Giải Vật Lí 11 Chương 7: Mắt. Các dụng cụ quang

Haylamdo biên soạn và sưu tầm lời giải Vật Lí 11 Chương 7: Mắt. Các dụng cụ quang hay, chi tiết được biên soạn bám sát nội dung sách giáo khoa Vật Lí lớp 11 giúp bạn dễ dàng làm bài tập về nhà môn Vật Lí 11.

Giải bài tập Vật Lí 11 Bài 28: Lăng kính

C1 trang 177 SGK: Tại sao ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính, luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần tia pháp tuyến hơn so với tia tới.

Trả lời:

* Vì chiết suất của các chất làm lăng kính bao giờ cũng lớn hơn chiết suất của không khí: n > 1. Do ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính là từ moi trường chiết quang hơn => luôn có tia khúc xạ.

* Mặt khác, theo công thức của định luật khúc xạ ta có:

sin⁡i₁=n sin⁡r₁ > sin⁡r₁

i₁ > r₁ luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lẹch gần pháp tuyến hơn so với tia tới.

C2 trang 177 SGK: Hãy thiết lập công thức lăng kính.

Trả lời:

Từ hình 28.4, theo định luật khúc xạ trên mặt bên AB và mặt bên AC ta có:

sin i₁ = n.sin r₁ và sin i₂ = n.sin r₂

Mặt khác: ∠IHJ = 180^o - ∠A (vì tứ giác AIHJ là tứ giác nội tiếp)

Trong ΔIHJ ta có: ∠IHJ + r₁ + r₂ ⇒ r₁ + r₁ = A

D là góc ngoài đỉnh K của tam giác IKJ → D = (i₁ - r₁) + (i₂ - r₂) = i₁ + i₂ - (r₁ + r₂)

→ D = i₁ + i₂ - A

C3 trang 178 SGK: Giải thích sự phản xạ toàn phần ở mặt phân cách bên lăng kính ở hình 28.7 SGK

Trả lời:

Lăng kính phản xạ toàn phần là lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác vuông cân ABC vuông tại A. Như vậy góc B = góc C = 45^o.

• Trường hợp hình 28.7a: Chùm tia sáng tới song song tới góc vuông với mặt bên AB, sẽ truyền thẳng vào lăng kính tới đáy BC dưới góc tới trên mặt đáy BC là i₂ = 45^o. Chất làm lăng kính có chiết suất n thỏa mãn điều kiện sao cho góc giới hạn i_gh < i₂ = 45^o. Tức là:

Khi đó sẽ thõa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại đáy BC. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i'₂ = i₂ = 45^o. Như vậy tia này sẽ vuông góc với mặt bên AC nên sẽ truyền thẳng ra ngoài không khí mà không bị khúc xạ.

• Trường hợp hình 28.7b: Chùm tia sáng tới song song tới vuông góc với mặt đáy BC, sẽ truyền thẳng vào lăng kính tới mặt bên AB dưới góc tới trên mặt bên AB là i₂ = 45^o. Chất lăng kính có chiết suất n thỏa mãn điều kiện sao cho góc tới giới hạn i_gh < i₂ = 45^o. Tức là:

Khi đó sẽ thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt bên AB. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i'₂ = i₂ = 45^o. Như vậy tia sáng này sẽ song song với mặt đáy BC nên sẽ truyền thẳng tới mặt bên AC dưới góc tới i₃ = 45^o. Như vậy tại mặt AC cũng thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i'₃ = i₃ = 45^o. Như vậy tia này sẽ vuông góc với mặt bên BC nên sẽ truyền thẳng ra ngoài không khí mà không bị khúc xạ.

Bài 1 (trang 179 SGK Vật Lý 11): Lăng kính là gì? Nêu cấu tạo và các đặc trưng quang học của lăng kính.

Lời giải:

* Lăng kính là một khối chất lỏng trong suốt ( thủy tinh, nhựa…) thường có dạng lăng trụ tam giác .

* Các phần tử của lăng kính gồm: cạnh đáy, hai bên.

* Về phương diện quanh hình học một lăng kính được đặc trưng bởi:

- Góc chiết quang A

- Chiết suất n.

Bài 2 (trang 179 SGK Vật Lý 11): Trình bày tác dụng của lăng kính đối với sự truyền ánh sáng qua nó. Xét hai trường hợp:

- Ánh sáng đơn sắc.

- Ánh sáng trắng.

Lời giải:

• Trường hợp ánh sáng đơn sắc:

Một tia sáng đơn sắc SI đi từ phía đáy của lăng kính đến mặt bên AB cho tia khúc xạ IJ lệch về phía lăng kính và đáy tại mặt AC tia sang ló JR lại bị lệch thêm về phía đáy của lăng kính.

Kết luận: sau khi qua lăng kính, hướng của tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với hướng của tia tới.

• Trường hợp ánh sang trắng:

Chiết suất một chùm tia sáng mặt trời (ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng) vào một lăng kính. Sau lăng kính đặt một màn ảnh B hứng chùm tia ló.

Kết quả: Trên màn ta thu được một dải màu như cầu vồng từ đỏ tới tím. Các tia màu đỏ bị lệch ít nhất. Các tia tím bị lệch nhiều nhất=> Hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Bài 3 (trang 179 SGK Vật Lý 11): Nêu công dụng của lăng kính.

Lời giải:

a) Máy quang phổ

* Máy quang phổ là để là dụng cụ để phân tịch chùm tia sáng có nhiều thành phần những thành phần thành những phần đơn sắc khác nhau. Nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.

* Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

* Bộ phận của máy làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là: lăng kính.

b) Lăng kính phản xạ toàn phần

Lăng kính phản xạ toàn là lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân. Lăng kính phản xạ toàn phần được dùng để tạo ảnh thuận chiều.

