Chuyên đề thấu kính vật lí 11

Đề mục MỤC LỤC Trang PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN II NỘI DUNG I, LÝ THUYẾT: 5 II, CÁC DẠNG BÀI TẬP 11 DẠNG 1: TOÁN VẼ 11 DẠNG 2:CÁC LOẠI BÀI TẬP CĨ TÍNH TỐN 21 THƯỜNG GẶP VỀ THẤU KÍNH I) CÁC VÍ DỤ VỀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ẢNH VÀ VẬT 23 II)CÁC VÍ DỤ VỀ DI CHUYỂN VẬT, THẤU KÍNH HOẶC MÀN 28 III)CÁC VÍ DỤ VỀ ẢNH CỦA HAI VẬT ĐỐI MỘT THẤU KÍNH HOẶC ẢNH CỦA MỘT VẬT ĐẶT GIỮA HAI THẤU KÍNH 41 IV) CÁC VÍ DỤ VỀ THẤU KÍNH 46 VỚI MÀN CHẮN SÁNG V, BÀI TẬP TỔNG HỢP XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH 50 KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHUYÊN ĐỀ 52 BÀI HỌC KINH NGHIỆM 53 PHẦN III: KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Giáo dục: GD Học sinh: HS Trung học sở: THCS Trung học phổ thông: THPT Học sinh giỏi: HSG Nhà xuất bản: NXB Thấu kính hội tụ: TKHT Thấu kính phân kì: TKPK PHẦN I : MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết chuyên đề Nâng cao chất lượng dạy học nói chung chất lượng dạy học vật lí nói riêng nhiệm vụ cấp bách trường phổ thơng Trong dạy học vật lí nâng cao chất lượng dạy học phát triển lực nhận thức học sinh nhiều biện pháp nhiều phương pháp khác nhau, phương pháp có ưu điểm riêng, nên địi hỏi phải biết lựa chọn, phối hợp phương pháp cách thích hợp để chúng bổ sung cho nhằm giúp học sinh phát huy tối đa khả tư độc lập, tư logic tư sáng tạo Bài tập vật lí biện pháp quan trọng để thực nhiệm vụ Bài tập vật lí giúp học sinh đào sâu mở rộng kiến thức cách sinh động, phong phú, giúp cho giáo viên củng cố hệ thống hóa kiến thức cách thuận lợi, rèn luyện nhiều kĩ cần thiết vật lí góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh Bài tập vật lí giúp cho học sinh phát triển lực nhận thức, rèn trí thơng minh Một tập có nhiều cách giải, ngồi cách giải thơng thường, quen thuộc cịn có cách giải độc đáo, thơng minh, sáng tạo, ngắn gọn xác Việc đề xuất tập có nhiều cách giải, yêu cầu học sinh tìm lời giải hay, ngắn gọn, nhanh sở phương pháp giải toán, qui luật chung vật lí biện pháp có hiệu nhằm phát triển tư trí thơng minh cho học sinh Xuất phát từ nhiệm vụ năm học Phòng giáo dục - Đào tạo Trường THCS Yên Lạc đề ra, với mục tiêu: “Nâng cao số lượng chất lượng đội tuyển HSG cấp, đặc biệt HSG cấp tỉnh” Qua nhiều năm giảng dạy trường THCS tìm hiểu đề thi HSG năm gần đây, nhận thấy số lượng tập thấu kính đề thi HSG đề thi vào trường THPT chuyên chiếm tỉ lệ tương đối cao chương trình THCS đề thi học sinh giỏi cấp Từ thực tế chọn chuyên đề “MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH” nhằm giúp em học sinh có kinh nghiệm giải tốn vật lí , em hệ thống hóa kiến thức Giúp em có phương pháp giải dạng tập thấu kính có hứng thú, say mê học tập vật lí, đặc biệt THCS nói riêng Việc biên soạn chuyên đề nhằm đáp ứng nguyện vọng em học sinh muốn ôn tập, luyện tập, chuẩn bị cho kì thi học sinh giỏi cấp kì thi tuyển sinh vào trường THPT chuyên II Mục đích nghiên cứu - Xây dựng hệ thống tập phương pháp giải đặc trưng cho tập thấu kính - Cung cấp cho học sinh số kỹ đánh giá nhận dạng tập đặc trưng - Chuẩn bị tốt kiến thức cho thân, đặc biệt vận dụng kiến thức vào cơng tác giảng dạy góp phần nâng cao hiệu giảng dạy III Đối tƣợng nghiên cứu Trên sở nghiên cứu kiến thức vật lí nâng cao thấu kính, từ áp dụng vào việc giải xây dựng hệ thống phục vụ cho việc nâng cao kiến thức IV Phạm vi nghiên cứu Chương trình vật lí THCS hành V Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu chuyên ngành liên quan tới phạm vi kiến thức liên quan - So sánh, đối chiếu phương pháp giải tập chọn lựa phương pháp giải tối ưu - Hệ thống hóa tập thành chủ đề từ dễ tới khó - Học hỏi kinh nghiệm đ ng nghiệp, đặc biệt qua tổng kết đánh giá kết học tập học sinh - Tham gia lớp tập huấn nhằm nâng cao nghiệp vụ chuyên gia đầu ngành giảng dạy - Tự b i dư ng, trau d i thường xuyên rút học kinh nghiệm trình giảng dạy, kiểm tra, đánh giá học sinh VI Đóng góp chuyên đề Chuyên đề góp phần cung cấp thêm tài liệu giúp em học sinh có tài liệu tham khảo củng cố kiến thức PHẦN II NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ: MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ THẤU KÍNH I, LÝ THUYẾT: CÁC ĐỊNH NGHĨA: a) Thấu kính: Là mơi trường suốt đ ng chất giới hạn hai mặt cầu, mặt cầu mặt phẳng b) Phân loại thấu kính: Có hai loại thấu kính: b.1: Thấu kính có phần rìa mỏng phần thấu kính hội tụ Khi chiếu chùm ánh sáng song song qua thấu kính cho chùm tia ló hội tụ điểm b.2: Thấu kính có phần rìa dày phần thấu kính phân kì Khi chiếu chùm ánh sáng song song qua thấu kính cho chùm tia ló loe rộng c) Trục chính: Đường thẳng qua tâm hai mặt cầu giới hạn thấu kính mặt cầu vng góc với mặt phẳng giới hạn thấu kính gọi trục thấu kính d) Quang tâm: Để thu ảnh rõ nét qua thấu kính thấu kính phải mỏng, coi trục cắt thấu kính điểm O gọi quang tâm thấu kính e) Trục phụ: Tất đường thẳng qua quang tâm O mà khơng phải trục gọi trục phụ thấu kính f) Tiêu điểm chính: Một chùm tia tới song song với trục thấu kính cho chùm tia ló cắt có đường kéo dài cắt điểm F nằm trục điểm gọi tiêu điểm thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm F F’ nằm trục đối xứng qua thấu kính g) Tiêu điểm phụ: Tất tiêu điểm tiêu điểm phụ tạo thành mặt phẳng tiêu diện vng góc với trục tiêu điểm * Chú ý: + Khi tiêu điểm tia tới hay phần kéo dài tia tới gọi tiêu điểm vật + Khi tiêu điểm tia ló hay phần kéo dài tia ló gọi tiêu điểm ảnh h) Với thấu kính hội tụ tiêu điểm nằm bên tia tới tiêu điểm vật tiêu điểm nằm bên tia ló tiêu điểm ảnh Ngược lại với thấu kính phân kì tiêu điểm ảnh nằm bên tia tới Mặt phẳng tiêu diện O / Mặt phẳng tiêu diện O i) Điểm vật điêm ảnh(2’) * Điểm vật: giao tia sáng tới Có hai loại : + Điểm vật tạo chùm sáng phân kì tới thấu kính điểm vật thật (là giao tia sáng tới có thật) + Điểm vật tạo chùm sáng hội tụ tới thấu kính điểm vật ảo (là giao tia sáng tới kéo dài gặp nhau) S Vật thật S Vật ảo F’ O F F O F’ * Điểm ảnh giao tia ló Có hai loại : + Điểm ảnh chùm tia ló hội tụ điểm ảnh thật (là giao tia ló có thật) + Điểm ảnh chùm tia ló phân kì điểm ảnh ảo (là giao tia ló kéo dài gặp nhau) S O F’ F S Ảnh thật F O F’ Ảnh ảo ĐƯỜNG ĐI CỦA CÁC TIA SÁNG a) Tất tia sáng song song với trục tia ló qua có đường kéo dài qua tiêu điểm nằm trục Tia sáng song song với trục I S F I S O / F/ F F/ O / Tia sáng song song với trục phụ I S F1’ I * Đường truyền tia sáng có tính chất thụân nghịch b) Tia sáng qua có đường kéo dài qua tiêu điểm chính, phụ tia ló song song với trục chính, phụ tương ứng Với tiêu điểm S F I S I F/ O / F O F/ O F/ / Với tiêu điểm phụ I F1’ S I S F / F O F ’ F1 Tia sáng song song với trục phụ c) Tia sáng tới qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng S S F O F ’ F O F ’ d) Ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính: - Tia sáng song song với trục cho tia ló qua có đường kéo dài qua tiêu điểm - Tia sáng qua có đường kéo dài qua tiêu điểm tia ló song song với trục - Tia sáng qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng e) Đường truyền tia tới qua thấu kính Một tia tới coi như: + Song song với trục phụ, tia ló qua hay có phần kéo dài qua tiêu điểm phụ trục phụ + Đi qua hướng tới tiêu điểm phụ, tia ló song song với trục phụ tương ứng * Từ tính chất ta suy biết tia tới ta vẽ tia ló ngược lại CÁCH VẼ ẢNH CHO BỞI THẤU KÍNH(4’) a) Cách vẽ ảnh điểm vật S đứng trước thấu kính a.1: Vẽ ảnh điểm vật S khơng thuộc trục Ta sử dụng hai ba tia sáng đặc biệt xuất phát từ S hay có phần kéo dài qua S tới thấu kính vẽ hai tia ló tương ứng, giao hai tia ló có thật ta có ảnh thật S ’ giao hai tia ló kéo dài gặp ta có ảnh ảo S’ S S S I O F S’ F ’ I O F F ’ S’ S: Vật thật S’: Ảnh thật S S: Vật thật S’: Ảnh ảo S’ I F S: Vật ảo S’: Ảnh thật I S S’ F’ O F S: Vật ảo S’: Ảnh thật O F’ a.2: Vẽ ảnh điểm vật S nằm trục chính: Ta sử dụng tia tới thứ tia sáng SO trùng với trục tia truyền thẳng Tia thứ hai tia SI tới thấu kính vẽ tia ló tương ứng giao tia ló với trục có thật kéo dài gặp ảnh S’ S I I F1’ S’ S O F F S’ S F ’ O F1 S: Vật thật S’: Ảnh thật F/ S: Vật thật S’: Ảnh ảo b) Vẽ ảnh vật AB b.1: Vẽ ảnh vật sáng AB vng góc với trục A Nhận xét: A trục nên ảnh A A’ trục Do AB đoạn thẳng vng góc với trục A’B’ đoạn thẳng vng góc với trục A’ Do muốn vẽ ảnh AB ta sử dụng hai ba tia sáng đặc biệt để vẽ ảnh B ’ B qua thấu kính, r i từ B’ ta hạ đường thẳng vng góc với trục cắt trục A’ ảnh A Và A’B’ ảnh AB Đường nối A’B’ nét liền A’B’ ảnh thật; nét đứt A’B’ ảnh ảo b.2: Kết I B A F B F ’ O A’ A F - Ảnh thật O A’ B’ : Vật thật I B’ : Vật thật - Ảnh ảo B’ B’ x I B A A’ F O I B y F’ A’ F A O F’ Hướng dẫn giải N B A F O A/ F/ A/ O A/ B /    A / O  AO AO AB A / B / A / B / OA/  f 4.OA  f 4   f  0,8.OA ∆ONF/ ~ ∆ A/B/F/  ON  AB  f f B/ - Từ hình vẽ ta có: AOB ~ A / OB /  (1) Do vật đặt trước TKHT khơng thể có ảnh thật nên: - Khi OA1 = OA – 4, thấu kính cho ảnh thật - Khi OA2 = OA – 6, thấu kính cho ảnh ảo Trường hợp ảnh thật: A1/ B1/ F / A1/ F / B1/   Do ∆IOF ~ ∆B 1A 1F  (*) A1 B1 OF / IF / / / / / Do ∆F/OB/1 ~ ∆IB1B/1  hay B/2 F / B1/ OF / F / B1/ OF / f     / / / / / B1 I OA1  f IB1 IB1  F B1 B1 I  OF F / B1/ f  (**) / OA1  f IF Từ (*) (**)  A1/ B1/ f  A1 B1 OA1  f B2 A/2 A2 F O / (2) Trường hợp ảnh ảo: Ta có ∆KOF/~∆B/2A/2F/ ∆B/2KB2~∆B/2F/O A2/ B2/ OF / f   Tương tự ta có: / A2 B2 OF  B2 K f  A2 O K (3) Mặt khác: A/1B/1 = A/2B/2 ; A1B1 = A2B2 = AB (4) Từ (2), (3), (4)  OA1 – f = f – OA2 (5) F/ Mà OA1 = OA – 4; OA2 = OA –  OA – f = (6) Từ (1) (6)  OA = 25cm, f = 20cm Theo kết câu a B nằm đường vng góc với trục tiêu điểm (tiêu diện) - Bằng phép vẽ ( H.vẽ ) ta thấy ảnh B/ vô (trên IA/ kéo dài) ảnh A/ trục Suy độ lớn ảnh A/B/ vơ lớn, mà AB xác định A/ B / Vì tỷ số:  AB I B A/ N A F O F/ 3) Các tập vận dụng Bài Một điểm sáng S đặt trước thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 40cm Di chuyển S khoảng 20cm lại gần thấu kính người ta thấy ảnh S’ S di chuyển khoảng 40cm Tìm vị trí vật ảnh lúc đầu lúc sau di chuyển.(Đ/s: OA’ = OA’ = 80 cm) Bài Đặt điểm sáng S trục thấu kính phân kỳ có tiêu cự f = –10cm, thu ảnh S’ Di chuyển S khoảng 15cm lại gần thấu kính ta thấy ảnh S’ di chuyển khoảng 1,5cm Tìm vị trí vật ảnh lúc đầu lúc sau di chuyển.(Đ/s: OA = 30 cm,OA’ = 7,5 cm) Bài Một vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ cách thấu kính 36cm ta thu ảnh A1B1 E đặt vng góc với trục Tịnh tiến AB vầ phía thấu kính 6cm theo trục phải dịch chuyển E để thu ảnh A2B2? Cho biết A2B2 = 1,6A1`B1 Tính tiêu cự thấu kính độ phóng đại ảnh A1B1 A2B2 (Đ/s: xa TK 15 cm; f = 20 cm, K1 = 1,25; K2 = 2) Bài Một vật AB đặt vng góc với trục thấu kính phân kỳ cách thấu kính khoảng d1 cho ảnh A1B1 Cho vật tiến lại gần thấu kính 40cm ảnh A2B2 cách A1B1 5cm có độ lớn A2B2 = 2A1B1 Xác định tiêu cự thấu kính, vẽ hình (Đ/s: f = 280 cm) Bài Một vật AB đặt trước thấu kính O cho ảnh rõ nét E Dịch vật lại gần thấu kính 2cm phải dịch khoảng 30cm lại thu ảnh rõ nét, ảnh lớn 5/3 ảnh trước a) Thấu kính thấu kính gì? Màn E dịch chuyển theo chiều nào? b) Tính tiêu cự thấu kính độ phóng đại trường hợp (Đ/s: f= 15 cm) Bài Một thấu kính hội tụ cho ảnh thật S’ điểm sáng S đặt trục Khi dời S, kể từ vị trí đầu tiên, gần thấu kính 5cm ảnh dời 10cm Khi dời S, kể từ vị trí đầu tiên, xa thấu kính 40cm ảnh dời 8cm Tính tiêu cự thấu kính (Đ/s: f = 10 cm) Bài Vật thật đặt trục vng góc với trục thấu kính cho ảnh ảo 1/2 vật Dời vật 100cm dọc theo trục ảnh vật ảnh ảo nhỏ vật lần Xác định chiều dời vật, vị trí ban đầu vật Tính tiêu cự (Đ/s: f = 100 cm) Bài Một thấu kính hội tụ có f = 12cm Điểm sáng A trục có ảnh A’ Dời A gần thấu kính thêm 6cm, A’ dời 2cm khơng đổi tính chất Định vị trí vật ảnh lúc đầu (Đ/s: OA = 36 cm,OA’ = 18 cm) Bài Thấu kính phân kỳ có tiêu cự 10cm Vật AB trục chính, vng góc với trục chính, có ảnh A’B’ Dịch chuyển AB lại gần thấu kính thêm 15cm ảnh dịch chuyển 1,5cm Định vị trí vật ảnh lúc đầu (Đ/s: f = 18 cm) Bài 10 Vật AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ có ảnh thật A1B1 cao 2cm Dời AB lại gần thấu kính thêm 45cm ảnh thật A2B2 cao 20cm cách A1B1 đoạn 18cm Hãy xác định tiêu cự thấu kính vị trí ban đầu vật (Đ/s: f = 10 cm; OA = 60 cm) Bài 11 Vật cao 5cm Thấu kính tạo ảnh cao 15cm Giữ nguyên vị trí thấu kính rời vật xa thấu kính thêm 1,5cm Sau rời để hứng ảnh rõ vật, ảnh có độ cao 10cm Tính tiêu cự thấu kính.(Đ/s: f = 9cm) Bài 12 Vật AB đặt cách thấu kính hội tụ đoạn 30cm ảnh A1B1 ảnh thật Dời vật đến vị trí khác, ảnh vật la ảnh ảo cách thấu kính 20cm Hai ảnh có độ lớn Tính tiêu cự thấu kính (Đ/s: f = 20 cm) Bài 13 Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục thấu kính cho ảnh thật Nếu cho vật dịch lại gần thấu kính khoảng 30cm ảnh AB ảnh thật nằm cách vật khoảng cũ lớn lên gấp lần a) Hãy xác định tiêu cự thấu kính vị trí ban đầu vật AB b) Để có ảnh cho vật, phải dịch chuyển vật từ vị trí ban đầu khoảng bao nhiêu, theo chiều nào?.(Đ/s: gần TK 20 cm) III)CÁC VÍ DỤ VỀ ẢNH CỦA HAI VẬT ĐỐI MỘT THẤU KÍNH HOẶC ẢNH CỦA MỘT VẬT ĐẶT GIỮA HAI THẤU KÍNH * 1) Học sinh cần lưu ý: Khi gặp tốn loại thật kết loại tập vật đứng trước thấu kính, nhiên có điểm khác chỗ kết hợp hai lần tạo ảnh qua thấu kính phương pháp giải ta thự lần toán xác định ảnh, vật r i kết hợp lại để giải tìm ẩn tốn 2) Các ví dụ minh hoạ 2.1 Ví dụ 1: (Trích CS4/26 Tạp trí Vật lý & Tuổi trẻ) Hai vËt nhá A1 B1 vµ A2 B2 giống đặt song song với cách 45cm Đặt thấu kính hội tụ vào khoảng hai vật cho trục vuông góc với vật Khi dịch chuyển thấu kính thấy có hai vị trí thấu kính cách 15cm cho hai ảnh: ảnh thật ảnh ảo, ảnh ảo cao gấp lần ảnh thật Tìm tiêu cự thấu kính (không dùng công thøc thÊu kÝnh) Hướng dẫn giải: B1 I B2 F’ F A1 O O1 A2 Gäi O vµ O  hai vị trí quang tâm trục OO 15cm Theo tính chất thuận nghịch ánh s¸ng Ta cã: A1O  OA2 : A1O  OO  OA2  45cm  A1O  OA2  15cm f IO F O IO (1)  F IO ~ F B1 A1    F A1 B1 A1 f  OA1 B1 A1 OB1 A1 ~ OB1 A1  Tõ (1) vµ (2)  BA OA1 B1 A1 15   1 (2)  OA1 B1 A1 OA1 B1 A1 f  15 IO f 15 IO     f  OA1 OA1 B1 A1 f B1 A1 B2 A2 O ~ B2 A2 O  IOF ~ B2 A2 F  Tõ (3) vµ (4)  B A A2 O B2 A2 30   2 (3)  A2 O B2 A2 A2 O B2 A2 OF IO F IO (4)    A2 F B2 A2 A2 O  f B2 A2 30  f IO 30 f IO (**)     A2 O A2 O  f B2 A2 f B2 A2 Chia vÕ víi vÕ cđa (**) ta cã: f  15 30  f IO IO : :  f f B1 A1 B2 A2 f  15 B2 A2 mµ 2B2 A2  B1 A1  30  f B1 A1 f  15   f  30  30  f  f  60 30  f f  20cm  2.2 Ví dụ 2: (Đề thi HSG Tỉnh Hà Nam 2010 - 2011) Cho hình 4: Nếu đặt thấu kính L1 có tiêu cự f1 vng góc với xy khoảng AA1 A1B1 ảnh AB A1B1=AB/2 Nếu đặt thấu kính L2 có tiêu cự f2 vng góc với xy khoảng A1A2 A2B2 ảnh A1B1 A2B2=3A1B1 Biết AA2=125cm f2 = 1,5f1 B2 B A1 x A2 A B1 Hình a) Hãy xác định : Thấu kính L1 thấu kính L2 thấu kính gì? vị trí L1, L2? tiêu điểm L1, L2 b) Tính tiêu cự thấu kính khoảng cách hai thấu kính y Hướng dẫn giải: B A B2 I F1' A1   F1 O2 F2' O1 B1 A2 K a) Vì ảnh A1B1 ngược chiều với vật nên A1B1 ảnh thật  thấu kính L1 thấu kính hội tụ Tương tự ảnh A2B2 ngược chiều với vật A1B1  thấu kính L2 thấu kính hội tụ - Kẻ BB1 cắt trục quang tâm O1, B1B2 cắt trục quang tâm O2 - Dựng thấu kính L1 thấu kính L2 - Kẻ tia tới BI song song với trục chính, tia ló IB1 cắt trục tiêu điểm F1/ thấu kính L1 - Kẻ tia tới B1K song song với trục chính, tia ló KB2 cắt trục tiêu điểm F2/ thấu kính L2 b) AB / /A1B1  O1A1 A1B1  (1)  O1A1  O1A O1A AB A B2 / /A1B1  A1B1 / /O1I  O2 A A B2  (2)  O2 A  3O2 A1 O2 A1 A1B1 A1B1 F1' A1 A B O A f   1  1 (3)  O1A1  1,5f1 ' O1I O1F1 AB f1 A B2 / /O K  A B2 F2' A A B O A f   2  2 (4) ' O2 K O2 F2 A1B1 f2  O2 A  4f  4.1,5f1  6f1 Ta có O1A + O1A1 + O2A1 + O2A2 = 125cm 3.1,5f1  6f1  125  f1  10(cm)  O1A1  2.O1A1  O2 A1  O2 A1  125  3.O1A1  O A1  125 f2 = 15cm Ta có O1A1=1,5.f1= 1,5.10=15(cm) O2A2=6f1=60(cm) O2 A1  O2 A  20(cm) Khoảng cách hai thấu kính là: O1O2=15+20=35(cm) 2.3 Ví dụ 3::(Đề thi HSG Tỉnh Vĩnh Phúc 2010 - 2011) Có hai thấu kính đặt đ ng trục Các tiêu cự f1  15cm, f  15cm Vật AB đặt trục vng góc với trục B khoảng hai quang tâm O1, O2 (Hình 3) Cho O1O2  l  40cm Xác định vị trí đặt vật để: O1 O2 a) Hai ảnh có vị trí trùng A b) Hai ảnh có độ lớn (Chú ý: Học sinh sử dụng phép tính hình học, khơng sử dụng cơng thức thấu kính cơng thức độ phóng đại) Hình Hướng dẫn giải: Vì F1O1I ∽ F1A1B1 O1AB ∽ O1A1B1 nên ta có: O1 A O1F1 15 x AB    O1 A1  15  x O1 A1 A1B1 O1F1  O1 A1 Tương tự O2A2B2 ∽ O2AB F2A2B2 ∽ F2O2J nên ta có: O2 A2 A2 B2 O2 F2  O2 A2 15(l  x) 15(40  x)    O2 A2   (vì O2 A  l  x ) 15  l  x 55  x O2 A AB O2 F2 Để hai ảnh trùng thì: O1 A1  O2 A2  l  15 x 15(40  x)   40 15  x 55  x  x  10  x  70 x  600     x  60 Loại nghiệm x = 60 Vậy vật cần đặt cách O1 10cm b) Ta có O1F1I ∽ A1F1B1 A1O1B1 ∽ AO1B nên: A1 B1 A1O1  O1F1  A1 B1 A1 F1  O I  F O  AB  O1F1 AB 15.x 15  1  ( A1O1  15).x  A1O1.15  A1O1   1 (1)  x  15 AB x  15  A1 B1  A1O1  A1O1  AB AO1 x Tương tự ta có F2A2B2 ∽ F2O2J O2A2B2 ∽ O2AB nên: A2 B2 A2O2 A2 F2 O2 F2  A2O2     A2O2 15  (40  x)(15  A2O2 ) AB AO2 O2 F2 O2 F2  A2O2  AB (40  x).15 15 (2)  2  15  40  x AB 15  40  x B I Do A2B2=A1B1 nên từ (1) (2) ta có: 15 15   x  35cm A1 x  15 15  40  x J B2 F1 O2 O1 F2 A A2 B1 2.4 Ví dụ 4::(Đề thi tuyển sinh Quốc học Huế 2008 - 2009) Hai điểm sáng S1 S2 nằm trục chính, hai bên thấu kính hội tụ, cách thấu kính cm 12 cm Khi ảnh S1 ảnh S2 tạo thấu kính trùng a, Hãy vẽ hình giải thích tạo ảnh b, Từ hình vẽ tính tiêu cự thấu kính Hướng dẫn giải: Vẽ hình : Giải thích : - Hai ảnh S1 S2 tạo thấu kính trùng nên phải có ảnh thật ảnh ảo - Vì S1O < S2O  S1 nằm khoảng tiêu cự cho ảnh ảo; S2 nằm khoảng tiêu cự cho ảnh thật Tính tiêu cự f : - Gọi S’ ảnh S1 S2 Ta có : SS1 SI SO  S1I // ON    SO SN SO SO SI SO SO  SO  OI//NF'    = SF' SN SO  f SO SO  f  f.SO = 6(SO + f) - Vì S2I // OM , tương tự ta có :  SO  f SO  SO SO  12 (1) SF SO SM   SO SS2 SI  f.SO = 12(SO - f) (2) Từ (1) (2) ta có : f = (cm) 3) Các tập vận dụng Bài Hai điểm sáng S1, S2 cách l = 24cm Thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 9cm đặt khoảng S1S2 có trục trùng với S1S2 Xác định vị trí thấu kính để ảnh hai điểm sáng cho thấu kính trùng Vẽ hình (Đ/s: OS = cm OS = 18 cm) Bài Cho hai thấu kính L1 L2 đặt đ ng trục Tiêu cự f1 = 10cm, f2 = 20cm Khoảng cách hai thấu kính l = 50cm Vật nằm hai kính cho d1 = 20cm Xác định vị trí tính chất ảnh Vẽ hình (Đ/s: O1A’ = 20 cm,O2A’ = 60 cm) Bài Hai thấu kính hội tụ L1 L2 có trục trùng Các thấu kính cách đoạn l = 40cm Các tiêu cự f1 = 20cm, f2 = 30cm Vật AB đặt trục chính, vng góc với trục khoảng hai thấu kính cách L1 đoạn x Định x để cho: Hai ảnh tạo hai thấu kính chiều (Đ/s:10 cm < O1A< 20 cm) IV) CÁC VÍ DỤ VỀ THẤU KÍNH VỚI MÀN CHẮN SÁNG) 1) Các ví dụ minh hoạ 1) Học sinh cần lưu ý: Khi gặp toán loại ta sử dụng cách vẽ tia ló tia sáng tới hai mép giới hạn thấu kính dựng ảnh vật (khơng cần trình bày cách dựng) r i dựa vào tính chất tia ló qua thấu kính ln có phương qua ảnh để vẽ tia ló tương ứng hai tia sáng tới hai mép thấu kính giao hai tia ló tương ứng với chắn ta vệt sáng Sau vẽ xong hình cách giải tập phương pháp giải tập định luật truyền thẳng ánh sáng học chương trình vật lý lớp 2) Các ví dụ minh hoạ 2.1 Ví dụ 1: Một điểm sáng S cách ảnh khoảng L Trong khoảng S đặt thấu kính O1 cho trục thấu kính qua S vng góc với ảnh Thấu kính có rìa hình trịn Khi L = 100cm, xê dịch thấu kính khoảng S ta tìm vị trí thấu kính mà có ảnh rõ nét S Xác định vị trí thấu kính tính tiêu cự f thấu kính? Khi L = 81cm, xê dịch thấu kính khoảng vật – vết sáng không thu lại điểm, thấu kính cách khoảng b vết sáng có bán kính nhỏ Xác định b? Hƣớng dẫn giải: * Thấu kính cho ảnh rõ nét vật TKHT * Chứng minh cơng thức thấu kính trường hợp TKHT cho ảnh thật: 1   f d d' với: f = OF; d = OS; d’ = OS’ * Giả sử thấu kính tạo ảnh thật vật Đặt L khoảng cách vật ảnh thì: df Ld d'd   d  Ld  Lf  d f + Điều kiện để TK cho ảnh rõ nét vật phương trình phải có nghiệm d:   L2  4Lf   L  f + Nếu L = 4f   L2  4Lf  : phương trình có nghiệm nhất, tức t n vị trí TK cho ảnh thật vật + Theo L = 100cm có vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét màn, vậy: f = L/4 = 25(cm) + Khi thấu kính vị trí cách S là: d = OS = 2f = 50cm Khi L = 81cm Đặt đường kính rìa thấu kính 2a, bán kính vết sáng r L = 81cm < 4f = 100cm: khơng có vị trí TK để thu ảnh thật S Khi tùy theo vị trí TK tạo ảnh thật vật khoảng cách tới S lớn khoảng cách từ tới S, tạo ảnh ảo S * Xét thấu kính di chuyển từ S tới vị trí cách S OS = f = 25cm: thấu kính cho ảnh ảo, chùm ló khỏi thấu kính tới chùm phân kỳ; khoảng cách từ ảnh tới thấu kính tăng dần đường kính vết sáng giảm dần từ   2a Khi OS = f = 25cm chùm ló chùm song song, đường kính vết sáng 2a * Khi d = OS > f: thấu kính cho ảnh thật S’ cách thấu kính d’ = OS’ cách vật: l = d + d’  4f > L + Từ hình vẽ thì: r S ' O ' S ' O  OO ' OO ' Ld ( L  d )(d  f )    1  1  1 a S 'O S 'O S 'O d' d f  r d  Ld  Lf  d L  L     a d f  f d f Đặt: y = r/a, ta có:  d L  d L L d L L L L   y            f d f f f  f d  f d f  d L d L  y        d  Lf f d  f d Khi y ta có r = (a.y) => Vết sáng có bán kính nhỏ d  Lf  45(cm)  L L  81 81  * Xét: rmin  a ymin  a.       a  a  rmin  a f f   25 25  25  => rmin bán kính nhỏ vết sáng Khi ta có: d = L – b => b = 81cm – 45cm = 36cm Vậy TK cách b = 36cm vết sáng có bán kính nhỏ rmin  a 25 Hình vẽ a S O O’ S O O’ S r S’ 2.2 Ví dụ 2: Một chùm sáng song song có đường kính D = 5cm chiếu tới thấu kính phân kì O1 cho tia trung tâm chùm sáng trùng với trục thấu kính Sau khúc xạ qua thấu kính cho hình trịn sáng có đường kính D1 =7cm chắn E đặt vng góc với trục cách thấu kính phân kì khoảng l a/ Nếu thay thấu kính phân kì thấu kính hội tụ O2 có tiêu cự nằm vị trí thấu kính phân kì chắn E thu hình trịn sáng có đường kính bao nhiêu? b/ Cho l =24cm Tính tiêu cự thấu kính hội tụ Hƣớng dẫn giải: Khi dùng TKPK ta có hình vẽ: Dùng tam giác đ ng dạng để có: F ' O1 AB  F ' E MN f    f  2,5l (1) f l M A F’ E O1 B N thay TKPK TKHT có f=2,5l ta có hình vẽ đây: Dùng tam giác đ ng dạng để có: F ' O2 AB  F ' E PQ f   (2) f l x A O2 P B Q E F’ Thế (1) vào (2) ta được: 2,5l 5 (2)     2,5l  l x x  x  3cm Vậy: hình trịn sáng dùng TKHT có đường kính 3cm b/ l=24cm,thế vào (1) ta f=2,5.24=60cm TKHT có tiêu cự f = 60 cm 3) Các Bài tập vận dụng: Bài Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 25cm Điểm sáng A trục cách thấu kính 39cm; chắn E trùng với tiêu diện ảnh a Tính bán kính r vệt sáng Biết bán kính vành thấu kính R = 3cm .(Đ/s: r = 0,64 cm) b Cho điểm sáng A dịch chuyển phía thấu kính Hỏi bán kính vệt sáng thay đổi nào?.