điện tích điện trường Nêu đặc điểm cơng lực điện di chuyển điện tích điện trường mối liên hệ công lực điện độ giảm điện tích điện trường + Công lực điện di chuyển điện tích khơng phụ thuộc hình dạng đường mà phụ thuộc vị trí điểm đầu điểm cuối đường điện trường AMN = q.E.dMN; dMN khoảng cách M N dọc theo đường sức điện trường + Khi điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N điện trường cơng mà lực điện tác dụng lên điện tích sinh độ giảm điện tích q điện trường AMN = WM – WN 11 Hiệu điện hai điểm M N điện trường Nêu định nghĩa viết cơng thức tính hiệu điện hai điểm M N điện trường + Hiệu điện hai điểm M, N điện trường đặc trưng cho khả sinh công điện trường di chuyển điện tích từ M đến N Nó xác định thương số cơng lực điện tác dụng lên điện tích q di chuyển từ M đến N độ lớn q + Công thức: UMN = VM – VN = AMN q ; UMN hiệu điện hai điểm M N, đơn vị V (vôn); VM VN điện M N, đơn vị V (vôn); AMN công lực điện trường thực điện tích q di chuyển từ M đến N, đơn vị J (jun); q độ lớn điện tích, đơn vị C (culong) 12 Tụ điện Nêu định nghĩa tụ điện, điện dung tụ điện Nêu đơn vị điện dung ước số thường dùng + Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần ngăn cách lớp cách điện + Điện dung tụ điện đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện hiệu điện định Nó xác định thương số điện tích tụ điện hiệu điện hai Q + Cơng thức: C = ; đó: C điện dung, đơn vị F (fara); Q điện tích U tụ, đơn vị C (culong); U hiệu điện hai tụ, đơn vị V (vôn) + Đơn vị điện dung hệ SI fara (kí hiệu F): F = 1C 1V + Các ước số thường dùng fara (F): mF (milifara) = 10-3 F µF (micrôfara) = 10-6 F nF (nanôfara) = 10-9 F pF (picôfara) = 10-12 F II CÁC DẠNG BÀI TẬP TỰ LUẬN Điện tích vật tích điện - Tương tác hai điện tích điểm * Kiến thức liên quan + Điện tích electron qe = -1,6.10-19 C Điện tích prơtơn qp = 1,6.10-19 C Điện tích e = 1,6.10-19 C gọi điện tích nguyên tố + Khi cho hai vật giống nhau, có tích điện q1 q2 tiếp xúc với tách chúng q q2 điện tích chúng + Lực tương tác hai điện tích điểm: Điểm đặt lên điện tích Phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích Chiều: đẩy dấu, hút trái dấu |qq | Độ lớn: F = 9.109 22 ; số điện môi môi trường (trong chân không r gần khơng khí = 1) * Phương pháp giải Để tìm đại lượng liên quan đến tích điện vật lực tương tác hai điện tích điểm ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm * Bài tập Bài Hai điện tích điểm đặt chân khơng, cách đoạn r = cm Lực đẩy tĩnh điện chúng F = 10-5 N a) Tìm độ lớn điện tích b) Tìm khoảng cách r’ chúng để lực đẩy tĩnh điện F’ = 2,5.10-6 N Bài Hai cầu nhỏ giống kim loại A B đặt khơng khí, có điện tích q1 = - 3,2.10-7 C q2 = 2,4.10-7 C, cách khoảng 12 cm a) Xác định số electron thừa, thiếu cầu lực tương tác điện chúng b) Cho hai cầu tiếp xúc điện với đặt chỗ cũ Xác định lực tương tác điện hai cầu sau Bài Hai điện tích q1 q2 đặt cách 20 cm khơng khí, chúng đẩy với lực F = 1,8 N Biết q1 + q2 = - 6.10-6 C |q1| > |q2| Xác định loại điện tích http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… q1 q2 Vẽ véc tơ lực tác dụng điện tích lên điện tích Tính q1 q2 Bài Hai điện tích q1 q2 đặt cách 30 cm khơng khí, chúng hút với lực F = 1,2 N Biết q1 + q2 = - 4.10-6 C |q1| < |q2| Xác định loại điện tích q1 q2 Tính q1 q2 Bài Hai điện tích q1 q2 đặt cách 15 cm khơng khí, chúng hút với lực F = 4,8 N Biết q1 + q2 = 3.10-6 C; |q1| < |q2| Xác định loại điện tích q1 q2 Vẽ véc tơ lực tác dụng điện tích lên điện tích Tính q q2 Bài Hai điện tích điểm có độ lớn đặt cách 12 cm khơng khí Lực tương tác hai điện tích 10 N Đặt hai điện tích dầu đưa chúng cách cm lực tương tác chúng 10 N Tính độ lớn điện tích số điện mơi dầu Bài Hai vật nhỏ giống (có thể coi chất điểm), vật thừa electron Tìm khối lượng vật để lực tĩnh điện lực hấp dẫn Cho số hấp dẫn G = 6,67.10-11 N.m2/kg2 Bài Hai viên bi kim loại nhỏ (coi chất điểm) nhiễm điện âm đặt cách cm chúng đẩy với lực F1 = N Cho hai viên bi chạm vào sau lại đưa chúng xa với khoảng cách trước chúng đẩy với lực F2 = 4,9 N Tính điện tích viên bi trước chúng tiếp xúc với Bài Hai cầu nhỏ hoàn toàn giống nhau, mang điện tích q1,q2 đặt chân khơng cách 20cm hút lực F1=5.10-5N Đặt vào hai cầu thủy tinh dày d=5cm, có số điện mơi =4 Tính lực tác dụng hai cầu lúc Bài 10 Bài tập phát triển lực: Cho hai điện tích điểm q1 = 10-8 C q2 = - 2.10-8 C đặt hai điểm A B cách 10 cm khơng khí a) Tìm lực tương tác tĩnh diện hai điện tích b) Muốn lực hút chúng 7,2.10-4 N Thì khoảng cách chúng bao nhiêu? c) Thay q2 điện tích điểm q3 đặt B câu b) lực lực đẩy chúng 3,6.10-4 N Tìm q3? d) Tính lực tương tác tĩnh điện q1 q3 câu c (chúng đặt cách 10 cm) chất parafin có số điện môi = * Hướng dẫn giải Bài a) Độ lớn điện tích: Ta có: F = k 105 | q1 q2 | q2 F -2 = k |q| = r = 4.10 1,3.10-9 (C) 9.109 r2 r2 k b) Khoảng cách r ' q k F' 1,3.109 9.109 2,5.10 6 = 7,8.10–2 m = 7,8 cm 7 Bài a) Số electron thừa cầu A: N1 = 3, 2.1019 = 2.1012 electron 1,6.10 2, 4.107 Số electron thiếu cầu B: N2 = = 1,5.1012 electron 1,6.109 Lực tương tác điện chúng lực hút có độ lớn: |q q | | 3,2.107.2.4.107 | F = k 2 = 9.109 = 48.10-3 (N) r (12.102 ) b) Khi cho hai cầu tiếp xúc với tách ra, điện tích cầu là: q q2 3, 2.107 2, 4.107 = = - 0,4.10-7 C; lực tương tác q1' = q2' = q’ = 2 chúng lúc lực đẩy có độ lớn: | q' q' | | (4.107 ).(4.107 ) | F’ = k 2 = 9.109 = 10-3 N 2 r (12.10 ) Bài Hai điện tích đẩy nên chúng dấu; q1 + q2 < nên chúng điện tích âm Véc tơ lực tương tác điện hai điện tích: | q1 q2 | Fr 1,8.0, 22 |q q | = = = 8.10-12; r2 9.109 k q1 q2 dấu nên |q1q2| = q1q2 = 8.10-12 (1) q1 + q2 = - 6.10-6 (2) Từ (1) (2) ta thấy q1 q2 nghiệm phương trình: x2 + 6.10-6x + 8.10-12 = Ta có: F = k x1 2.10 6 x2 4.10 6 6 6 Kết q1 2.10 C q1 4.10 C 6 6 q2 2.10 C q2 4.10 C Vì |q1| > |q2| q1 = - 4.10 C; q2 = - 2.10 C Bài Hai điện tích hút nên chúng trái dấu nhau; q1 + q2 < |q1| < |q2| nên q1 > 0; q2 < -6 -6 | q1 q2 | Fr 1, 2.0,32 |q1q2| = = = 12.10-12; r 9.10 k q1 q2 trái dấu nên |q1q2| = - q1q2 = 12.10-12 (1); theo q1 + q2 = - 4.10-6 (2) Từ (1) (2) ta thấy q1 q2 nghiệm phương trình: x2 + 4.10-6x - 12.10-12 = x 2.10 6 q 6.10 6 C q 2.10 6 C Kết x2 6.10 6 q2 2.10 6 C q2 6.10 6 C Ta có: F = k http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… Vì |q1| < |q2| q1 = 2.10-6 C; q2 = - 6.10-6 C Bài Hai điện tích hút nên chúng trái dấu nhau; q1 + q2 > |q1| < |q2| nên q1 < 0; q2 > | q1 q2 | Fr 4,8.