BÀI 43. ẢNH CỦA MỘT VẬT TẠO BỞI THẤU KÍNH HỘI TỤ
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Ảnh thật, ảnh ảo qua thấu kính
+ Khi chùm tia tới từ một điểm S trên vật sáng đến thấu kính có chùm tia ló hội tụ tại điểm S’ ở sau thấu kính, S’ được gọi là ảnh thật của S qua thấu kính. Ảnh thật có thể hiện rõ trên màn hoặc được nhìn thấy bằng mắt khi mắt đặt sau điểm hội tụ của chùm tia ló.
+ Khi chùm tia tới từ một điểm S trên vật sáng đến thấu kính có chùm tia ló phân kì, đường kéo dài của các tia ló giao nhau tại điểm S’ ở trước thấu kính, S’ được gọi là ảnh ảo của S qua thấu kính. Ảnh ảo không thể hiện được trên màn nhưng có thể nhìn thấy bằng mắt khi mắt đặt sau thấu kính để nhận chùm tia ló.
2. Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ
STT | Khoảng cách từ vật đến thấu kính (d) | Đặc điểm của ảnh | ||
Thật hay ảo | Cùng chiều hay ngược chiều | Lớn hơn hay nhỏ hơn vật | ||
1 | Vật ở rất xa thấu kính | Thật | Ngược chiều | Nhỏ hơn vật |
2 | d > 2f | Thật | Ngược chiều | Nhỏ hơn vật |
3 | d = 2f | Thật | Ngược chiều | Bằng vật |
4 | f < d < 2f | Thật | Ngược chiều | Nhỏ hơn vật |
5 | d < f | Ảo | Cùng chiều | Nhỏ hơn vật |
3. Dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính hội tụ
+ S là một điểm sáng được đặt trước thấu kính hội tụ. Chùm sáng từ S phát ra, sau khi khúc xạ qua thấu kính, cho chùm tia ló hội tụ tại ảnh S’ của S. Để xác định vị trí của S’, chỉ cần vẽ đường truyền của hai trong ba tia sáng đã học.
4. Dựng ảnh của một vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ
+ Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (AB vuông góc với trục chính của thấu kính, A nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng cách vẽ đường truyền của hai tia sáng đặc biệt, sau đó từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính ta có ảnh A’ của A.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Dạng 1: Vẽ ảnh của điểm sáng qua thấu kính hội tụ
+ Để vẽ ảnh S’ của một điểm sáng S qua thấu kính hội tụ, ta vẽ 2 tia đặc biệt xuất phát từ S đến thấu kính, giao của hai tia ló (hoặc phần kéo dài của tia ló) là ảnh S’ của S qua thấu kính.
- Tia tới đi qua quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới.
- Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm.
- Tia sáng qua qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.
Chú ý: Nếu điểm sáng S nằm trên trục chính của thấu kính thì ảnh S’ của nó cũng nằm trên trục chính của thấu kính.
Dạng 2: Vẽ ảnh của vật sáng qua thấu kính
Cách vẽ ảnh của vật AB đặt vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính:
Bước 1: Vẽ ảnh B’ của điểm B như cách vẽ ảnh của một điểm sáng S qua thấu kính.
Bước 2: Từ B’ hạ vuông góc với trục chính, cắt trục chính tại A’ chính là ảnh của A qua thấu kính.
Chú ý: Nếu vật AB không vuông góc với trục chính ta vẽ ảnh của hai điểm A, B rồi nối lại thành ảnh của đoạn AB.
Dạng 3: Xác định vị trí của ảnh, của vật hoặc tiêu cự của thấu kính
Cách 1: Vẽ ảnh của một vật theo phương pháp nêu trên. Sử dụng tính chất của tam giác đồng dạng để suy ra đại lượng cần xác định.
Cách 2: Áp dụng công thức \(\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{{{d}'}}\)
Trong đó: vật là vật thật.
f là tiêu cự của thấu kính (là khoảng cách từ tiêu điểm đến quang tâm).
d là khoảng cách từ vị trí của vật đến thấu kính.
d’ là khoảng cách từ vị trí của ảnh đến thấu kính
(khi ảnh thật thì d’ > 0, khi ảnh ảo thì d’ < 0).
Dạng 4: 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 \({h}'=\frac{{{d}'}}{d}\cdot h\)
Trong đó: h và h’ là độ cao của vật và của ảnh (khi ảnh thật thì h’ > 0, khi ảnh ảo thì h’ < 0).
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Câu C1 (trang 116 SGK Vật Lí 9):
Đặt vật ở xa thấu kính và màn ở sát thấu kính. Từ từ dịch chuyển màn ra xa thấu kính cho đến khi xuất hiện ảnh rõ nét của vật ở trên màn, đó là ảnh thật. Ảnh thật cùng chiều hay ngược chiều so với vật?
Trả lời:
Ảnh thật ngược chiều so với vật.
Câu C2 (trang 116 SGK Vật Lí 9):
Dịch chuyển vật vào gần thấu kính hơn. Tiến hành thí nghiệm như trên, có thu được ảnh của vật trên màn nữa không? Ảnh thật hay ảo? Ảnh cùng chiều hay ngược chiều so với vật?
Trả lời:
Khi vật lại gần thấu kính hơn nữa, ta không còn thu được ảnh thật ngược chiều với vật trên màn nữa, mà ta sẽ quan sát thấy một ảnh ảo, cùng chiều với vật và lớn hơn vật.
Câu C3 (trang 116 SGK Vật Lí 9):
Hãy chứng tỏ rằng không hứng được ảnh của vật ở trên màn. Hãy quan sát ảnh của vật qua thấu kính và cho biết đó là ảnh thật hay ảo, cùng chiều hay ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn vật.
Trả lời:
Đặt vật trong khoảng tiêu cự, màn ở sát thấu kính. Từ từ dịch chuyển màn ra xa thấu kính, không hứng được ảnh ở trên màn. Đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló, ta quan sát thấy ảnh cùng chiều, lớn hơn vật. Đó là ảnh ảo và không hứng được trên màn.
Câu C4 (trang 117 SGK Vật Lí 9):
Hãy dựng ảnh S’ của điếm sáng S trên hình 43.3.
Trả lời:
Dùng 2 trong 3 tia đặc biệt đã học để dựng ảnh.
+ Tia tới đi song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F’
+ Tia tới đi quang tâm O cho tia ló đi thẳng
Hai tia ló trên giao nhau tại S’, ta thu được ảnh thật S’ của S qua thấu kính.
Câu C5 (trang 117 SGK Vật Lí 9):Vật sáng AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 12 cm. Điểm A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A’B’ của AB và nhận xét đặc điểm của ảnh A’B’ trong hai trường hợp: – Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 36 cm (hình 43.4a). – Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8 cm (hình 43.4b).
|
|
Trả lời:
Dựng ảnh của vật sáng AB qua thấu kính hội tụ. Dùng hai trong ba tia sáng đã học để dựng ảnh B’ của điểm B.
+ Vật AB cách thấu kính d = 36 cm, vật ngoài khoảng OF.
- Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua F’
- Tia tới BO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng
- Hai tia ló trên giao nhau tại B’, ta thu được ảnh thật B’ của B qua thấu kính.
- Từ B’ hạ vuông góc với trục của thấu kính, cắt trục chính tại điểm A’. A’ là ảnh của điểm A. A’B’ là ảnh của AB tạo bởi thấu kính hội tụ.
- Nhận xét: Ảnh A’B là ảnh thật ngược chiều với vật khi vật được đặt ngoài khoảng tiêu cự
+ Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8 cm, vật nằm trong khoảng OF.
- Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua F’
- Tia tới BO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng
- Hai tia ló trên có đường kéo dài giao nhau tại B’, ta thu được ảnh ảo B’ của B qua thấu kính.
- Từ B’ hạ vuông góc với trục của thấu kính, cắt trục chính tại điểm A’. A’ là ảnh của điểm A. A’B’ là ảnh của AB tạo bởi thấu kính hội tụ.
- Nhận xét: Ảnh ảo A’B’ cùng chiều với vật và lớn hơn vật khi vật được đặt trong khoảng tiêu cự
Câu C6 (trang 118 SGK Vật Lí 9):
Vận dụng kiến thức hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh trong hai trường hợp ở C5. Cho biết vật AB có chiều cao h = l cm.
Trả lời:
Ta đặt: OA = d; OA’ = d’; OF = OF’ = f; AB = OI = h; A’B’ = OH = h’.
+) Vật AB cách thấu kính d = 36 cm, vật ngoài khoảng OF.
- Xét cặp tam giác đồng dạng: ΔABF và ΔOHF ta có:
\( \frac{OF}{AF}=\frac{\text{OH}}{AB}=\frac{{{h}'}}{h}\Rightarrow {h}'=\frac{OF.h}{F\text{A}}=\frac{f.h}{d-f}=\frac{12.1}{36-12}=\frac{12}{24}=0,5\,cm.\)
Vậy chiều cao của ảnh là h’ = 0,5 cm.
- Xét cặp tam giác đồng dạng: ΔA’B’F’ và ΔOIF’ ta có:
\( \frac{{A}'{F}'}{OF}=\frac{{A}'{B}'}{OI}=\frac{{{h}'}}{h}\Rightarrow {A}'{F}'=\frac{O{F}'.{h}'}{h}=\frac{f.{h}'}{h}=\frac{12.0,5}{1}=6\,cm.\)
Þ OA’ = f + A’F’ = 12 + 6 = 18 cm.
Vậy khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là d1’ = 18 cm.
+) Vật AB cách thấu kính d = 8 cm, vật nằm trong khoảng OF.
- Xét cặp tam giác đồng dạng: ΔOB’F’ và ΔBB’I ta có:
\(\frac{\text{B{B}'}}{\text{O{B}'}}=\frac{\text{BI}}{\text{O{F}'}}=\frac{\text{d}}{\text{f}}=\frac{8}{12}=\frac{2}{3}\,\,(1)\)
- Xét cặp tam giác đồng dạng: ΔOAB và ΔOA’B’ ta có:
\(\frac{\text{AB}}{\text{A'B'}}=\frac{\text{OB}}{\text{OB'}}=\frac{\text{OA}}{\text{OA'}}\Leftrightarrow \frac{\text{h}}{{\text{h'}}}=\frac{\text{OB}}{\text{OB'}}=\frac{\text{d}}{{\text{d'}}}\,\,(2)\)
Từ (1) và (2) ta có: h’ = 3h = 3 cm; d’ = 24 cm
Bài C7 (trang 118 SGK Vật Lí 9):
Trả lời câu hỏi nêu ra ở phần đầu bài.
“Một thấu kính hội tụ được đặt sát vào mặt trang sách (hình 43.1). Hãy quan sát hình ảnh dòng chữ qua thấu kính. Hình ảnh dòng chữ thay đổi như thế nào khi từ từ dịch chuyển thấu kính ra xa trang sách?” |
|
Trả lời:
- Dịch chuyển thấu kính hội tụ ra xa trang sách, ảnh của dòng chữ quan sát qua thấu kính cùng chiều và to hơn dòng chữ quan sát trực tiếp. Đó là ảnh ảo của dòng chữ tạo bởi thấu kính hội tụ khi dòng chữ 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.
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 9 bài ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ.