Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ chi tiết Vật Lý 9

Bài viết giới thiệu về Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ là chuyên đề Vật Lý 9 tiếp theo HOCMAI gửi đến các em học sinh. Tham khảo ngay phần tóm tắt lý thuyết, phương pháp giải và hướng dẫn giải các bài tập của chuyên đề này ngay sau đây.  

 

Bài viết tham khảo thêm:

• Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
• Quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ
• Thấu kính hội tụ

 

I – Lý thuyết Chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

1. Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

– Vật đặt bên ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật ngược với chiều của vật. Khi đặt vật rất xa thấu kính thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng với tiêu cự.

– Vật đặt bên trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo lớn hơn so với vật và cùng chiều với vật.

Chú ý:

+ Ảnh ảo không hiện được ở trên màn nhưng có thể nhìn thấy được bằng mắt khi mắt đặt ở sau thấu kính để nhận chùm tia ló.

+ Ảnh thật có thể hiện rõ ở trên màn hoặc nhìn thấy được bằng mắt khi mắt đặt ở sau điểm hội tụ của chùm tia ló.

2. Cách dựng ảnh của một vật được tạo bởi thấu kính hội tụ

a) Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính hội tụ

– Từ điểm sáng S ta dựng hai tia (hai trong ba tia đặc biệt) đến thấu kính, sau đó vẽ thêm hai tia ló ra khỏi thấu kính.

– Nếu hai tia ló đó cắt nhau thực sự thì giao điểm cắt nhau của chúng chính là ảnh thật S’ của S, còn nếu hai tia ló không cắt nhau thực sự nhưng lại có đường kéo dài của chúng cắt nhau, vậy thì giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh ảo S’ của điểm sáng S qua thấu kính.

b) Dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ

Muốn dựng ảnh A’B’ của vật sáng AB qua thấu kính (AB vuông góc cùng với thấu kính, A nằm ở trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó thì từ B’ hạ vuông góc xuống với trục chính ta có ảnh A’ của A.

Chú ý: Khi dựng ảnh, đường kéo dài của tia sáng và ảnh ảo được vẽ bằng nét đứt.

 

II – Phương pháp giải chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

1. Cách xác định vị trí của ảnh, của vật và cách xác định tiêu cự.

Để xác định được vị trí của ảnh khi đã biết vị trí của vật và tiêu cự hay cách để xác định được vị trí của vật khi đã biết vị trí của ảnh và tiêu cự hay xác định được tiêu cự khi đã biết vị trí của ảnh và vị trí của vật. Ta có 2 cách sau:

– Cách 1: Vẽ ảnh của một vật theo phương pháp đã nêu ở trên. Sử dụng tính chất của tam giác đồng dạng để có thể suy ra đại lượng cần xác định.

– Cách 2: Áp dụng công thức để xác định:

Trong đó: 

• Vật là vật thật.
• f là tiêu cự của thấu kính – Là khoảng cách tính từ tiêu điểm tới quang tâm.
• d là khoảng cách tính từ vị trí của vật tới thấu kính.
• d’ là khoảng cách tính từ vị trí của ảnh tới thấu kính (khi ảnh thật thì d’ > 0 và khi ảnh ảo thì d’ < 0).

2. Xác định độ cao của vật hay của ảnh

Cách 1: Áp dụng tính chất của tam giác đồng dạng.

Cách 2: Áp dụng công thức:

Trong đó: h và h’ lần lượt là độ cao của vật và của ảnh (khi ảnh thật thì h’ > 0 và khi ảnh ảo thì h’ < 0).

 

III – Giải bài tập Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ SGK Vật lí 9

Câu C1 | Trang 116 SGK Vật Lý 9

Bố trí thí nghiệm như ở hình 43.2.

Cả vật và màn đều được đặt vuông góc cùng với trục chính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự khoảng 12cm.

a) Đặt vật bên ngoài khoảng tiêu cự

Đặt vật ở xa thấu kính và màn ở sát với thấu kính. Từ từ dịch chuyển ra xa phía thấu kính dần cho đến khi xuất hiện ảnh rõ nét của vật ở trên màn, đó chính là ảnh thật. Ảnh thật cùng chiều hay là ngược chiều so với vật ? 

Hướng dẫn trả lời

Ảnh thật ngược chiều với vật.

Câu C2 | Trang 116 SGK Vật Lý 9

Dịch vật vào gần với thấu kính hơn. Tiến hành thí nghiệm như ở trên, có thu được ảnh ở trên màn nữa hay không? Ảnh thật hay ảnh ảo? Ảnh có cùng chiều hay là ngược chiều với vật ?

Hướng dẫn trả lời

Khi dịch vật lại gần với thấu kính hơn, ta vẫn thu được ảnh thật và ngược chiều so với vật. 

Câu C3 | Trang 116 SGK Vật Lý 9 

Đặt vật ở trong khoảng tiêu cự

Hãy chứng tỏ rằng ta không hứng được ảnh của vật ở trên màn. Hãy quan sát ảnh của vật qua thấu kính và cho biết đó chính là ảnh thật hay ảnh ảo? Cùng chiều hay ngược chiều so với vật? Lớn hơn hay bé hơn vật?

