Bài 43: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ - Vở BT Vật lí lớp 9
Bài 43: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ
A - ÔN TẬP
I - Đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ
1. Thí nghiệm
a. Đặt vật ngoài khoảng tiêu cự
C1. Ảnh thật bị ngược chiều so với vật.
C2. Khi dịch chuyển vật vào gần với thấu kính hơn ta không còn thu được ảnh thật ngược chiều với vật nữa, thay vào đó ta sẽ thấy một ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật.
b. Đặt vật trong khoảng tiêu cự
C3. Đặt vật vào trong khoảng tiêu cự, màn nằm sát thấu kính. Dịch chuyến từ từ màn ra xa thấu kính. Đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló, ta thấy ảnh cùng chiều với vật và lớn hơn vật. Đó là ảnh ảo và không hứng được trên màn.
2. Điền những nhận xét trên vào bảng 1
Bảng 1:
Lưu ý:
+ Một điểm sáng nằm ngay trên trục chính ở rất xa thấu kính cho ảnh tại tiêu điểm của thấu kính.
+ Vật đặt vuông góc với trục chính của thấu kính cho ảnh cùng vuông góc với trục chính.
II - Cách dựng ảnh
1. Dựng ảnh của điểm sáng S được tạo bởi thấu kính hội tụ
Lưu ý: Ảnh của một điểm sáng là một điểm sáng.
C4. Hình 43.1 vẽ anh S’ của điếm sáng S
- Tia tới SI đi song song với trục chính nên tia ló đi qua tiêu điểm F’
- Tia tới SO đi qua quang tâm O nên tia ló đi thẳng
S’ là điểm giao nhau của hai tia ló trên, ta thu được ảnh thật S’ của S qua thấu kính.
2. Dựng ảnh vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ
C5. Dựng ảnh:
+ Hình 43.2a cho thấy vật AB cách thấu kính một khoảng d = 36cm.
III - Vận dụng
C6. Đặt OA = d; OA’ = d’; OF = OF’ = f
- Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 36 cm, nằm ngoài khoảng OF.
Xét hai cặp tam giác đồng dạng: Δ A’B’F’ và Δ OIF’; Δ ABO và Δ A’B’O
Từ hệ thức đồng dạng ta có:
Vì tứ giác BIOA là hình chữ nhật => AB = OI
Chia cả hai vế của (1) cho tích d. d’. f ta có:
đây là công thức thấu kính cho trường hợp ảnh thật
Thay d = 36 cm, f = 12 cm vào công thức trên ta được: OA’ = d’ = 18 cm
Thay vào (*) ta có:
- Vật AB cách thấu kính d = 8 cm và nằm trong OF
Xét hai cặp tam giác đồng dạng Δ OAB và Δ OA’B’; Δ A’B’F’ và Δ OIF’
Từ hệ thức đồng dạng ta có:
Vì tứ giác BIOA là hình chữ nhật => AB = OI
Chia cả hai vế của (2) cho tích d. d’. f ta có:
đây là công thức thấu kính cho trường hợp ảnh thật
Thay d = 8 cm, f = 12 cm vào công thức trên ta được: OA’ = d’ = 24 cm
Thay vào (**) ta được:
C7.
Dịch chuyển trang sách ra xa thấu kính hội tụ, ảnh của dòng chữ qua thấu kính cùng chiều và to hơn dòng chữ quan sát trực tiếp. Đó là ảnh ảo của dòng chữ khi nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.
Đến một vị trí nào đó, ảnh của dòng chữ ngược chiều với vật. Đó là ảnh thật của dòng chữ tạo bởi thấu kính hội tụ, khi dòng chữ nằm ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính, và ảnh thật đó nằm ở trước mắt.
B – LÀM BÀI TẬP
I - Bài tập sách bài tập
Câu 42-43.1 trang 119 Vở BT Vật Lí 9:
- Tia SI song song với trục chính nên tia ló đi qua F’
- Tia tới SO đi qua quang tâm O nên tia ló đi thẳng
- Đường kéo dài của hai tia ló trên giao nhau tại S’, ta thu được ảnh ảo S’ của S qua thấu kính.
Câu 42-43.2 trang 119 Vở BT Vật Lí 9:
a. S’ là ảnh thật vì S và S’ nằm về 2 phía đối với trục chính Δ
b) Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì điểm sáng S qua thấu kính cho ảnh thật.
- Cách xác định quang tâm O và 2 tiêu điểm F và F’:
+ Nối S và S’ cắt trục chính Δ của thấu kính tại O
+ Vị trí đặt thấu kính: dựng đường thẳng vuông góc với trục chính tại O.
+Từ S dựng tia tới SI song song với trục chính của thấu kính. Nối I với S’ cắt trục chính tại tiêu điểm F’.
+ Tiêu điểm F: lấy F đối xứng với F’ qua O (OF = OF’).
Câu 42-43.3 trang 120 Vở BT Vật Lí 9:
a. Vì chùm tia ló ra khỏi thấu kính cắt nhau tại ảnh S’ và S’ là ảnh thật nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ.
b. Hình 43.5: Xác định điểm sáng S
+ Tia ló 1 đi qua tiêu điểm F’ nên tia tới đi song song với trục chính của thấu kính. Tia ló 2 đi song song với trục chính nên tia tới đi qua tiêu điểm của thấu kính.
+ Vẽ tia song song với trục chính Δ từ I. Nối K và F với nhau. Ta được điểm sáng S cần vẽ tại điểm cắt nhau của 2 đường trên.
Câu 42-43.4 trang 120 Vở BT Vật Lí 9:
a. Nó là ảnh ảo vì A’B’ cùng chiều với vật và nằm cùng phía với vật đối với trục chính.
b. Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì ảnh A’B’ là ảnh ảo lớn hơn vật.
c. Từ hình 43.6, xác định O, F, F’
+ B’ là ảnh của điểm B nên ta nối B’ với B cắt trục chính của thấu kính tại quang tâm O.
+ Dựng vuông góc với trục chính từ O ta được vị trí đặt thấu kính.
+ Từ B dựng tia BI song song với trục chính của thấu kính. Nối IB’ kéo dài cắt trục chính tại F’. Lấy F đối xứng với F’ ta được tiêu điểm vật F.
Câu 42-43.5 trang 120 Vở BT Vật Lí 9:
a. Hình 43.7, ảnh A’B’ của AB tạo bởi thấu kính.
Qua thấu kính hội tụ dựng ảnh của vật sáng AB. Dựng ảnh B’ của điểm B bằng 2 trong 3 tia sáng đã học.
- Vật AB cách thấu kính d = 2f, nằm ngoài khoảng OF.
Tia BI song song với trục chính nên tia ló đi qua F’
Tia tới BO đi qua quang tâm O nên tia ló đi thẳng
B’ là điểm giao của 2 tia ló trên, ta được ảnh thật B’ của B qua thấu kính.
Hạ vuông góc với trục của thấu kính từ điểm B', cắt trục chính tại điểm A’. A’ là ảnh của điểm A. A’B’ là ảnh của AB tạo bởi thấu kính hội tụ.
b.
Trên hình 42-43.5a, xét 2 cặp tam giác đồng dạng Δ A’B’F’ và Δ OIF’; Δ ABO và Δ A’B’O;
Từ hệ thức đồng dạng ta có:
Vì tứ giác BIOA là hình chữ nhật nên AB = OI
Chia cả hai vế của (1) cho tích d. d’. f ta có:
đây là công thức thấu kính cho trường hợp ảnh thật
Thay d = 2f, ta tính được: OA’ = d’ = 2f = d
Thay vào (*) ta được:
Vậy d’ = d; h’ = h.
Câu 42-43.6 trang 120 Vở BT Vật Lí 9:
a - 3; b - 1; c - 4; d - 5; e - 2
II - Bài tập nâng cao
Câu 43a trang 121 Vở BT Vật Lí 9: Ghép nội dung bên trái với nội dung bên phải để được câu đúng
Thấu kính hội tụ:
| 1. Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho | a. ảnh ảo lớn hơn và cùng chiều với vật. |
| 2. Vật đặt rất xa thấu kính cho | b. ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự. |
| 3. Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho | c. ảnh thật ngược chiều vật. |
| d. ảnh ảo nhỏ hơn và cùng chiều với vật. |
Đáp án:
1 - c; 2 - b; 3 – a
Câu 43b trang 121 Vở BT Vật Lí 9: Hình 43.8 biết Δ là trục chính của một thấu kính, S là điểm sáng, S’ là ảnh của S tạo bởi thấu kính đó.
a. S’ là ảnh ảo hay ảnh thật?
b. Vì sao em biết thấu kính đã cho là hội tụ? Hãy xác định quang tâm O hai tiêu điểm F và F’ của thấu kính đã cho bằng cách vẽ?
Đáp án:
a. S’ là ảnh ảo do nằm cùng phía với S và khoảng cách từ S’ đến trục chính lớn hơn từ S tới trục chính.
b. Đây là thấu kính hội tụ vì ảnh S’ là ảnh ảo và xa trục chính hơn vật S.
Vẽ hình:
1. Trả lời câu hỏi
a. Dựng ảnh của một vật được đặt cách thấu kính hội tụ một khoảng d = 2f.
b.
Theo hình vẽ ta được: BI = AO = 2f = 2OF'
=> OF' là đường trung bình của tam giác B'BI.
Từ đó suy ra OB' = OB
Lại có ∠ B'OA' = ∠ BOA (vì là 2 góc đối đỉnh)
AB vuông góc AO và A'B' vuông góc OA'
Vậy theo trường hợp có cạnh huyền và một góc nhọn bằng nhau ta có
Δ A'B'O = Δ ABO
Suy ra: A'B' = h’ = h = AB và OA' = OA = 2f (ĐPCM)
c. Ảnh thật A’B’ có kích thước bằng vật: AB = A'B' hay h = h'.
d. Trong trường hợp này, công thức tính tiêu cự của thấu kính là:
OA' = OA = 2f → d’ = d = 2f
=> f = (d + d')/4
e. Cách đo tiêu cự của thấu kính hội tụ theo phương pháp này.
- Đo chiều cao của vật và đánh dấu chiều cao này trên màn ảnh.
- Dịch chuyển màn ảnh và vật ra xa thấu kính những khoảng bằng nhau đến khi thu được ảnh rõ nét
- Kiểm tra xem có thỏa mãn các điều kiện d = d’ và h = h’ hay không.
- Công thức tính tiêu cự của thấu kính: f = (d + d')/4
2. Ghi kết quả vào bảng 1
Bảng 1:
b. Tiêu cự của thấu kính đo được có giá trị trung bình là: