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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ  LƯU THỊ HƯƠNG 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 cương HÀ NỘI, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ  LƯU THỊ HƯƠNG 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 cương Người hướng 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 trường Đại học Sư phạm Hà Nội tận tình giảng dạy suốt năm học để em có tảng tri thức Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Thị Thắm người hướng 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 ý kiến đóng góp q thầy, bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lưu Thị Hương 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 chưa cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lưu Thị Hương Lan Mục lục MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.1 Thấu kính 1.1.1 Định nghĩa .3 1.1.2 Quy ước dấu 1.1.3 Công thức thấu kính 1.1.4 Tiêu cự Độ tụ .6 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 tưởng 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 CHƯƠNG 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 CHƯƠNG 3.1 3.1.1 36 Hệ thống câu hỏi lí thuyết 36 Hệ thống câu hỏi 36 3.1.2 3.2 Đáp án câu hỏi 38 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 tượng liên quan tới ánh sáng, định luật quang học dụng cụ quang học sử dụng nhiều đời sống Thấu kính dụng cụ quang học điển hình quang học Nghiên cứu thấu kính tìm hiểu đường 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 tính tối ưu, người ta thường ghép nhiều thấu kính thành hệ thấu kính Hiện nay, tài liệu liên quan đến quang học tập thấu kính hệ thấu kính trình bày chủ yếu dạng tự luận, đặc biệt tài liệu cho sinh viên ngành sư phạm Vật lý Còn tập dạng trắc nghiệm 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 sư 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 cương nói chung kính Mục đích nghiên cứu Nắm kiến thức chung thấu kính, hệ thấu kính Nắm cách tạo ảnh vật qua thấu kính, hệ thấu kính Đưa 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 tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: 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… Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tra cứu tài liệu - Phương pháp tổng hợp, phân loại giải tập Cấu trúc khóa luận - Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, khóa luận bao gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan thấu kính hệ thấu kính Chương 2: Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần thấu kính mỏng Chương 3: Hệ thống câu hỏi tập trắc nghiệm phần hệ thấu kính CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THẤU KÍNH VÀ HỆ THẤU KÍNH 1.1 Thấu kính 1.1.1 Định nghĩa - Thấu kính khối đồng chất, suốt 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 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 O Trục phụ Hình 1.1 - Đường 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 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 công thức thấu kính hệ thấu kính, ta áp dụng quy ước dấu trình bày Quy + ước dùng chung cho toàn nội dung khóa luận h Nếu coi chiều dương (+) ’ O ’ -h -s s chiều truyền ánh sáng từ trái qua phải chọn gốc tọa độ đỉnh O, độ dài đoạn thẳng Hình 1.4 xem dương chiều trùng với chiều truyền ánh sáng, ngược lại âm (Hình 1.4) Độ cao vật ảnh coi dương chúng hướng lên trên, âm chúng hướng xuống (Hình 1.4) Bán kính R mặt cầu khúc xạ dương -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 dương 3.1.2 Đáp án câu hỏi Đáp án hệ thống câu hỏi lí thuyết Câu hỏi 3.1 3.2 3.3 Đáp án 3.2 D D A 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 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 ghép sát đồng trục với thấu kính có tiêu cự để thu kính tương đương 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 thấu kính tương đương với tiêu cự A 50 cm C 20 cm B 15 cm D -15 cm 3.11 Hai thấu kính mỏng có tiêu cự 10 cm - 20 cm ghép sát tương đương với thấu kính có độ tụ: A   C   5dp 10dp D  10dp B   5dp 3.12 Hệ hai thấu kính hội tụ (L1), (L2) ghép đồng trục tiêu cự 10cm; 20cm Vật sáng AB đặt trục trước (L1) đoạn 15cm Để hệ cho ảnh A’B’ vơ cực khoảng cách hai kính là: A 30cm C 50cm B 35cm D 15cm 3.13 Hai thấu kính tiêu cự 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 ) trước 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 - Hướng 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 xác định theo công thức sau: ' '  f 1f f ' L  f'  f Với: f'f' 3cm ' f  3.3  cm 233 Vị trí mặt phẳng xác định công thức: s d H f '  4 '  f2 Mặt phẳng thứ cách O1 : cm cm f  cm s  d    H ' f1 ' Mặt phẳng thứ hai cách O2 : 3 cm H’ H B A O1 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 ' cm  sH  26 ’ 99 cm , hay cách O đoạn 30 cm Ảnh cuối qua hệ cách H 26 13 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 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   C   6 D   3 B   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 vng góc trục trước thấu kính L1 cách L1 khoảng 60 cm Hãy xác định vị trí ảnh cuối A’B’ cho hệ ’ A s 2= 30cm ’ B s 2= -30cm ’ C s 2= 60cm ’ D s 2= -60cm 3.16 Đặt vật sáng AB cao 2cm trước vuông 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 trước 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 B 7cm C 7cm 9,4cm D 9.4cm 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 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 ) trước 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 - Hướng dẫn : Sơ đồ tạo ảnh: (L1) AB s1 + Ảnh A1B1 : ’ (L2) A1B1 ’ s1 s2 s 1f '1 30s s  '  s1  f1 s1  30 ' ’ + Ảnh A B : 30s1 30s1  60( s1  30) s2  s1'  L   60  s  s  30 30 30 s1  1800  s2  s1  30 ’ ’ AB s ’  30s1  1800 .(30) (30 s1  1800).(30)   60 s1  2700   30 s  1800  s  30    (s  30) 30   30   s1  30  s    s2 f'2 s2  '  f  s2 '  '  60+s1  (15) s  s1  45 ’ Bảng xét dấu s2 theo s1: s1 -60  -s1 - 60 + s1 + 45 - ’ s2 Từ bảng trên, ta thấy: ’ ’ A B ảnh thật s  20 ' 0 -45 - - - + + || - -45 > s1> -60 hay 45cm