....................................

Giải bài tập Vật Lí 11 Bài 29: Thấu kính mỏng

C1 trang 181 SGK: Hãy gọi tên ba loại kính lồi và ba loại thấu kính lõm ở hình 29.1.

Trả lời:

Ba loại thấu kính lồi ở hình 29.1a, là các thấu kính hội tụ. Trong đó:

• Ở hình (1) là thấu kính hội tụ hai mặt lồi.

• ở hình (2) là thấu kính hội tụ một mặt lồi, một mặt phẳng.

• ở hình (3) là thấu kính hội tụ mặt lồi, một mặt lõm, bán kính mặt lồi nhở hơn bán kính mặt lõm.

Ba loại thấu kính lõm ở hình 29.1b, là các thấu kính phân kì. Trong đó:

• ở hình (1) là thấu kính phân kì hai lõm.

• ở hình (2) là thấu kính phân kì một mặt lõm, một mặt phẳng.

• ở hình (3) là thấu kính phân kì một mặt lồi, một mặt lõm. Bán kính mặt lồi lớn hơn bán kính mặt lõm.

C2 trang 182 SGK: Coi chùm tia song song như xuất phát hay hội tụ ở một điểm rất xa ( vô cực), hãy nêu mối quan hệ giữa điểm này với:

- tiêu điểm ảnh.

- Tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ.

Trả lời:

• Coi chùm tia song song như xuất phát ở một điểm rất xa (vô cực), tức là chùm tia tới là chùm song song thì chùm tia ló qua thấu kính sẽ đi qua ( đối với thấu kính hội tụ) hay có đường kéo dài ( đối với thấu kính phân kì) tiêu điểm ảnh tương ứng với trục song song với chùm tia tới cuả thấu kính đó.

• Coi chùm tia song song như hội tụ ở một điểm rất xa ( vô cực), tức chùm tia ló là chùm song song thì chùm tia tới thấu kính sẽ đi qua ( đối với thấu kính hội tụ) hay có đường kéo dài ( đối với thấu kính phân kì) tiêu điểm vật tương ứng với trục song song với chùm tia ló của thấu kính đó.

C3 trang 184 SGK: Vẽ đường truyền của chùm tia sáng minh họa tính chất của tiêu điểm vật của thấu kính phân kì.

Trả lời:

Đường truyền của chùm tia sáng có đường kéo dài qua tiêu điểm vật chính F của thấu kính phân kì cho chùm tia ló song song với trục chính, hình 29.9a.

C4 trang 185 SGK: Khi tạo ảnh ảo, thấu kính hội tụ cho chùm tia ló phân kì. Kết quả này có mâu thuẫn với tính chất của thấu kính không? Giải thích.

Trả lời:

Theo tính chất của thấu kính hội tụ, một chùm tia tới thấu kính, thì chùm tia ló qua thấu kính bao giờ cũng hội tụ hơn chùm tia tới.

Do đó ảnh tạo bởi vật thật qua thấu kính chỉ có thể cho ảnh thật (nằm sau thấu kính) hay ảnh ảo thì ảnh ảo phải xa thấu kính hơn vật của nó.

Như vậy, khi tạo ảnh ảo, thấu kính hội tụ cho chùm tia ló phân kì, nhưng vẫn hội tụ hơn chùm tia tới.

Kết quả này không mâu thuẫn với tính chất của thấu kính hội tụ là tác dụng làm hội tụ chùm tia sáng qua nó.

C5 trang 187 SGK: Dùng công thức xác định vị trí ảnh hãy chứng tỏ rằng, nếu giữ thấu kính cố định và dời vật theo trục chính thì ảnh và vật luôn di chuyển cùng chiều.

Trả lời:

Công thức xác định vị trí của thấu kính:

Thấu kính có f= const.

Nếu giữ thấu kính cố định và dời vật dọc theo trục chính ra xa thấu kính thì d tăng => d' giảm, tức ảnh di chuyển lại gần thấu kính => ảnh và vật di chuyển cùng chiều.

Ngược lại, dời vật dọc theo trục chính thì lại gần thấu kính thì d giảm => d' tăng, tức là ảnh di chuyển ra xa thấu kính => ảnh vật di chuyển cùng chiều.

Tóm lại, nếu giữ vật giữ thấu kính cố dịnh và dời vật dọc theo trục chính thì ảnh vật luôn di chuyển cùng chiều.

Bài 1 (trang 189 SGK Vật Lý 11): Thấu kính là gì? Kể các loại thấu kính .

Lời giải:

Thấu kính là khối đồng chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt cầu và một mặt phẳng.

Có hai loại là thấu kính phân kì và thấu kính hội tụ.

Bài 2 (trang 189 SGK Vật Lý 11): Nêu tính chất quang học của quang tâm, tiêu điểm ảnh, tiêu điểm vật. Minh họa bằng đường truyền tia sáng cho mỗi trường hợp.

Lời giải:

Tính chất quang học của quang tâm, tiêu điểm ảnh, tiêu điểm vật:

• Mọi tia sáng tới qua quang tâm O đều truyền thẳng qua thấu kính. Hình vẽ:

• Mọi tia sáng tới song song với trục chính là tia ló sẽ qua tiêu điểm ảnh F’ ( đối với thấu kính hội tụ) hay có đường kéo dài qua tiêu điểm ảnh F’ ( đối với thấu kính phân kì). Hình vẽ:

• Mọi tia sáng tới qua tiêu điểm vật F (đối với thấu kính hội tụ) hay có đường kéo dài qua tiêu điểm vật F (đối với thấu kính phân kì) thì tia ló sẽ song song với trục chính. Hình vẽ: