Bài 3 QUANG HÌNH học

PHẦN 2: BỔ TRỢ KIẾN THỨC KỲ THI THPT QUỐC GIA BÀI 3: QUANG HÌNH HỌC Mục tiêu  Kiến thức + Nắm định nghĩa công thức tượng khúc xạ ánh sáng phản xạ toàn phần + Nêu cấu tạo mắt, tật mắt cách khắc phục tật + Nắm cách xác định số bội giác loại quang cụ bổ trợ cho mắt  Kĩ + Xác định góc khúc xạ, điều kiện xảy phản xạ tồn phần + Tính độ tụ kính phải đeo để khắc phục tật mắt Trang SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA KHÚC XẠ ÁNH SÁNG n1 sin i  2n sin r ĐỘ PHĨNG ĐẠI ẢNH PHẢN XẠ TỒN PHẦN n1  n n sin i gh   i gh n1 THẤU KÍNH 1   f d d k AB d  d AB ĐỘ TỤ n   D     1    f  n   R1 R  QUANG HÌNH HỌC MẮT Mắt bình thường có khoảng nhìn rõ từ OCC  D  25cm đến OCV  vô mà mắt không cần điều tiết CẬN THỊ f max  OV ; OCC  D ; OCC    DC  DBT ĐEO KÍNH PHÂN KỲ d    OCV   DV  1 1     f d d  OC V  VIỄN THỊ f max  OV ; OCC  D ;  DC  DBT ĐEO KÍNH HỘI TỤ d    OC C   DC  MẮT LÃO f max  OV ; OCC   ĐEO KÍNH HỘI TỤ 1 1     f d d  OCC  Trang II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Khúc xạ ánh sáng phản xạ toàn phần Phương pháp giải Thực giải tập dạng này, cần nắm Ví dụ: Một bể chứa nước đáy rộng có cắm công thức định luật khúc xạ ánh sáng phản cột cao 80 cm, độ cao mực nước bể 60 cm, xạ toàn phần + Định luật khúc xạ ánh sáng: sin i  sin r chiết suất nước Ánh nắng chiếu theo + Liên hệ chiết suất vận tốc ánh sáng: phương nghiêng góc 30° so với mặt nước Bóng cột nắng chiếu tạo thành đáy bể có n v c n 21   ; n  độ dài tính từ chân cột n1 v v + Phản xạ toàn phần tượng phản xạ toàn A 11,5 cm B 51,6 cm ánh sáng tới, xảy mặt phân cách hai môi C 85,9 cm D 34,6 cm trường suốt Hướng dẫn giải + Điều kiện để có phản xạ tồn phần: + Từ hình vẽ, ta có - Ánh sáng phải truyền từ mơi trường chiết chiều dài bóng quang sang môi trường chiết quang thước đáy bể L  d1  d  n  n1  - Góc tới i lớn góc giới hạn: Với d1  n i  i gh ; với sin i gh  n1 20  20 cm tan 30 + Khi ánh sáng truyền đến mặt phân cách hai môi trường, xảy tượng khúc xạ ánh sáng sin i  n sin r  sin r  3  d2  60 tan r  51, 25cm →Vậy L  d1  d2  85,9cm Chọn C Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Chiếu tia sáng từ khơng khí vào mơi trường suốt có chiết suất n  1, 732  góc tới i  60 Tính góc khúc xạ A 45° B 30° C 60° D 23° Hướng dẫn giải Viết công thức định luật khúc xạ ánh sáng: sin i sin i  n 21  n , suy sin r    r  30 sin r n Chọn B Trang Ví dụ 2: Một tia sáng thủy tinh đến mặt phân cách thủy tinh khơng khí góc tới i  30 , tia phản xạ tia khúc xạ vng góc với a Tính chiết suất thủy tinh b Tính góc tới để khơng có tia sáng ló khơng khí Hướng dẫn giải Tại I: r  90  i n1 sin i  n sin r  n.sin i  sin  90  i   cos i  tan i  n  n b Để khơng có tia sáng ló khơng khí phải xảy tượng phản xạ tồn phần mặt phân cách i  i gh với sin i gh   i  3515 Do đó: i  3515 Lưu ý: Xảy phản xạ tồn phần thì: Điều kiện cần n  n1 điều kiện đủ sin i  sin i gh  n2 n1 Dạng 2: Thấu kính Phương pháp giải f  : Thấu kính hội tụ Ví dụ: Vật sáng AB 2cm đặt vng góc với f  : Thấu kính phân kì trục thấu kính hội tụ có tiêu cự Cơng thức thấu kính: 1   f d d f  40cm , cách thấu kính khoảng 50cm a Xác định vị trí, tính chất độ lớn ảnh AB d vật thật dương AB qua thấu kính d  : ảnh ảo b Để thấu kính cố định, phải tịnh tiến AB dọc theo d  : ảnh thật trục để ảnh AB AB qua thấu kính ảnh thật, nhỏ AB cách AB khoảng 250 cm Hướng dẫn giải a Vị trí, tính chất ảnh Áp dụng cơng thức thấu - Xác định vị trí ảnh, tính chất ảnh số phóng đại ảnh xác định d , k Từ giá trị d , k để kính 1 d.f 50.40    d    200cm f d d d  f 50  40 Trang suy tính chất ảnh chiều ảnh - Giải phương trình: d  k d.f d k   df d b Chiều dịch chuyển vật Hệ số phóng đại k  : Ảnh vật chiều k  : Ảnh vật ngược chiều Lưu ý: quan hệ d, f khoảng cách - Với thấu kính hội tụ cho ảnh thật thấu kính phân kì: d  Ld  Lf   *  Với thấu kính Ta có, d  d  250cm 1 f d.d d  d  2 Từ 1   → d nghiệm pt bậc 2: vật ảnh L tùy trường hợp - d 200   4  ảnh thật, ngược chiều vật d 50 d2  Ld  Lf  Giải ta được: hội tụ cho ảnh ảo: d2  Ld  Lf  d  200cm  d  50cm (nhận) d  50cm  d  200cm (Trùng với câu (a) → - Công thức xác định vị trí ảnh, độ phóng đại df d f f  d ; k  d  d  f d f d f loại) → dịch chuyển vật xa thấu kính đoạn 150 cm Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Đặt thấu kính cách trang sách 20 cm, nhìn qua thấu kính ta thấy ảnh dòng chữ chiều cao nửa dịng chữ Đó thấu kính gì? Tính tiêu cự thấu kính A Phân kì, tiêu cự f  20cm B Hội tụ, tiêu cự f  20cm C Hội tụ, tiêu cự f  10cm D Phân kì, tiêu cự f  20cm Hướng dẫn giải Ta thấy ảnh dòng chữ chiều cao nửa dịng chữ đó, ảnh ảnh ảo nhỏ vật nên thấu kính thấu kính phân kỳ Áp dụng công thức: k   f f    f  20cm df 20  f Chọn D Chú ý: - Thấu kính phân kì ln cho ảnh ảo chiều nhỏ vật - Thấu kính hội tụ cho ảnh thật d  f cho ảnh ảo d  f Ví dụ 2: Trong thực hành, để đo tiêu cự f thấu kính hội tụ, học sinh dùng vật sáng phẳng nhỏ AB ảnh Đặt vật sáng song song với cách ảnh khoảng 90 cm Dịch chuyển thấu kính dọc trục khoảng vật thấy có hai vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét vật màn, hai vị trí cách khoảng 30 cm Giá trị f A 15cm B 40 cm C 20 cm D 30 cm Hướng dẫn giải Áp dụng công thức: f  L2  4L ** Trang Trong đó: L khoảng cách vật màn; khoảng cách hai vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét Chọn C Lưu ý, Từ công thức  *  , công thức ** chứng minh suy thêm điều kiện để có ảnh thật L  4f Dạng 3: Mắt dụng cụ quang học Phương pháp giải Nắm thật kiến thức sau: Ví dụ: Mắt người có khoảng nhìn rõ ngắn + Khoảng cách từ thủy tinh thể đến võng mạc OV cách mắt 50 cm không đổi: d  OV (với O quang tâm thủy a Người đeo sát mắt kính có độ tụ D  1,5 tinh thể) dp đọc sách gần cách mắt bao nhiêu? + Gọi d khoảng cách từ vật đến mắt b Nếu đeo kính có tiêu cự 28,8 cm để đọc sách + Gọi f tiêu cự thủy tinh thể gần cách mắt 20 cm, cần đeo kính cách mắt + Khi mắt nhìn vật điểm cực cận (ngắm chừng đoạn bao nhiêu? cực cận): dC  OCC Hướng dẫn giải + Tiêu cự thủy tinh thể nhỏ (cực tiểu): a Tiêu cự kính: f  200 (cm), kính đeo sát mắt k 1   + Vật gần mắt nhìn thấy rõ cho ảnh ảo điểm f OV OCC + Khi mắt nhìn vật điểm cực viễn (ngắm chừng cực cận CC mắt, ta có: dC  OCC cực viễn): d V  OCV + Áp dụng cơng thức thấu kính: Tiêu cự thủy tinh thể lúc lớn (cực  dC  đại): f max  1  OV OCV  Vậy đeo kính người đọc sách gần Khi điểm cực viễn xa vô cực  d    : cách mắt 28,57 (cm) b Gọi f max 1    f max  OV OV  AD  D max  D  f  f max khoảng cách từ kính đến mắt (hay mắt cách kính khoảng Độ biến thiên độ tụ thủy tinh thể: dC f k  28,57  cm  dC  fk 1   OCC OCV ), ta có: dC  20  + Vật gần mắt nhìn rõ qua kính cho ảnh ảo điểm cực cận CC mắt: dC    OCC    50  Áp dụng cơng thức thấu kính:  fk  dC d C  dC  d C Chọn  2cm   cm  70  136      68cm  68cm không phù hợp thực tế Trang Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một người mắt cận thị có điểm cực viễn cách mắt 50 cm Để nhìn rõ vật xa mà mắt khơng phải điều tiết, người cần đeo sát mắt kính có độ tụ A dp C –2 dp B 0,5 dp D –0,5 dp Hướng dẫn giải Để khắc phục tật cận thị, người phải mang kính phân kì, có độ tụ D   1   2 dp CV 0,5 Chọn C Lưu ý: Người cận thị muốn nhìn rõ vật xa vô mà không điều tiết tiêu cự kính f k  OCV Ví dụ 2: Một người cận thị lớn tuổi có điểm cực viễn cách mắt 100 cm điểm cực cận cách mắt 50 cm tính độ tụ kính phải đeo để người (kính đeo sát mắt): a Nhìn xa vơ khơng phải điều tiết b Đọc trang sách đặt gần mắt nhất, cách mắt 25 cm Hướng dẫn giải a Để nhìn xa vơ mà khơng phải điều tiết phải có: f  OCV  100cm nên D   1dp f b Để đọc trang sách gần mắt nhất, cách mặt 25 cm phải đeo kính có tiêu cự xác định bởi: d  25cm , d  OCC  50cm , suy f  25cm Do đó, D  1    2dp f 0, 25 0,50 Ví dụ 3: Một người có mắt bình thường nhìn thấy vật xa mà điều tiết, khoảng cực cận người 25 cm Độ tụ mắt người điều tiết tối đa tảng thêm bao nhiêu? Hướng dẫn giải Ta có phương trình tạo ảnh: Khi nhìn gần điều tiết tối đa: D  Khi nhìn xa khơng điều tiết: D max  f f max Lấy    1 ta có D  D max  D   1  1 OV OCC  1  OV OC V  2 1    dp OCC OCV OCC Ví dụ Một người có khoảng nhìn rõ từ 20 cm đến xa vô Quan sát vật nhỏ qua kính lúp tiêu cự f  5cm , mắt đặt sát kính a Phải đặt vật khoảng trước kính Trang b Tính số bội giác ngắm chừng vô cực Hướng dẫn giải a Xác định khoảng đặt vật - Khi nhìn vật xa mà khơng phải điều tiết ảnh vật cực viễn mắt dV  OCV    dmax  f  5cm - Khi đeo kính lúp nhìn vật gần ảnh vật cực cận mắt d  OCC  20cm , f  5cm , nên d  d.f  cm d  f Vậy, vật đặt khoảng 4cm  d  5cm b Số bội giác ngắm chừng vô cực: G   Đ Đ 20 , suy G    4 f f Lưu ý: Khi nhìn vật từ xa vơ lại gần mắt, độ tụ mắt tăng (hay tiêu cự thấu kính mắt giảm) Bài tập tự luyện Câu 1: Vật thật qua thấu kính phân kì A ln cho ảnh thật, chiều lớn vật B cho ảnh thật ảnh ảo tùy thuộc vào vị trí vật C ln cho ảnh thật, ngược chiều nhỏ vật D cho ảnh ảo, chiều nhỏ vật Câu 2: Một người mắt cận có điểm cực viễn cách mắt 50 cm Để nhìn rõ vật xa mà mắt khơng phải điều tiết, người cần đeo sát mắt kính có độ tụ A dp B 0,5 dp C –2 dp D –0,5 dp Câu 3: Trong tượng khúc xạ ánh sáng góc khúc xạ A tỉ lệ thuận với góc tới B ln lớn góc tới C ln bé góc tới D lớn bé góc tới Câu 4: Theo định luật khúc xạ ánh sáng A góc khúc xạ tỉ lệ với góc tới B sin góc khúc xạ tỉ lệ với sin góc tới C cos góc khúc xạ tỉ lệ với cos góc tới D sin góc khúc xạ tỉ lệ nghịch với sin góc tới Câu 5: Một tia sáng chiếu xiên góc so với pháp tuyến từ mơi trường có chiết suất 1,5 vào mơi trường có chiết suất So với tia tới tia khúc xạ A bị lệch phía pháp tuyến B bị lệch phía mặt phân cách, C khơng thay đổi phương D đối xứng với tia tới qua pháp tuyến Câu 6: Chiếu tia sáng từ không khí vào thủy tinh góc tới i  30 Nếu tăng góc tới lên gấp đơi A sin góc khúc xạ tăng C góc khúc xạ tăng gấp đơi lần B sin góc khúc xạ tăng gấp đơi D góc khúc xạ tằng gấp lần Trang Câu 7: Một tia sáng chiếu từ mơi trường có chiết suất n1 vào thủy tinh  n  1,5  góc tới i Biết i vượt qua giá trị 60° thỉ khơng cịn tia khúc xạ Tìm n1 A n  B n  C n  D n  Câu 8: Một tia sáng chiếu từ môi trường sang mơi trường khác Trong trường hợp sau xảy phản xạ tồn phần? A Từ khơng khí vào nước B Từ nước vào thủy tinh C Từ thủy tinh vào kim cương D Từ khơng khí vào chân khơng Câu 9: Vật sáng cách thấu kính hội tụ khoảng lớn tiêu cự ln ln có ảnh A ngược chiều B ảo C kích thước D bé vật Câu 10: Vật sáng đặt khoảng từ xa đến C (với OC  2OF  2f ) thấu kính hội tụ cho ảnh A ảo, chiều nhỏ vật B thật, ngược chiều xa thấu kính vật C thật, ngược chiều gần thấu kính vật D thật, ngược chiều lớn vật Câu 11: Lúc dùng cơng thức độ phóng đại vật thật ta tính độ phóng đại k  , ảnh ảnh A ảo B ảo, ngược chiều vật C thật, chiều vật D thật, ngược chiều vật Câu 12: Vật sáng tiêu cự thấu kính hội tụ cho ảnh A thật, ngược chiều nhỏ vật B ảo, chiều gần thấu kính vật C ảo, ngược chiều lớn vật D ảo, chiều xa thấu kính vật Câu 13: Ảnh thu từ thấu kính phân kì vật thật là: A ảnh thật lớn vật B ảnh ảo nhỏ vật C ảnh thật lớn nhỏ vật phụ thuộc vào khoảng cách từ vật đến thấu kính D ảnh thật lớn nhỏ vật phụ thuộc vào tiêu cự thấu kính Câu 14: Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính cách thấu kính 40 cm Qua thấu