Chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì Vật Lý 9

0
3897
anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki

Chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì chính là chuyên đề Vật Lý 9 tiếp theo HOCMAI muốn gửi đến các em học sinh. Đây là chuyên đề quan trọng và các em rất hay nhầm lẫn với Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ. Tham khảo ngay bài viết dưới đây để nắm chắc kiến thức và phân biệt được ảnh của hai loại thấu kính này nhé! 

 

Bài viết tham khảo thêm:

 

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 phân kì

– Vật sáng đặt tại mọi vị trí phía trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật và luôn nằm ở trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-1

– Vật đặt rất xa với thấu kính, ảnh ảo của vật có vị trí cách xa thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

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

– Từ S ta dựng hai tia (2 trong 3 tia đặc biệt) đến với thấu kính, sau đó ta vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính. Hai tia ló không thực sự cắt nhau mà là đường kéo dài của chúng cắt nhau, giao điểm cắt nhau ấy chính là ảnh ảo S’ của S.

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-2

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

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

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-3

 

II – Phương pháp giải chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

– Cách để xác định vị trí của ảnh khi đã biết vị trí của vật và tiêu cự hay xác định vị trí của vật khi đã biết được vị trí của ảnh và tiêu cự hay xác định tiêu cự khi đã biết được vị trí của ảnh và vị trí của vật:

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

– Cách 2: Áp dụng công thức để có thể xác định tiêu cự và độ lớn của vật:

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-4

Trong đó: 

  • Vật là vật thật.
  • f là tiêu cự của thấu kính phân kì (f < 0).
  • d là khoảng cách từ vị trí của vật tới thấu kính.
  • d’ là khoảng cách từ vị trí của ảnh tới thấu kính (Ảnh ảo nên d’ < 0).

 

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

Câu C1 | Trang 122 SGK Vật Lý 9 

Bố trí thí nghiệm như ở hình 45.1, để quan sát được ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì.

Vật và màn đều được đặt vuông góc cùng với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự khoảng 12cm. Em hãy làm thí nghiệm để chứng tỏ rằng không thể hứng được ảnh của vật ở trên màn với mọi vị trí của vật.

Hướng dẫn trả lời

Thí nghiệm chứng tỏ rằng không thể hứng được ảnh của vật bên trên màn với mọi giá trị của vật: Đặt vật ở trước thấu kính, màn hứng sát với thấu kính. Từ từ di chuyển màn để theo dõi xem ảnh của vật có hiện trên màn không, sau đó lại thay đổi vị trí vật xem ảnh có xuất hiện không.

Câu C2 | Trang 122 SGK Vật Lý 9 

Làm thế nào để có thể quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì? Ảnh đó chính là ảnh thật hay ảnh ảo? Cùng chiều hay là ngược chiều với vật. 

Hướng dẫn trả lời

Để có thể quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì, ta đặt mắt ở trên đường kéo dài của tia ló, ảnh đó là một ảnh ảo, cùng chiều với vật.

Câu C3 | Trang 122 SGK Vật Lý 9

Dựa vào kiến thức đã được học ở bài trước, hãy nêu cách để dựng ảnh của vật AB qua thấu kính phân kì. Biết rằng AB vuông góc với trục chính, A nằm ở trên trục chính.

Hướng dẫn trả lời

Muốn dựng ảnh A’B’ của vật sáng AB qua thấu kính phân kì (AB vuông góc cùng với trục chính, A nằm ở trên trục chính), ta chỉ cần dựng ảnh B’ của B. B’ chính là giao điểm của đường thẳng BO cùng với đường kéo dài của tia ló, từ B’ ta hạ đường vuông góc xuống trục chính → Có điểm A’.

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-5

Từ B ta kẻ đường thẳng song song cùng với trục chính, cắt qua thấu kính tại điểm K, FK cắt BO tại điểm B’. Từ B’ ta kẻ đường thẳng vuông góc với trục chính và cắt trục chính tại A’.

Câu C4 | Trang 122 SGK Vật Lý 9 

Trên hình 45.2 cho ta biết vật AB được đặt vuông góc cùng với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự là f = 12cm. Điểm A nằm bên trên trục chính và cách quang tâm O một khoảng OA bằng 24cm.

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-6

  • Hãy dựng ảnh A’B’ của vật AB được tạo bởi thấu kính đã cho.
  • Dựa vào hình vẽ, hãy lập luận để chứng tỏ được rằng ảnh này luôn nằm bên trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Hướng dẫn trả lời

Muốn dựng được ảnh của một vật sáng AB qua thấu kính phân kì khi AB vuông góc với trục chính, A nằm ở trên trục chính, ta cần làm như sau:

Dùng hai tia trong ba tia sáng đã được học để dựng ảnh B’ của điểm B.