(Đ/s: tăng dần) Bài Điểm sáng A trục cách thấu kính d = 15cm Về bên cách thấu kính đoạn a = 15cm đặt chắn vng góc với trục thấu kính thu vệt sáng trịn có đường kính 1/2 đường kính vành thấu kính Tính tiêu cự thấu kính (Đ/s: f = 30 cm, f = 15 cm) Câu Điểm sáng A trục thấu kính hội tụ Bên đặt chắn vng góc với trục thấu kính Màn cách A đoạn a = 64cm Dịch thấu kính từ A đến ta thấy thấu kính cách 24cm bán kính vệt sáng có giá trị nhỏ Tính tiêu cự thấu kính Bài Một điểm sáng trục thấu kính hội tụ cách thấu kính 30cm Tiêu cự thấu kính 10cm Rìa thấu kính có dạng hình trịn đường kính 5cm Xác định vị trí để hứng ảnh rõ nét (Đ/s: OA’ = 15 cm) V, BÀI TẬP TỔNG HỢP XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH Bài Một vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh cao gấp lần vật Màn cách vật L = 80cm Tính tiêu cự thấu kính.(Đ/S: f = 15 cm) Bài Vật sáng AB đặt hai vị trí cách a = 4cm trước thấu kính cho ảnh cao gấp lần vật Tính tiêu cự thấu kính (Đ/S: f = 10 cm) Bài Vật sáng AB cách đoạn L = 100cm Thấu kính đặt hai vị trí khoảng vật thu ảnh rõ nét Hai vị trí cách l = 20cm Tính tiêu cự thấu kính (Đ/S: f = 24 cm) Bài Vật sáng AB cách L = 50cm Trong khoảng vật có hai vị trí thấu kính để thu ảnh rõ nét Tính tiêu cự thấu kính, biết ảnh cao gấp 16 lần ảnh (Đ/S: f = cm) Bài Hai vật sáng cao cách đoạn L = 72cm Một thấu kính hội tụ đặt khoảng hai ngu n vị trí thích hợp cho ảnh ngu n nằm vị trí ngu n Biết ảnh cao gấp 25 lần ảnh Tính tiêu cự thấu kính.(Đ/S: f = 10 cm) Bài Hai vật sáng AB CD cách L = 36cm, nằm hai phía thấu kính, vng góc với trục thấu kính Thấu kính cho hai ảnh A’B’ C’D’ có vị trí trùng nhau, ảnh cao gấp lần ảnh Tính tiêu cự thấu kính (Đ/S: f = 10 cm) Bài Vật sáng AB hứng ảnh cố định Thấu kính đặt khoảng cách vật Ở vị trí 1, thấu kính cho ảnh có kích thước a1 = cm; vị trí thấu kính cho ảnh có kích thước a2 = cm Hai vị trí thấu kính cách đoạn l = 30cm Tính tiêu cự thấu kính.(Đ/S: f = 20 cm) Bài Điểm sáng A trục thấu kính hội tụ cho ảnh thật A’ Khi dịch A phía thấu kính đoạn a = 5cm ảnh A’ dịch đoạn b = 10cm Khi dịch A xa thấu kính đoạn a’ = 40cm ảnh A’ dịch đoạn b’ = 8cm Tính tiêu cự thấu kính.(Đ/S: f = 10 cm) Bài Vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh thật với độ phóng đại k1 = Dịch vật xa thấu kính đoạn a = 12 cm ảnh có độ phóng đại k2 = Tính tiêu cự thấu kính (Đ/S: f = 30 cm) A B C Bài 10 Có điểm A, B, C theo thứ tự nằm trục thấu kính Nếu đặt điểm sáng A ta thu ảnh B, đặt điểm sáng B ta thu ảnh C Hãy xác định loại thấu kính, vị trí tiêu cự thấu kính trường hợp sau: a) AB = 2cm, BC = 6cm (Đ/S: f = 12 cm) b) AB = 36cm, BC = 4cm (Đ/S: f = cm) ... thấu kính, tính khoảng cách ban đầu vật so với thấu kính tiêu cự thấu kính b Nghiêng vật AB (A cố định) phía thấu kính cho đầu B cách trục 5cm cách thấu kính 20cm Hãy vẽ ảnh AB? Ảnh gấp lần vật? ... hợp: thấu kính hội tụ thấu kính phân kỳ - Đối với thấu kính hội tụ A ảnh thật - Đối với thấu kính phân kỳ A ảnh ảo I A F A F1 O Giải sử ta đà dựng đ-ợc thấu kính nh- hình vẽ: Đối với hai thấu kính. .. khoảng cách từ vật đến thấu kính, d khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, f 1 tiêu cự thấu kính HÃy vẽ ảnh vật qua thấu kính chứng minh công thức: + = d d f b) Đặt vật sáng phía thấu kính hội tụ cã tiªu