kính thu ảnh AB chiều AB nửa AB Tiêu cự thấu kính là: A – 20cm B – 25 cm C – 30 cm D – 40 cm Câu 15: Một vật sáng đặt cách 1,8 m Giữa vật ta đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự 40 cm Khoảng cách từ hai vị trí thấu kính đến ảnh rõ nét A 15 cm 30 cm B 30 cm 60 cm C 45 cm 60 cm D 60 cm 120 cm Câu 16: Vật sáng AB đặt vng góc với trục cách thấu kính đoạn 20 cm Vật AB qua thấu kính cho ảnh thật cao gấp lần vật Đó thấu kính gì? Tiêu cự bao nhiêu? A TKHT có f  15cm B TKHT có f  30cm C TKPK có f  15cm D TKPK có f  30cm Câu 17: Vật thật AB cao cm đặt trục chính, vng góc với trục thấu kính cho ảnh cao cm, nằm phía với vật so với thấu kính cách vật 30 cm Tìm tiêu cự thấu kính A – 60 cm B – 80 cm C 60 cm D 80 cm Câu 18: Một kính lúp thấu kính hội tụ có độ tụ 10 dp Mắt người quan sát có khoảng nhìn rõ ngắn 20 cm số bội giác kính lúp ngắm chừng vô cực A 2,5 B C D Câu 19: Khi nói việc nhận biết loại thấu kính đặt khơng khí, phát biểu sau sai? Trang A Thấu kính có hai mặt lõm thấu kính hội tụ B Thấu kính có mặt lõm, mặt phẳng thấu kính phân kỳ C Thấu kính có hai mặt lồi thấu kính hội tụ D Thấu kính có mặt lồi, mặt phẳng thấu kính hội tụ Câu 20: Mắt thường nhìn xa A mắt không điều tiết B mắt điều tiết cực đại C đường kính lớn D đường kính nhỏ Câu 21: Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f  15cm I điểm trục thấu kính cách thấu kính 7,5 cm Điểm sáng M dao động điều hịa theo phương vng góc với trục với tần số Hz, biên độ cm quanh vị trí cân trùng với I, M  ảnh M qua thấu kính Vận tốc tương đối M  M M qua vị trí cân có độ lớn A 80 cm/s B 40 cm/s C 80 cm/s D 40 cm/s Câu 22: Cho thấu kính hội tụ có tiêu cự 10 cm Một vật sáng đoạn thẳng AB đặt vng góc với trục thấu kính (A nằm trục thấu kính) Vật sáng AB qua thấu kính cho ảnh AB cách AB đoạn L Cố định vị trí thấu kính, di chuyển vật dọc theo trục thấu kính cho ảnh vật qua thấu kính ln ảnh thật Khi đó, khoảng cách L thay đổi theo khoảng cách từ vật đến thấu kính OA  x cho đồ thị hình vẽ x1 có giá trị A 30 cm B 15cm C 40 cm D 20 cm ĐÁP ÁN 1–D 2-C 3–D 4-B 5–A 6-A 7–D 8-D 9–A 10 - D 11 – D 12 – D 13 - B 14 – D 15 - D 16 – A 17 - C 18 – C 19 - A 20 – A 21 - B 22 – A Trang 10 ... 85,9 cm D 34 ,6 cm trường suốt Hướng dẫn giải + Điều kiện để có phản xạ tồn phần: + Từ hình vẽ, ta có - Ánh sáng phải truyền từ mơi trường chiết chiều dài bóng quang sang môi trường chiết quang thước... suất n  1, 732  góc tới i  60 Tính góc khúc xạ A 45° B 30 ° C 60° D 23? ? Hướng dẫn giải Viết công thức định luật khúc xạ ánh sáng: sin i sin i  n 21  n , suy sin r    r  30  sin r n Chọn... vật đến thấu kính OA  x cho đồ thị hình vẽ x1 có giá trị A 30 cm B 15cm C 40 cm D 20 cm ĐÁP ÁN 1–D 2-C 3? ??D 4-B 5–A 6-A 7–D 8-D 9–A 10 - D 11 – D 12 – D 13 - B 14 – D 15 - D 16 – A 17 - C 18