Chuyên đề Các tác dụng của ánh sáng chi tiết Vật Lý 9

Cùng ôn tập lại kiến thức và luyện tập thông qua các Bài tập quang hình học trong bài viết này của HOCMAI các em học sinh nhé. Hãy chuẩn bị giấy bút và bắt đầu bài học ngay bây giờ.

 

Bài viết tham khảo thêm:

• Mắt
• Mắt cận và mắt lão
• Kính lúp

 

I – Lý thuyết Bài tập quang hình học

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng truyền từ một môi trường trong suốt này sang một môi trường trong suốt kia bị gãy khúc ở mặt phân cách giữa hai môi trường.

Ghi chú:

• Tiêu cự của thấu kính – f
• Khoảng cách từ vị trí của vật đến thấu kính – d
• Khoảng cách từ vị trí của ảnh đến thấu kính – d’

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

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

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

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

→ Xem chi tiết bài viết tại Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

2. Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính phân kì

a) Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính phân kì

b) Cách dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kì

→ Xem chi tiết bài viết tại Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

 

II – Giải bài tập quang hình học SGK Vật lí 9

Bài 1 | Trang 135 SGK Vật Lý 9 

Một bình hình trụ tròn có chiều cao là 8cm và đường kính là 20 cm. Một học sinh đặt mắt nhìn vào bên trong bình sao cho thành bình vừa vặn che khuất được hết đáy (hình 51.1 trang 135 SGK). Khi đổ nước vào bình khoảng xấp xỉ 3/4 thì bạn đó vừa vặn nhìn thấy được tâm O của đáy. Hãy vẽ tia sáng đi từ tâm O của đáy bình truyền tới mắt.

Hướng dẫn trả lời

– Vẽ đường thẳng biểu diễn mặt nước là PQ. Sau khi đổ nước vào thì đường PQ này cắt với tia sáng BD đi từ mép của đáy bình tới mắt tại điểm I ⇒ I là điểm tới.

– Nối OI ⇒ OI là tia tới, tia OI bị khúc xạ tại điểm I theo phương ID.

– Khi đó tia khúc xạ đến mắt là tia ID.

Kết quả đo: AB = 0,5cm; A’B’ = 1,5cm ⇒ A’B’ = 3AB

Bài 2 | Trang 135 SGK Vật Lý 9

Một vật sáng AB có hình dạng mũi tên được đặt vuông góc cùng với trục chính của một thấu kính hội tụ, đặt cách thấu kính 16cm, A nằm ở trên trục chính. Thấu kính có tiêu cự là 12 cm.

a) Hãy vẽ ảnh của vật AB qua thấu kính theo đúng tỉ lệ.

b) Hãy đo chiều cao của ảnh và vật ở trên hình vẽ và tính toán xem ảnh cao gấp bao nhiêu lần so với vật.

Hướng dẫn trả lời

a) Vẽ ảnh đúng với tỷ lệ:

b) Xét các cặp tam giác đồng dạng ở trên hình vẽ:

• 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’)

Do tứ giác BIOA là hình chữ nhật ⇒ AB = OI

⇒ AO/A’O = OF’/(OA’ – OF’) ⇔ d/d’ = f/(d’ – f)

⇔ dd’ – df = d’f (1)

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

(*) Công thức thấu kính cho trường hợp ảnh thật)

Thay d = 16cm và f = 12cm ta tính được: OA’ = d’ = 48cm

Thay vào (*) ta được:

A’B’ = AB.A’O/AO’ = h.d’/d = h.48/36 = 3h = 3AB

⇒ Ảnh cao gấp 3 lần vật.

Kết quả đo: AB =0,5cm; A’B’ = 1,5cm ⇒ A’B’ = 3AB

Bài 3 | Trang 136 SGK Vật Lý 9 

Hòa bị tật cận thị có điểm cực viễn (Cv) cách mắt 40 cm. Bình cũng bị cận thị nhưng có điểm cực viễn (Cv) cách mắt 60 cm.

a) Ai là người bị cận thị nặng hơn?

b) Hòa và Bình đều cần phải đeo kính để khắc phục tật cận thị. Đó là loại thấu kính gì? Kính của ai có tiêu cự ngắn hơn?

Hướng dẫn trả lời

a) Ta có: (OCv)Hòa = 40cm và (OCv)Bình = 60cm

Do: (OCv)Hòa < (OCv)Bình ⇒ Bạn Hòa nhìn xa kém hơn bạn Bình ⇒ Hòa bị cận thị nặng hơn Bình.

b) Để sửa được tật cận thị, hai bạn cần phải đeo kính sao cho:

Có nghĩa là: B’ ≡ CV (1)

Khi d1 = ∞ ⇒ d’ = f ⇒ B’ ≡ F (2)

Từ (1) và (2) ⇒ F ≡ Cv

Vậy kính cận là thấu kính phân kì. Muốn nhìn rõ được các vật ở xa thì người bị cận cần phải đeo kính có tiêu cự thỏa mãn điều kiện là tiêu điểm F của kính trùng với điểm cực viễn của mắt: F ≡ Cv

Vì kính cận thích hợp có tiêu cự thỏa mãn: fk = OCv

⇒ (fk)Bình = (OCv)Bình = 60cm > (fk)Hòa = (OCv)Hòa = 40cm.

⇒ Kính của Hòa có tiêu cự ngắn hơn kính của Bình.

 

III – Bài tập Trắc nghiệm và Tự luận quang hình học

1. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: S’ là ảnh của vật S qua thấu kính phân kì. Khi ta cho S tiến lại gần với thấu kính theo đường song song cùng với trục chính thì ảnh S’ sẽ di chuyển theo những đường nào dưới đây?

A) Đường SI.

B) Đường OS.

C) Đường kẻ từ S’ song song cùng với trục chính.

D) Đường FI.

Trả lời

Khi ta cho S tiến lại gần với thấu kính theo đường song song cùng với trục chính thì ảnh S’ sẽ di chuyển theo đường FI.

→ Đáp án D

Câu 2: Thể thủy tinh khác với vật kính của máy ảnh bởi vì thể thủy tinh là:

A) Thấu kính phân kì.

B) Thấu kính hội tụ.

C) Thấu kính hội tụ có tiêu cự thay đổi.

D) Cả 3 phương án đều sai.

Trả lời

Thể thủy tinh khác với vật kính của máy ảnh bởi vì thể thủy tinh là thấu kính hội tụ có tiêu cự thay đổi

→ Đáp án C

Câu 3: Khi dùng kính lúp để quan sát, người ta cần phải điều chỉnh cái gì để việc quan sát được diễn ra thuận lợi? Chọn phương án trả lời đúng nhất ở trong các phương án sau:

A) Điều chỉnh vị trí của cả vật, của kính và của mắt.

B) Điều chỉnh vị trí của kính.

C) Điều chỉnh vị trí của vật.

D) Điều chỉnh vị trí của mắt.

Trả lời

Khi sử dụng kính lúp để quan sát, người ta cần phải điều chỉnh cả vị trí của vật, của kính và của cả mắt để việc quan sát được thuận lợi.

→ Đáp án A

Câu 4: Khi quan sát một đồng xu bên trong chậu đựng nước thì ta sẽ nhận thấy đồng xu:

A) Vẫn bình thường.

B) Xa mặt thoáng hơn.

C) Gần mặt thoáng hơn.

D) Cả 3 phương án đều sai.

Trả lời

Khi quan sát một đồng xu bên trong chậu đựng nước thì ta sẽ nhận thấy đồng xu gần mặt thoáng hơn

→ Đáp án C

Câu 5: Muốn ảnh A’B’ của vật AB cho bởi kính lúp là ảnh ảo thì cần phải đặt vật AB tại vị trí nào trước thấu kính? (trong đó d là khoảng cách từ vật đến với thấu kính)

A) f > d > 0

B) d > 2f

C) 2f > d > f

D) d > f

Trả lời

Muốn ảnh A’B’ của vật AB cho bởi kính lúp là ảnh ảo thì cần phải đặt vật AB trong khoảng từ tiêu điểm đến thấu kính f > d > 0

→ Đáp án A

2. Bài tập tự luận

Câu 1: Một vật sáng AB được đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cho ảnh thật A’B’. Biết rằng A’B’ = 3AB.

a) Xác định quang tâm O và các tiêu điểm chính của thấu kính.

b) Biết khoảng cách AA’ = 80cm. Hãy xác định vị trí của vật và của ảnh.

c) Biết khoảng cách từ vật tới ảnh không đổi. Hãy tìm vị trí của thấu kính để sao cho ảnh của vật vẫn là ảnh thật và cao bằng với vật.