(15.102 )2 |q q | = = = 12.10-12; q1 q2 trái dấu nên: 2 r k 9.10 |q1q2| = - q1q2 = 12.10-12 (1) q1 + q2 = - 4.10-6 (2) Từ (1) (2) ta thấy q1 q2 nghiệm phương trình: x2 + 4.10-6x - 12.10-12 = x 2.10 6 q 6.10 6 C q 2.10 6 C Kết x2 6.10 6 q2 2.10 6 C q2 6.10 6 C Vì |q1| < |q2| q1 = 2.10-6 C; q2 = - 6.10-6 C F=k Bài Khi đặt khơng khí: |q1| = |q2| = F.r 10.(12.102 )2 = 4.10-6 C k 9.109 6 6 | 4.10 4.10 | |q q | Khi đặt dầu: = k 22 = 9.109 = 2,25 10.(8.102 )2 Fr |q q | q q q2 m2 Bài Lực tĩnh điện: F = k 2 = k ; lực hấp dẫn: F’ = G 2 = G r r r r Để F = F’ thì: k 9.10 q2 m2 = G m = |q| k = 1,6.10-19 = 1,86.10-9 (kg) 6,67.1011 r r G | q1 q2 | f r 4.(6.102 ) |q1q2| = = 16.10-13; r k 9.10 q1 < q2 < nên: |q1q2| = q1q2 = 16.10-13 (1) q q2 (q q )2 Sau tiếp xúc: q1’ = q2’ = f2 = k 2 4.r Bài Trước tiếp xúc: f1 = k f r 4.4,9.(6.102 )2 = 78,4.10-13 | q1 + q2| = 28.10-7; q1 < k 9.109 q2 < nên: q1 + q2 = - 28.10-7 q2 = - (q1 + 28.10-7) (2); Thay (2) vào (1) ta có: - q 12 - 28.10-7q1 = 16.10-13 q 12 + 28.10-7q1 + 160.10-14 = Giải ta có: q1 = -8.10-7 C; q2 = -20.10-7 C q1 = -20.10-7 C; q2 = -8.10-7 C Bài Lực tĩnh điện F = kq1q2 / r2 => F.r2. = kq1q2 = không đổi (q1 + q2)2 = Khi điện môi không đồng nhất: khoảng cách hai điện tích: rm = di i (Khi đặt hệ điện tích vào mơi trường điện mơi khơng đồng chất, điện mơi có chiều dày di số điện mơi ɛ i coi đặt chân không với khoảng cách tăng lên ( d i di ) 10 Ta có : Khi đặt vào khoảng cách hai điện tích điện mơi chiều dày d khoảng cách tương đương rm = r1 + r2 = d1 + d2 ε = 0,15 + 0,05 = 0, 25 m 2 16 0, r Vậy : F0.r0 = F.r => F F0 5.105 5.105 3, 2.105 N 25 r 0, 25 2 r1 Hoặc dùng công thức: r1 0, 5 F F0 5.10 0, 0,05( 1) r1 d ( 1) r2 , r3 2 0, 5 5.10 3, 2.10 N 0, 25 5 Vậy lực tác dụng hai cầu lúc F 3, 2.105 N Bài 10 a) Tìm lực tương tác tĩnh diện hai điện tích - Lực tương tác hai điện tích là: 108 2.108 q1.q2 F k 9.10 1,8.104 N r 0,12 b) Muốn lực hút chúng 7,2.10-4 N Tính khoảng cách chúng: Vì lực F tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên F’ =7,2.10 -4 N = 4F( r 0,1 tăng lên lần) khoảng cách r giảm lần: r’ = = = 0,05 (m) =5 (cm) 2 Hoặc dùng công thức: 108.2.108 = 0,05 (m) = (cm) r2 F' 7,2.104 c) Thay q2 điện tích điểm q3 đặt B câu b lực lực đẩy chúng 3,6.10-4N Tìm q3? F'k q1.q2 r k q1.q2 F k q1.q3 q3 F r 3, 6.104.0,12 4.108 C 8 k q1 9.10 10 r2 9.109 Vì lực đẩy nên q3 dấu q1 d) Tính lực tương tác tĩnh điện q1 q3 câu c (chúng đặt cách 10 cm) chất parafin có số điện mơi = F 3,6.104 Ta có: lực F tỉ lệ nghịch với nên F’ = = = 1,8.10-4 N) http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 11 Hoặc dùng công thức: F ' k q1.q3 r2 108.4.108 9.10 = 1,8.10-4 N 2.0,12 Tương tác điện tích hệ điện tích điểm * Các cơng thức + Véc tơ lực tương tác hai điện tích điểm: - Điểm đặt: đặt điện tích - Phương: trùng với đường thẳng nối hai điện tích - Chiều: hút dấu, đẩy trái dấu |qq | Nm - Độ lớn: F = k 22 ; với k = 9.109 r C2 + Lực tương tác nhiều điện tích lên điện tích: F = F1 + F2 + + Fn * Phương pháp giải + Vẽ hình, xác định lực thành phần tác dụng lên điện tích + Tính độ lớn lực thành phần + Viết biểu thức (véc tơ) lực tổng hợp + Dùng phép chiếu hệ thức lượng tam giác để chuyển biểu thức véc tơ biểu thức đại số + Giải phương trình hệ phương trình để tìm đại lượng cần tìm * Bài tập Bài Ba điện tích điểm q1 = 4.10-8 C, q2 = - 4.10-8 C, q3 = 5.10-8 C đặt khơng khí ba đỉnh ABC tam giác đều, cạnh a = cm Xác định lực điện trường tổng hợp điện tích q1 q2 tác dụng lên điện tích q3 Bài Ba điện tích điểm q1 = q2 = q3 = 1,6.10-19 C đặt chân không ba đỉnh tam giác cạnh a = 16 cm Xác lực điện trường tổng hợp hai điện tích q q2 tác dụng lên q3 Bài Ba điện tích q1 = 27.10-8 C, q2 = 64.10-8 C, q3 = -10-7 C đặt khơng khí ba đỉnh tam giác vng ABC vng góc C Cho AC = 30 cm, BC = 40 cm Xác lực điện trường tổng hợp hai điện tích q1 q2 tác dụng lên q3 Bài Tại hai điểm A B cách 10 cm khơng khí, có đặt hai điện tích q1 = q2 = - 6.10-6 C Xác định lực điện trường hai điện tích tác dụng lên điện tích q3 = -3.10-8 C đặt C Biết AC = BC = 15 cm Bài Tại hai điểm A B cách 20 cm khơng khí, có đặt hai điện tích q1 = -3.10-6C, q2 = 8.10-6C Xác định lực điện trường hai điện tích tác dụng lên điện tích q3 = 2.10-6C đặt C Biết AC = 12 cm, BC = 16 cm Bài Có hai điện tích điểm q1 = 5.10-9 C q2 = - 2.10-8 C đặt hai điểm A B cách 20 cm khơng khí Hỏi phải đặt điện tích thứ ba q0 vị trí để điện tích nằm cân bằng? Bài Hai điện tích q1 = - 2.10-6 C, q2 = 18.10-6 C đặt hai điểm A B không khí, cách cm Một điện tích q3 đặt C a) Xác định vị trí đặt C để q3 nằm cân 12 a) Khi AB cách L1 đoạn 36 cm + Xác định ảnh cuối A / B / tạo quang hệ a = 70 cm + Xác định giá trị a để A / B / ảnh thật b) Với giá trị a độ phóng đại ảnh cuối A / B / cho hệ thấu kính khơng phụ thuộc vị trí vật Bài Hệ thấu kính đồng trục O1, O2 gồm thấu kính phân kì O1 thấu kính hội tụ O2 có tiêu cự f2 = cm Trước O1, trục hệ có điểm sáng S cách O1 đoạn 10 cm Sau O2 đặt E vng góc với trục cách O1 đoạn 15 cm Giữ S, O1 E cố định, di chuyển O2 dọc theo trục người ta thấy hai vị trí cách đoạn L = cm vết sáng có đường kính đường kính rìa O2 (nếu dịch xa thấu kính kích thước vết sáng giảm) Hãy tính tiêu cự f1 thấu kính O1 Bài Hai thấu kính L1, L2 có trục chính, đặt cách khoảng l = 30 cm Đặt vật có chiều cao AB trước L1 cách khoảng 15 cm, thu ảnh có chiều cao A / B / M đặt cách L2 12 cm Giữ vật cố định, hốn vị hai thấu kính phải dịch chuyển cm lại gần L1 thu ảnh Xác định tiêu cự hai thấu kính số phóng đại ảnh vị trí Bài 10 Vật sáng có chiều cao AB = h, đặt vng góc với trục thấu kính phân kì O1 có tiêu cự f1 = - 12 cm, vật AB cách O1 đoạn 24 cm Sau thấu kính O1 đặt thấu kính phân kì O2 đồng trục có tiêu cự f2 = - 30 cm, khoảng cách O1O2 = 46 cm Đặt thêm thấu kính hội tụ O có tiêu cự f đồng trục với hai thấu kính trên, khoảng O1O2 Người ta thấy có hai vị trí thấu kính hội tụ cách đoạn l = 16 cm ảnh AB qua hệ rõ nét M đặt sau O2, cách O2 đoạn 15 cm (như hình vẽ) a) Tính tiêu cự f thấu kính hội tụ http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 281 b) Tính độ cao ảnh M * Hướng dẫn giải Bài a) Xác định vị trí độ lớn ảnh vật cho hệ thấu kính Sơ đồ tạo ảnh: d 1/ = 0,5.1 d1 f1 = = - (cm) 0,5 d1 f1 d2 = a - d 1/ = 3,5 - (-1) = 4,5 (cm) d 2/ = 4,5.4 d2 f2 = = 36 (cm) d f 4,5 Ảnh cho hệ ảnh thật cách thấu kính L2 đoạn 36 cm k1 = d1/ (1) = = 0,5 d1 k2 = d 2/ 36 = = - 4,5 d2 k = k1.k2 = 2.(-8) = -16 A2B2 = |k|.AB = 16.1,5 = 24 (mm) Ảnh ngược chiều so với vật AB có chiều cao A2B2 = 24 mm b) Xác định chiều dịch chuyển vật AB, thấu kính L1 để tăng độ lớn ảnh cho hệ Nhận xét: A1B1 ảnh ảo AB cho L1, A1B1 chiều với AB (k1 > 0) A1B1 vật thật L2, cho ảnh thật nên A2B2 ngược chiều A1B1 (k < 0) A2 B2 f1 f2 = k1.|k2| = (1) AB f1 d1 d f d1 f1 Ta có: d2 = a - d 1/ = a d1 f1 d1 f1 ad1 af1 d1 f1 d1 f f1 f d2 - f = a - f2 = d1 f1 d1 f d [a ( f1 f )] af1 f1 f (a 5)d1 a = = d1 f d1 |k| = 282 A2 B2 f1 f2 (2) = = ( a 5) d a d AB f1 d1 d f 1 d1 Từ biểu thức (2) cho thấy cố định L1 dịch chuyển vật AB hay cố định vật AB dịch chuyển L1 độ biến thiên nhỏ d1 khơng làm ảnh hưởng lên nhiều k1 mà ảnh hưởng đáng kể đến |k2|, nghĩa vị trí A1B1 L2 định thay đổi |k|, tức thay đổi độ lớn ảnh A2B2 * Xét cách 1: Cố định L1, dịch chuyển vật AB: L1 cố định, dịch chuyển vật AB, chiều chuyển động ảnh chiều chuyển động vật Để ảnh thật A2B2 cho hệ có độ lớn tăng lên, vị trí phải xa L2 Suy vật AB phải dịch chuyển lại gần L1 * Xét cách 2: Cố định vật AB, dịch chuyển L1: Trong trường hợp này, chiều chuyển động ảnh ảo A1B1 AB cho L1 chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động L1 so với vật AB Để ảnh thật A2B2 cho hệ có độ lớn tăng lên, vị trí A1B1 phải tiến gần L2 Suy thấu kính L1 phải dịch chuyển lại gần vật AB (dịch chuyển xa L2) * Gọi x độ dịch chuyển đủ nhỏ vật AB, độ dịch chuyển thấu kính L1: / * Ở cách ta có: d21 = O2C 1/ = d 11 + a / * Ở cách ta có: d22 = O2C 2/ = a + x + d 12 / Vì d11 = d12 = d1 - x d 11 = / d 12 d22 > d21 Độ dời A1B1 cách gần thấu kính L2 so với cách Vậy cách độ lớn ảnh A2B2 tăng mạnh c) Xác định d1 để ảnh cho hệ luôn ảnh thật: Khoảng cách l từ O1 đến F2 l = f2 - a = - 3,5 = 0,5 (cm) Để ảnh cuối A2B2 ảnh thật: - d 1/ > l d < f d1 f1 d1 f1 d1 >l >l > 0,5 d1 f1 f1 d1 d1 d > 0,5 – 0,5d 1,5d > 0,5 d > (cm) (1) Với - d 1/ > l - Với d < f d < (cm) (2) http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 283 cm < d < cm Vậy để ảnh cuối luôn ảnh thật phải đặt vật AB khoảng cm < d < cm trước L1 Từ (1) (2) Bài Gọi f, f1, f2 tiêu cự thấu kính L, L1, L2 + Với thấu kính L đặt vật AB O, ta thu ảnh A’B’ với độ phóng đại ảnh k + Với hệ L1, L2 đặt vật AB O ta thu ảnh A2B2 với độ phóng đại ảnh k’ + Thấu kính L đặt O thay hệ L1, L2 cho với vị trí AB đặt trước L cho độ phóng đại ảnh hệ L1, L2 nên ta có: k = k / Giả sử AB đặt O có thấu kính L ta có k = + Khi L2 đặt O1 cho ảnh trùng với O2; đảo vị trí L2 trùng với O1 ảnh AB qua L2 trùng với O2 độ phóng đại k1 100 OO Ta có: k1 = - = O1O O1O Theo giả thiết ta có: k1 = - 4k O1O = 25 cm O1O.O1 O2 25.100 + Tiêu cự thấu kính L2: f2 = = = 20 (cm) 25 100 O1O O1O2 + Với hệ L1, L2: k / = f1 f2 f d1 f d Ta có: d1 = O1O = 25 cm d 1/ = d2 = O1O2 - d 1/ = 100 Phương trình (*) = (*) d1 f1 25 f = d1 f1 25 f 25 f 25 f f1 f 25 20 = 25 f 20 100 25 f 20 f = 500 20 f 2500 100 f 25 f 20 f 20 f = = 20f1 = 2000 - 105f1 2000 105 f 2000 105 f 2000 f1 = = 16 (cm) 125 + Với k = k / ta có: 284 16.20 84 d 500 [ 16 ( d 25 )]. 20 d 9 ( d 25 ).16 d1 f1 Vì d2 = O1O2 - d 1/ = O1O2 = 100 d 25 16 d1 f1 100 d 900 16 d 400 500 84 d = = d 9 d 9 320 f df + 5f = 5f - 5d df = - 5d = = 64 d 320 d 5 f d f f1 f2 = = f d1 f d f d f = - (cm) Bài a)Tính khoảng cách vật vật kính Tính số bội giác ảnh + Học sinh A quan sát trực tiếp vết mỡ qua kính hiển vi Sơ đồ tạo ảnh: Xét ảnh tạo ra, ta có : - Với A2B2: d 2/ = d2 = f2 = 3,4 cm - Với A1B1: d 1/ = l – d2 = 16 - 3,4 = 12,6 cm d1/ f1 12,6.0,6 = = 0,63 (cm) Vậy vật phải đặt cách vật kính 0,63 cm / d1 f1 12,6 0,6 Đ 12.25 147 Số bội giác ảnh : G = = f1 f 0,6.3,4 d1 = b) Chiều khoảng cách dời ống kính: Tấm kính mặt song song B Sơ đồ tạo ảnh trường hợp là: Mắt học sinh B khơng có tật nên muốn quan sát ảnh qua kính hiển vi vô cực, học sinh phải điều chỉnh để có khoảng cách d1 cũ: d1 = 0,63 cm Khi lật thủy tinh lại, vật bị dời xa vật kính đoạn bề dày e thủy tinh Tác dụng làm ảnh A’B’ dời so với vật, theo chiều ánh sáng tức dời lại gần vật kính đoạn : e 1 1 e = e 1 = n 1,5 http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 285 Vậy vật kính, vật bị dời xa đoạn: e - e 2.e 2.1,5 = = = (mm) 3 Vậy để giữ nguyên giá trị d1, học sinh B phải dời ống kính xuống (lại gần thủy tinh) thêm đoạn mm Bài Nhận xét: Vật thật cho ảnh thật nên thấu kính hội tụ r d d/ L = R d/ d f d L r d f = d f R d f r d L L d Ld Lf = = R f f d fd d L Vì R khơng đổi, để r nhỏ nhỏ f d Ta có: Điều kiện xảy : f = d2 (L l)2 = L L * Khi thấu kính cách đoạn l = l1 = 40 cm ( L 40) f = L (1) * Khi thấu kính cách đoạn l = l2 = 55 cm dịch chuyển xa A đoạn 21 cm ta có: ( L 21 ) ( L 21 55) = L 21 L 21 ( L 34) ( L 40) Từ (1) (2) ta có : = L L 21 f = (2) 286 (L + 21)(L2 - 80L + 1600) = (L2 - 68L + 1156)L L3 - 80L2 + 1600L + 21 L2 - 1680L + 33600 = L3 - 68 L2 + 1156L 9L2 - 1236L + 33600 = L = 100 (cm) L = 37,33 (cm) (loại) Từ (1) ta tính được: f = ( L 40) (100 40) = = 36 (cm) L 100 Bài a) Tìm tiêu cự f1, f2, f3 thấu kính + Sơ đồ tạo ảnh với hệ ba thấu kính: + Sơ đồ tạo ảnh với hệ hai thấu kính L1, L3: / / / / / / Vì: A2 B2 = A1 B1 ; d 31 = d 32 nên: d 32 = d 31 d 2/ = d = Ta có: d = O1O2 - d 1/ d 1/ = O1O2 = 36 (cm) d = O2O3 - d 2/ d = O2O3 = 34 (cm) Tiêu cự thấu kính L1: f1 = 45.36 d1 d1/ = = 20 (cm) / 45 36 d1 d1 Tiêu cự thấu kính L3: d d 3/ 34.255 = = 30 (cm) / 34 255 d3 d3 f3 = Khi dịch chuyển L2 ta có sơ đồ tạo ảnh L2 (vị trí mới) L3 sau: / Vì d 33 = d 33 = f = 30 (cm) / / d 22 Mà d 33 = O 2/ O - d 22 = O 2/ O - d 33 = 24 - 30 = - (cm) d 22 = O O 2/ - d 1/ = 46 - 36 = 10 (cm) Tiêu cự thấu kính L2: f = / 10.(6) d 22 d 22 = = - 15 (cm) / 10 d 22 d 22 b) Tìm vị trí L2 khoảng O1O3: http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 287 Khi tịnh tiến vật AB trước thấu kính L1, tia tới từ B song song với trục khơng đổi Có thể coi tia điểm vật vơ cực trục phát Nếu ảnh sau có độ lớn khơng đổi, ta có tia ló khỏi L3 song song với trục cố định Có thể coi tia tạo điểm ảnh vơ cực trục Hai tia tương ứng với qua hệ thấu kính Ta có : d1 = d 1/ = f = 20 (cm) / d = d = f = 30 (cm) Gọi x khoảng cách từ L1 đến L2 thỏa yêu cầu đề bài; ta có: d = x - d 1/ = x - 20 (1) d = 70 – x - d 2/ = 30 (2) Từ (1) (2) ta được: 70 - x - ( x 20)(15) = 30 x 20 15 70x - 350 - x + 5x + 15x - 300 = 30x - 150 (*) x - 60x + 500 = Phương trình (*) cho ta 02 giá trị: x = 50 cm x = 10 cm c Tiêu cự f1: Ta có sơ đồ tạo ảnh: Lần lượt xét ảnh ta có : Với A B : d 1/ = d1 f1 d1 f1 d1 f1 9d f d f 9d1 f1 (9 d1 ) = = d1 f1 d1 f1 d1 f 9d1 f1 (9 d1 )(15) d1 f1 d2 f2 15d1 ( f1 9) f1 d 2/ = = = ; ĐK: f d d f 9d1 f1 (9 d1 ) 15 d1 (24 f1 ) 24 f1 d1 f1 Với A 2/ B 