Hướng dẫn trả lời

Đặt vật ở trong khoảng tiêu cự và màn ở sát với thấu kính, từ từ di chuyển màn ra xa phía thấu kính, không thấy ảnh xuất hiện trên màn → Không hứng được ảnh của vật ở trên màn.

Quan sát ảnh của vật qua thấu kính, ta thấy được ảnh là ảnh ảo, lớn hơn so với vật và cùng chiều với vật.

Câu C4 | Trang 117 SGK Vật Lý 9

Hãy dựng ảnh S’ của điểm sáng S ở trên hình 43.3

Hướng dẫn trả lời

Dùng 2 trong 3 tia đặc biệt đã được học để dựng ảnh (Hình 43.3a)

• Tia tới SI là tia đi song song cùng với trục chính → Cho tia ló đi qua tiêu điểm F’
• Tia tới SO là tia đi qua quang tâm O → Cho tia ló đi thẳng

Hai tia ló ở trên giao nhau tại S’, ta thu được ảnh thật S’ của S thông qua thấu kính.

Câu C5 | Trang 117 SGK Vật Lý 9

Vật sáng AB được đặt vuông góc cùng với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự là f = 12cm. Điểm A nằm ở trên trụ chính. Hãy dựng ảnh A’B’ của AB và đưa ra nhận xét về đặc điểm của ảnh A’B’ ở trong hai trường hợp:

• Khoảng cách từ Vật AB tới kính là d = 36cm (hình 43.4a)
• Khoảng cách từ Vật AB tới kính là d = 8cm (hình 43.3b)

Hướng dẫn trả lời

+ Khoảng cách từ Vật AB tới kính là d = 36cm

Vì d > f = 12cm → Ảnh A’B’ là ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn so với vật

+ Khoảng cách từ Vật AB tới kính là d = 8cm

Vì d < f = 12cm → Ảnh A’B’ là ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn so với vật

Câu C6 | Trang 117 SGK Vật Lý 9

Vận dụng kiến thức toán hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh tới thấu kính và chiều cao của ảnh ở trong cả hai trường hợp câu C5. Biết rằng vật AB có chiều cao h = 1cm.

Hướng dẫn trả lời

a) Khoảng cách từ Vật AB tới kính là d = 36cm, vật ngoài khoảng OF

Ta có OA = d = 36cm; OF = OF’ = f = 12cm; AB = h = 1cm

Xét các cặp tam giác đồng dạng ở trên hình 43.4a:

• ΔABO ∼ ΔA’B’O; (g.g) => AB/A’B’ = AO/A’O
• ΔA’B’F’ ∼ ΔOIF’ (g.g) => OI/A’B’ = OF’/F’A’ = OF’/(OA’ – OF’)

Vì AB = OI (Tứ giác BIOA là một hình chữ nhật)

↔ dd’ – df = d’f (1)

Chia cả hai vế của (1) cho tích d.d’.f ta được:

(*) (Đây được gọi là công thức thấu kính cho trường hợp khi ảnh thật)

Thay d = 36cm, f = 12cm ta tính được: OA’ = d’ = 18cm

Thay vào (*) ta được:

b) Khoảng cách từ Vật AB tới kính là d = 8cm, vật nằm bên trong khoảng OF

Xét hai cặp tam giác đồng dạng ở trên hình 43.4b:

• ΔA’B’F’ ∼ ΔOIF’ => OI/A’B’ = OF’/F’A’ = OF’/(OA’ + OF’)
• ΔOAB ∼ ΔOA’B’ => AB/A’B’ = AO/A’O

Vì AB = OI (Tứ giác BIOA là một hình chữ nhật)

⇔ dd’ + df = d’f (2)

Chia cả hai vế của (2) cho tích d.d’.f thì ta được:

(**) Được gọi là công thức thấu kính cho trường hợp khi ảnh ảo)

Thay d = 8cm, f = 12cm thì ta tính được: OA’ = d’ = 24cm

Thay vào (**) ta được:

Câu C7| Trang 117 SGK Vật Lý 9 

Trả lời câu hỏi đã nêu ra ở phần mở bài:” Một thấu kính hội tụ được đặt sát với mặt trang sách. Hãy quan sát hình ảnh dòng chữ thông qua thấu kính. Hình ảnh dòng chữ có thay đổi như thế nào khi dịch chuyển từ từ thấu kính ra xa khỏi trang sách”.

Hướng dẫn trả lời

Dịch chuyển thấu kính ra xa khỏi trang sách, ảnh dòng chữ thông qua thấu kính cùng chiều và to hơn so với dòng chữ quan sát trực tiếp bằng mắt . Đó chính là ảnh ảo của dòng chữ được tạo bởi thấu kính hội tụ khi dòng chữ nằm bên trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Khi dòng chữ nằm bên ngoài khoảng tiêu cự của kính, ảnh dòng chữ ngược chiều với dòng chữ được quan sát trực tiếp bằng mắt. Đó chính là ảnh thật của dòng chữ.

 

IV – Bài tập Trắc nghiệm Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

Câu 1: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’, ảnh và vật nằm về cùng một phía đối với thấu kính. Ảnh A’B’

A) là ảnh thật và lớn hơn vật.

B) là ảnh ảo và nhỏ hơn vật.

C) ngược chiều so với vật.

D) là ảnh ảo và cùng chiều với vật.

Hướng dẫn trả lời

Ảnh và vật cùng nằm về một phía đối với thấu kính ⇒ Ảnh A’B’ chính là ảnh ảo, cùng chiều so với vật

→ Đáp án D

Câu 2: Ảnh A’B’ của một vật sáng AB đặt vuông góc cùng với trục chính tại A và ở bên trong khoảng tiêu cự của một thấu kính hội tụ là:

A) ảnh ảo ngược chiều với vật.

B) ảnh ảo cùng chiều với vật.

C) ảnh thật cùng chiều với vật.

D) ảnh thật ngược chiều với vật.

Hướng dẫn trả lời

Khi đặt vật bên trong khoảng tiêu cự ⇒ Ảnh là ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật

→ Đáp án B

Câu 3: Vật AB được đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’, vật và ảnh nằm về hai phía đối với thấu kính vậy thì ảnh đó là:

A) thật và ngược chiều với vật.

B) thật và luôn lớn hơn vật.

C) ảo và cùng chiều với vật.

D) thật và luôn cao bằng vật.

Hướng dẫn trả lời

Vật và ảnh nằm về hai phía đối với thấu kính ⇒ Ảnh thật, ngược chiều với vật và có thể nhỏ hơn hoặc bằng hoặc cũng có thể lớn hơn vật tùy vị trí của vật

→ Đáp án A

Câu 4: Chỉ ra phương án sai 

Đặt một cây nến phía trước một thấu kính hội tụ thì:

A) Ta có thể thu được ảnh của cây nến bên trên màn ảnh.

B) Ảnh của cây nến bên trên màn ảnh có thể lớn hoặc nhỏ hơn so với cây nến.

C) Ảnh của cây nến bên trên màn ảnh có thể là ảnh thật hoặc là ảnh ảo.

D) Ảnh ảo của cây nến sẽ luôn luôn lớn hơn  so với cây nến.

Hướng dẫn trả lời

Ảnh ảo không hứng được bên trên màn chắn

→ Đáp án C

Câu 5: Đặt một vật AB hình mũi tên vuông góc cùng với trục chính của thấu kính hội tụ tiêu cự f và cách một khoảng d = 2f so với thấu kính thì ảnh A’B’ của AB qua thấu kính sẽ có tính chất:

A) ảnh thật, cùng chiều và nhỏ hơn so với vật.

B) ảnh thật, ngược chiều và lớn hơn so với vật.

C) ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn so với vật.

D) ảnh thật, ngược chiều và lớn bằng với vật.

Hướng dẫn trả lời

Ảnh A’B’ của AB khi qua thấu kính là ảnh thật, ngược chiều và lớn bằng với vật.

→ Đáp án D

Câu 6: Một vật AB cao 3cm đặt phía trước một thấu kính hội tụ. Ta thu được một ảnh có chiều cao 4,5cm. Ảnh đó là:

A) Ảnh thật

B) Ảnh ảo

C) Có thể thật hoặc ảo

D) Cùng chiều vật

Hướng dẫn trả lời

Trong thấu kính hội tụ nếu kích thước ảnh lớn hơn so với kích thước vật → Ảnh đó có thể là ảnh thật hoặc là ảnh ảo

→ Đáp án C

Câu 7: Một vật AB có chiều cao 2cm đặt phía trước một thấu kính hội tụ và cách thấu kính d = 10cm. Sử dụng một màn ảnh M, ta hứng được một ảnh A’B’ có chiều cao 4cm như hình vẽ.

Màn cách thấu kính một khoảng bằng:

A) 20cm

B) 10cm

C) 5cm

D) 15 cm

Hướng dẫn trả lời

Tia tới đi qua quang tâm O cho tia ló truyền thẳng ⇒ A và A’ cùng nằm trên đường thẳng qua O

⇒ΔABO ∼ ΔA’B’O ⇒ OB/OB’ = AB/A’B’ = 2/4 = 1/2

⇒ OB’ = 2BO = 2.10 = 20 cm

→ Đáp án A

Câu 8: Một vật AB đặt phía trước một thấu kính hội tụ. Sử dụng một màn ảnh M, ta hứng được một ảnh có chiều cao 5cm và đối xứng với vật thông qua quang tâm O. Kích thước của vật AB sẽ là:

A) 10cm

B) 15cm

C) 5 cm

D) 20 cm

Hướng dẫn trả lời

Ảnh đối xứng với vật thông qua quang tâm O thì kích thước của vật sẽ bằng với kích thước của ảnh ⇒ AB = A’B’ = 5 cm

→ Đáp án C

 

Trên đây là toàn bộ nội dung của bài viết giới thiệu về chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ do HOCMAI tổng hợp và biên soạn. Mong rằng đây sẽ là tài liệu hữu ích được các em học sinh đón đọc. Hẹn gặp lại các em ở các bài viết sau nhé!