Trả lời

a) Hình vẽ

b) ΔOAB ∼ ΔOA’B’ (g.g) => OA/OA’ AB/A’B’ = 1/3 ⇒ OA’ = 3OA

Mà ta có OA + OA’ = 80cm (2)

Từ (1) và (2) ⇒ OA + 3OA = 80 ⇒ OA = 20cm ⇒ OA’ = 60 cm

c) AB = A’B’ ⇒ OA = OA’ = AA’/2 = 40cm

Vậy cần phải đặt thấu kính cách vật 40cm thì AB = A’B’

Câu 2: Vật AB được đặt cách thấu kính hội tụ khoảng cách 55cm thì ảnh A’B’ cách thấu kính khoảng 20cm.

a) Hỏi ảnh A’B’ là ảnh ảo hay ảnh thật? Hãy tính tiêu cự của thấu kính.

b) Dịch vật lại gần với thấu kính thêm 15cm. Hãy tìm độ dịch chuyển của ảnh.

Trả lời

a) Vì A’B’ < AB => Ảnh A’B’ là ảnh thật

b) Khi dịch chuyển vật lại gần với thấu kính thì khoảng cách ở giữa vật và thấu kính lúc này sẽ là: OA1 = 55 – 15 = 40 cm

OA1 > 2OF’ ⇒ Ảnh nhỏ hơn vật

Ta có:

Vậy ảnh dịch chuyển khoảng: 23,17 – 20 = 3,17cm

Câu 3: Một vật AB cao 4cm đặt cách thấu kính 30cm ở trước một thấu kính phân kì. Ta thu được một ảnh cách 15cm với thấu kính như hình vẽ. Ảnh đó là ảnh ảo hay ảnh thật và Ảnh đó cao bao nhiêu?

Trả lời

Ảnh A’B’ là ảnh ảo

Xét ΔABO có:

• AB //A’B’
• OB’ = BB’ = OB/2

⇒ A’B’ là đường trung bình trong ΔABO

⇒ A’B’ = AB/2 = 2cm

Câu 4: Biết rằng khoảng cách từ thể thủy tinh tới màng lưới của mắt một người là không đổi và = 2cm. Khi nhìn một vật ở phía rất xa thì mắt không cần phải điều tiết và tiêu điểm của thể thủy tinh nằm đúng ở trên màng lưới. Hãy tính độ thay đổi tiêu cự của thể thủy tinh khi ta chuyển từ trạng thái nhìn một vật ở phía rất xa sang trạng thái nhìn một vật đặt cách mắt 100cm.

Trả lời

– Khi ta nhìn một vật ở phía rất xa thì mắt không cần phải điều tiết và tiêu điểm của thể thủy tinh nằm đúng ở trên màng lưới, lúc đó tiêu cự của thể thủy tinh sẽ là f1 = 2cm.

– Khi nhìn một vật đặt ở cách mắt 100cm, ảnh của vật sẽ hiện rõ trên võng mạc.

Áp dụng công thức: 1/f = 1/d + 1/d’ 

⇒ Tiêu cự của thể thủy tinh lúc đó: f = (d.d’)/(d+d’)= (100.2) / (100+2) = 1,961cm

Độ giảm tiêu cự: Δf = f1 – f = 2 – 1,961 = 0,039

Câu 5: Một vật sáng AB được đặt cách màn một khoảng L, khoảng ở giữa vật và màn đặt một thấu kính hội tụ có tiêu cự f và quang tâm O. Biết AB và màn vuông góc cùng với trục chính của thấu kính, A nằm ở trên trục chính của thấu kính với OA > f, ảnh A’B’ hiện rõ bên trên màn.

a) Tìm điều kiện để thu được ảnh rõ nét trên màn.

b) Đặt l là khoảng cách ở giữa hai vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn. Em hãy chứng minh công thức:

 

Trả lời

a) Áp dụng công thức:  1/f = 1/d + 1/d’ (1)

Ta lại có: L = d’ + d ⇒ d’ = L – d (2)

Để thu được ảnh rõ nét trên màn thì d² – Ld + Lf = 0 phải có nghiệm 

⇒ Δ = L² – 4Lf ≥ 0 hay L ≥ 4f

b) Vì bài toán có hai vị trí nhìn thấy được ảnh thật nên Δ > 0

Vậy hai vị trí của thấu kính đều cho ảnh thật rõ nét đối xứng với nhau qua mặt trung trực ở giữa vật và màn.

 

Trên đây là toàn bộ nội dung bài 51 Vật Lý 9: Bài tập quang hình học do HOCMAI biên soạn gửi đến các em học sinh. Mong rằng với những kiến thức đã chia sẻ trong bài sẽ giúp ích các em học tốt chuyên đề này.