2/ : d = l - d 1/ = - Muốn ảnh A 2/ B 2/ ảnh thật thì: d 2/ > 0; (với d thuộc [24 cm ; 45 cm] 1524( f1 9) f1 15(33 f1 216) = 24(24 f1 ) 24 f1 48(12 f1 ) 72 33 f1 216 / Ta có: d 21 >0 > 0 cm < f < 12 cm 11 12 f1 / + Với d 11 = 24 cm; d 21 = 288 / Khi: f = 12 cm; d 21 = Khi: f = 72 / cm; d 21 11 15(33 f1 216) 15(33.12 216) = = 48(12 12) 48(12 f1 ) 72 15(33 216) 15(33 f1 216) 11 = = = 72 48(12 f1 ) 48(12 ) 11 Bài a) Xác định vị trí vật, thấu kính để khoảng cách vật nhỏ Khi hứng ảnh vật màn, khoảng cách L vật khoảng cách ảnh thật vật thật Ta có: d + d / = L d + d - Ld + Lf = Ta có: = L2 - 4Lf df = L d - df + df = Ld - Lf d f (1) Để khoảng cách vật nhỏ Lmin = 4f = 4.25 = 100 cm Phương trình (1) cho nghiệm d = 50 cm Vậy vị trí vật đối xứng qua thấu kính d = d / = 2f = 50 cm b) Tính tiêu cự f2 Trường hợp Sơ đồ tạo ảnh: Nếu vết sáng có đường kính khơng đổi tịnh tiến màn, chùm tia ló tạo thấu kính L2 chùm tia song song với trục d 2/ = f2 = d2 Mà d2 = - 30 cm (d2 ảnh ảo cách L2 30 cm) Vậy L2 thấu kính phân ký có tiêu cự f2 = - 30 cm Trường hợp Sơ đồ tạo ảnh: http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 289 Theo đề bài, chùm tia ló tạo L2 chùm tia phân kỳ hay chùm hội tụ + Nếu chùm tia ló chùm tia phân kỳ (S // ảo) ta có: d 2/ 30 10 d 2/ d 10 D2 / / =2= = d + 40 = d + 60 / / D1 d 30 d2 d2 / d = - 20 (loại) + Vậy chùm tia ló tạo L2 chùm tia hội tụ (S // thật) Khi / D2 d d 10 30 d 2/ 10 = = 30 - d 2/ + 10 = 60 - 2d 2/ / / D1 d2 d2 30 d d 2/ = 20 cm Vậy L2 thấu kính hội tụ có f2 = d d 2/ (30).20 = = 60 cm / (30) 20 d2 d2 / D2 10 (d d ) Khi = 10 - d 2/ + 30 = 2d 2/ - 60 3d 2/ = 100 / D1 d2 d2 100 (30)( ) / 100 d d 2 d 2/ = cm f2 = = = - 300 cm 100 d d 2/ (30) Vậy L2 thấu kính phân kỳ có f2 = - 300 cm Trường hợp Sơ đồ tạo ảnh: Theo đề bài, chùm tia ló tạo L2 chùm tia hội tụ (S // thật) / D2 d 10 d d 2/ 10 30 d 2/ = 50 cm Khi = = / D1 d 2/ d 2 d 30 f2 = d d 2/ (30).50 = = - 75 cm / (30) 50 d2 d2 Vậy L2 thấu kính phân kỳ có f2 = - 75 cm 290 / D2 10 (d d ) 110 10 d 2/ 30 d 2/ = Khi = = cm / / D1 d2 d2 2 d 30 f2 = / d2d d d 2/ 110 (30).( ) = = - 165 cm 110 (30) Vậy L2 thấu kính phân kỳ có f = - 165 cm Bài a) Xác định ảnh cuối A / B / tạo quang hệ a = 70 cm d = 36 cm d 1/ = d1 f 36.30 = = 180 cm d1 f 36 30 d = a - d 1/ = 70 - 180 = - 110 cm d 2/ = d2 f2 1100 (110).(10) = = = - 11 cm d2 f2 (110) (10) 100 180 (11) 1980 = = 36 110 3960 k = k1.k2 = Vậy ảnh A / B / ảnh ảo, phía trước L2 11 cm, chiếu với AB AB Xác định giá trị a để A / B / ảnh thật Ta có: d 1/ = 180 cm; d = a - d 1/ = a - 180 d2 f2 (180 a) (a 180)(10) = = 10 d f (a 180) (10) a 170 d 2/ = Xét dấu theo a: a 180 – a a – 170 d / 170 + - || + + + 180 0 + + - Để A / B / ảnh thật, d 2/ > 170 cm < a < 180 cm b) Với giá trị a độ phóng đại ảnh cuối A / B / cho hệ thấu kính khơng phụ thuộc vị trí vật http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 291 d1 f d1 f ; d = a - d 1/ = a d1 f d1 f f2 f1 f f1 k = k1.k2 = = d1 a ( f1 f ) f1 f af1 d1 f d f Ta có: d 1/ = Để k khơng phụ thuộc d a = f + f = 20 cm Bài Tính tiêu cự f1 thấu kính O1 Ta có sơ đồ tạo ảnh: đường kính rìa O2 nên ảnh S2 ảnh thật Mặt khác dịch chuyển xa, bán kính vệt sáng giảm nên ảnh thật S2 nằm sau Do vết sáng có đường kính Gọi x khoảng cách từ O2 đến E, ta có: d = O1O2 - d 1/ d 1/ + d = 15 – x d = 15 - d 1/ - x Đặt a = 15 - d 1/ ; d 1/ < nên a > Ta được: d = a – x (1) d x 2d 2/ = 3x = / d2 d2 f2 Mặt khác d 2/ = d2 f2 Theo đề bài: / Từ (1), (2) (3) ta có: = (2) (3) ( a x )6 3x 3x - (3a - 6)x + 12a = (*) = a x6 (3a 6) 144a Ngồi ra, có hai vị trí O2 cách cách L = cm cho vết sáng có kích thước Muốn hai nghiện x1 x2 phương trình (*) phải thỏa mãn: 292 x1 - x2 = L (3a 6) (3a 6) = L 6 =L (3a – 6) - 144a = 324 Ta được: a = 21,5 cm; (ĐK: a > 0) Mà a = 15 - d 1/ d 1/ = 15 - 21,5 = - 6,5 cm d1d1/ 10.(6,5) f1 = = = - 18,6 cm / 10 6,5 d1 d1 Bài Xác định tiêu cự hai thấu kính số phóng đại ảnh vị trí / / / Ta có: d + d2 = l Thay d d2 giá trị tính theo d1 d , ta d1 f1 d 2/ f hệ thức sau: + / =l d1 f1 d2 f2 / Ban đầu d = 15 cm, d = 12 cm, l = 30 cm 15 f1 12 f + = 30; ĐK: f1 15, f2 12 15 f1 12 f (1) 5f (12 – f ) + 4f (15 – f ) = 10(15 – f )(12 – f ) (2) Ta có: Sau hốn vị L1, L2 d1 l không đổi, / d2 = 10 cm / d1 f d f + / =l d1 f d f1 15 f 10 f1 + = 30 15 f 10 f1 Ta có: (3) 3f2.(10 – f1) + 2f1.(15 – f2) = 6(15 – f2)(10 – f1) Khai triển rút gọn (2) (4), ta được: 19f f - 180f - 210f + 1800 = (4) 11f f - 120f - 90f + 900 = (6) Lấy (5) trừ (6), ta được: 8f f - 60f - 120f + 900 = Lấy (6) trừ (7), ta được: 3f f - 60f + 30f = hay f f = 20f - 10f (7) Thay (8) vào (7) ta được: f = f - (9) (5) (8) Thay (9) vào (8) ta được: 2f - 39f + 180 = Phương trình cho ta nghiệm dương: f = 12 cm; f = 7,5 cm Tương ứng ta có: f = 12 cm f = 15 cm (loại) f = 7,5 cm f = cm http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 293 Vậy tiêu cự hai thấu kính là: f = cm; f = 7,5 cm Số phóng đại ảnh vị trí: k1 = f1 12 7,5 d / f2 = = 0,4 d1 f1 15 f2 7,5 k2 = f2 d / f1 7,5 10 = = d1 f f1 15 7,5 Bài 10 a) Tính tiêu cự f thấu kính hội tụ Sơ đồ tạo ảnh: Theo đề ta có: A1B1 ảnh ảo qua O1, vật thật cho thấu kính O tạo ảnh thật A2B2 sau O2 Ảnh vật ảo cho O2 tạo ảnh thật rõ nét d1 f1 24.(12) = = - cm d1 f1 24 (12) d3 f3 15.(30) / d = 15 cm; f = -30 cm nên d = = = - 10 cm d3 f3 15 30 / Ta có: d = 24 cm; f = -12 cm nên d = Suy khoảng cách từ vật A1B1 đến A2B2 là: L = + 46 + 10 = 64cm 642 162 L2 l Vậy f = = = 15 cm 4L 4.64 b) Tính độ cao ảnh M Ta có: A1B1 = AB d1/ h = d1 Từ hệ phương trình: / d2 + d = 64 1 / 15 d d / / Ta được: d2 = 24 cm, d = 40 cm d2 = 40 cm, d = 24 cm Ở vị trí thứ nhất: k1 = - 5 15 5 d 2/ =nên A2B2 = A1B1 = h Vậy A3B3 = h = h 3 10 d2 Ở vị trí thứ hai: k2 = - 3 15 nên A2B2 = A1B1 = h Vậy A3B3 = h= h 5 10 10 294 O3 F3 A' B ' 40 O F A' B ' a 20 k AB AB O1 F1 ' 30 a 10 O2 F1 ' http://topdoc.vn – Đánh máy sách tham khảo, giáo án dạy thêm, đề thi,… 295 ... đồng chất, điện môi có chi u dày di số điện mơi ɛ i coi đặt chân khơng với khoảng cách tăng lên ( d i di ) 10 Ta có : Khi đặt vào khoảng cách hai điện tích điện mơi chi u dày d khoảng cách... có phương chi u hình vẽ: 8 8 | q1q3 | | 4.10 5.10 | = 9.10 = 45.10-3 (N) 2 AC (2.10 ) Lực tổng hợp q1 q2 tác dụng lên q3 là: Có độ lớn: F1 = F2 = k F = F1 + F2 ; có phương chi u hình... phương chi u hình vẽ: Có độ lớn: F1 = F2 = k 19 19 | q1q3 | | |1,6.10 1,6.10 = 9.10 = 9.10-27 (N) 2 AC (16.10 ) Lực tổng hợp q1 q2 tác dụng lên q3 là: F = F1 + F2 ; có phương chi u hình