  • Tia BI đi song song với trục chính → Cho tia ló có đường kéo dài đi qua F
  • Tia tới BO là tia đi quang tâm O → Cho tia ló đi thẳng
  • Hai tia ló trên có đường kéo dài giao tại giao điểm B’, ta thu được ảnh ảo B’ của B khi qua thấu kính.
  • Từ B’ hạ vuông góc cùng với trục của thấu kính, cắt với trục chính tại điểm giao điểm A’. A’ là ảnh của điểm A qua thấu kính. A’B’ là ảnh ảo của AB được tạo bởi thấu kính phân kì. (Hình 45.2a).

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-7

Ta dựa vào tia đi song song với trục chính và tia đi qua quang tâm để dựng được ảnh A’B’ của AB. Khi tịnh tiến AB luôn vuông góc cùng với trục chính thì tại tất cả vị trí, tia BI luôn không đổi → Cho tia ló IK cũng không đổi. Do đó tia BO luôn cắt tia IK kéo dài tại giao điểm B’ nằm bên trong đoạn FI → Hình chiếu A’ của B’ lên trục chính nằm ở trong đoạn OF. Chính vì vậy, ảnh A’B’ luôn nằm bên trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Câu C5 | Trang 123 SGK Vật Lý 9

Đặt vật sáng AB trước một thấu kính có tiêu cự là f = 12cm. Vật sáng AB cách thấu kính một khoảng là d = 8cm, A nằm ở trên trục chính. Hãy dựng ảnh A’B’ của vật AB. Dựa vào hình vẽ để nêu lên nhận xét về độ lớn của ảnh so với vật sáng trong hai trường hợp:

  • Thấu kính là hội tụ
  • Thấu kính là phân kì

Hướng dẫn trả lời

TH1: Thấu kính là hội tụ

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-8

 ⇒ Ảnh được tạo bởi thấu kính hội tụ lớn hơn vật.

TH2: Thấu kính là phân kì

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-9

⇒ Ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì nhỏ hơn vật

Câu C6 | Trang 123 SGK Vật Lý 9

Từ bài toán ở trên, hãy cho biết ảnh ảo của một vật được tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì có những đặc điểm gì giống nhau và khác nhau. Từ đó hãy nêu cách để nhận biết nhanh chóng một thấu kính là hội tụ hay là phân kì?

Hướng dẫn trả lời

 

Ảnh ảo của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

Ảnh ảo của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

Giống nhau

Đều là ảnh ảo, cùng chiều với vật

Khác nhau

Lớn hơn vật Nhỏ hơn vật

 

Cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính: Đặt ngón tay ở phía trước và gần với thấu kính sao cho có ảnh ảo, nếu ta thấy hình ảnh của ngón tay nhìn qua kính có:

  • Kích thước lớn hơn so với mắt nhìn → Thấu kính hội tụ
  • Kích thước nhỏ hơn so với mắt nhìn → Thấu kính phân kì

Câu C7 | Trang 123 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 trong cả hai trường hợp ở câu C5 khi vật có chiều cao h = 6mm

Hướng dẫn trả lời

 

  • TH1: Thấu kính là hội tụ

 

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-8

Trên hình 45.3a, ta xét hai cặp tam giác đồng dạng:

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

Vì tứ giác BIOA là một hình chữ nhật ⇒ AB = OI

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-10

⇔ dd’ + df = d’f (2)

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

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-11

(*) Công thức thấu kính ở trường hợp ảnh ảo)

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

Thay vào (*) ta được:

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-12

  • TH2: Thấu kính là phân kì

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-9

Trên hình 45.3b, ta xét hai cặp tam giác đồng dạng:

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

Vì tứ giác BIOA là một hình chữ nhật ⇒ AB = OI

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-13

⇔ df’ – dd’ = d’f (2)

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

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-14

(**) Công thức thấu kính phân kì

Thay d = 8cm và f = 12cm ta tính được: OA’ = d’ = 4,8cm

Thay vào (**) ta được: A’B’ = AB.A’O/AO = h.d’/d = 6.4,8/8 = 3,6mm = 0,36cm

Câu C8 | Trang 123 SGK Vật Lý 9

Hãy trả lời câu hỏi được nêu ra ở phần mở bài: “Bạn Đông bị cận thị nặng. Nếu mà Đông bỏ kính ra, ta nhìn thấy mắt bạn ấy to hơn hay nhỏ hơn khi ta nhìn mắt bạn lúc đang đeo kính”.

Hướng dẫn trả lời

Nếu Đông bỏ kính ra, ta sẽ thấy mắt bạn ấy to hơn khi nhìn mắt bạn lúc đeo kính bởi vì bạn Đông bị cận thị nặng nên phải đeo kính phân kì, kính phân kì sẽ cho ảnh ảo lớn hơn so với vật thật.

 

IV – Bài tập Trắc nghiệm Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

Câu 1: Ảnh của một ngọn nến khi qua một thấu kính phân kì:

A) có thể là ảnh thật và cũng có thể là ảnh ảo.

B) chỉ có thể là ảnh ảo và nhỏ hơn ngọn nến.

C) chỉ có thể là ảnh ảo và lớn hơn ngọn nến.

D) chỉ có thể là ảnh ảo và có thể lớn hoặc nhỏ hơn ngọn nến.

Hướng dẫn trả lời

Ảnh của một ngọn nến khi qua một thấu kính phân kì sẽ luôn là ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn so với vật

Đáp án B

Câu 2: Ảnh ảo của một vật được tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì có điểm giống nhau ở chỗ:

A) đều ngược chiều với vật

B) đều cùng chiều với vật

C) đều nhỏ hơn vật

D) đều lớn hơn vật

Hướng dẫn trả lời

Ảnh ảo của một vật được tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì có điểm giống nhau ở chỗ là đều cùng chiều với vật

Đáp án B

Câu 3: Vật đặt tại vị trí nào trước thấu kính phân kì sẽ cho ảnh trùng với vị trí tiêu điểm:

A) Đặt ngoài khoảng tiêu cự.

B) Đặt trong khoảng tiêu cự.

C) Đặt tại tiêu điểm.

D) Đặt rất xa.

Hướng dẫn trả lời

Vật đặt ở rất xa trước thấu kính phân kì sẽ cho ảnh trùng với vị trí tiêu điểm

Đáp án D

Câu 4: Một vật sáng được đặt tại tiêu điểm của một thấu kính phân kì. Khoảng cách từ giữa ảnh tới thấu kính là:

A) f/2

B) f/3

C) 2f

D) f

Hướng dẫn trả lời

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-15

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

Mà AB = OI ⇒ AO/A’O = OF/(OF – OA’) ⇔ f/OA’ = f/(f-OA’)

⇒ OA’ = f – OA’

⇒ 2OA’ = f ⇒ OA’ = f/2

Đáp án A

Câu 5: Vật sáng AB được đặt vuông góc cùng với trục chính tại tiêu điểm trong một thấu kính phân kì có tiêu cự f. Nếu dịch chuyển vật lại gần với thấu kính thì ảnh ảo của vật sẽ:

A) càng lớn và càng gần với thấu kính.

B) càng nhỏ và càng gần với thấu kính.

C) càng lớn và càng xa so với thấu kính.

D) càng nhỏ và càng xa so với thấu kính.

Hướng dẫn trả lời

Nếu dịch chuyển vật lại gần với thấu kính →  Ảnh ảo của vật sẽ càng lớn và càng gần so với thấu kính.

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-16

Đáp án A

Câu 6: Vật sáng AB có độ cao h được đặt vuông góc cùng với trục chính của một thấu kính phân kì. Điểm A nằm bên trên trục chính và có vị trí ở tiêu điểm F. Ảnh A’B’ có độ cao là h’ thì:

A) h = h’

B) h = 2h’ 

C) h’ = 2h

D) h < h’

Hướng dẫn trả lời

anh-cua-mot-vat-tao-boi-thau-kinh-phan-ki-15

  • ΔOIF ∼ ΔA’B’F ⇒ OI/A’B’ = OF/A’F = OF/(OF – OA’)
  • ΔOAB ∼ ΔOA’B’ ⇒ AB/A’B’ = AO/A’O (1)

Mà AB = OI ⇒ AO/A’O = OF/(OF – OA’) ⇔ f/OA’ = f/(f-OA’)

⇒ OA’ = f – OA’

⇒ 2OA’ = f ⇒ OA’ = f/2

Thay vào (1) ta được: h/h’ = f/(f/2) = 2 ⇒ h = 2.h’

Đáp án B

Câu 7: Lần lượt đặt vật sáng AB trước một thấu kính phân kì và một thấu kính hội tụ. Thấu kính phân kì sẽ cho ảnh ảo A1B1, thấu kính hội tụ sẽ cho ảnh ảo A2B2. Vậy thì:

A) A1B1 < A2B2

B) A1B1 = A2B2

C) A1B1 > A2B2

D) A1B1 ≥ A2B2

Hướng dẫn trả lời

Thấu kính phân kì cho ảnh ảo A1B1 nhỏ hơn so với vật, thấu kính hội tụ cho ảnh ảo A2B2 lớn hơn so với vật ⇒ A1B1 < A2B2

Đáp án A

Câu 8: Một người quan sát vật AB qua thấu kính phân kì, khi đặt cách mắt 8cm thì thấy ảnh của mọi vật ở phía xa, đặt gần thì đều hiện lên cách mắt trong khoảng 64cm trở lại. Hãy xác định tiêu cự của thấu kính phân kì:

A) 40cm

B) 64cm

C) 56cm

D) 72cm

Hướng dẫn trả lời

Vì ảnh của tất cả những vật nằm ở trước thấu kính phân kì đều là ảnh ảo nằm bên trong khoảng từ tiêu điểm tới quang tâm của thấu kính, vậy nên tiêu cự của thấu kính phân kì này là: 64 − 8 = 56cm

Đáp án C

 

Vậy là bài viết về chuyên đề Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì đã kết thúc. Các em học sinh hãy tham khảo bài viết trên thật kĩ để nắm chắc kiến thức và phân biệt được ảnh qua hai loại thấu kính này nhé!