Bài tập ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT) và cách giải

Bài tập ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT) và cách giải

Với Bài tập ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT) và cách giải Vật Lí lớp 9 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí 9.

I. Lý thuyết

- Thấu kính là một khối chất trong suốt, giới hạn bởi hai mặt cong hoặc một mặt cong và một mặt phẳng.

- Gồm 2 loại là thấu kính hội tụ (TKHT) và thấu kính phân kì (TKPK):

+ Thấu kính hội tụ (Thấu kính lồi): Là thấu kính có phần rìa ngoài mỏng hơn phần chính giữa. Khi chiếu chùm tia tới vào thấu kính thì thấu kính sẽ tạo ra chùm tia ló hội tụ.

+ Thấu kính phân kì (Thấu kính lõm): Là thấu kính có phần rìa ngoài dày hơn phần chính giữa. Khi chiếu chùm tia tới vào thấu kính thì thấu kính sẽ tạo ra chùm tia ló phân kì.

- Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính:

+ Trục chính, kí hiệu là Δ: Trùng với phương của tia sáng tới vuông góc với mặt thấu kính, có tia ló truyền thẳng không đổi hướng.

+ Quang tâm, kí hiệu là O: là giao điểm giữa trục chính và thấu kính, mọi tia sáng đi qua quang tâm đều truyền thẳng.

+ Tiêu điểm: mỗi thấu kính có 2 tiêu điểm F và F^' đối xứng nhau qua thấu kính.

+ Tiêu cự, kí hiệu là f: là khoảng cách từ tiêu điểm tới quang tâm.

OF = OF^' = f

II. Các dạng bài tập

Dạng 1: Ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT)

1. Lý thuyết

- Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:

+ Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm (tia số 1).

+ Tia tới đi qua quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới (tia số 2).

+ Tia sáng đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính (tia số 3).

- Đặc điểm ảnh của vật tạo bởi thấu kính hội tụ:

Đặt khoảng cách từ vật đến thấu kính là d; khoảng cách từ ảnh của vật tạo bởi thấu kính đến thấu kính là .

+ d > f: thấu kính tạo ảnh thật; ảnh tạo bởi thấu kính ngược chiều với vật; ảnh và vật nằm ở hai bên của thấu kính.

Khi d >> f: thấu kính tạo ảnh thật với = f.

+ d < f: thấu kính tạo ảnh ảo; ảnh tạo bởi thấu kính cùng chiều với vật và lớn hơn vật; ảnh và vật nằm ở cùng một bên của thấu kính.

+ d = f: thấu kính tạo các tia sáng song song; có thể coi thấu kính tạo một ảnh thật và một ảnh ảo ở vô cùng.

Lưu ý: Ảnh thật của vật tạo bởi TKHT có thể hứng được trên màn chắn, còn ảnh ảo thì không.

2. Phương pháp giải

- Cách dựng ảnh của vật tạo bởi thấu kính hội tụ:

Từ S dựng 2 trong 3 tia đặc biệt đi qua thấu kính. Ảnh của vật là giao của các tia ló (ảnh thật) hoặc giao của đường kéo dài các tia ló (ảnh ảo).

Đối với vật AB được đặt vuông góc với trục chính thì ta chỉ cần vẽ ảnh của B qua thấu kính tương tự như cách vẽ S ở trên, sau đó kẻ vuông góc với trục chính là ta có được ảnh của AB tạo bởi thấu kính.

- Lưu ý:

+ Đường kéo dài các tia và ảnh ảo vẽ bằng nét đứt.

+ Một “mẹo” nhỏ khi vẽ hình minh họa để không tốn quá nhiều diện tích không cần thiết thì đặt vật không quá gần vị trí tiêu cự. Khi ấy ảnh tạo bởi thấu kính sẽ không quá lớn và khoảng cách giữa ảnh và thấu kính cũng không quá xa.

- Xác định vị trí, chiều cao ảnh, vật; tiêu cự của thấu kính:

Sử dụng các tính chất của tam giác đồng dạng và các công thức thấu kính:

Công thức thấu kính:

3. Ví dụ

Ví dụ 1: Vật AB đặt trước một thấu kính hội tụ cho ảnh . Hãy chứng minh các công thức thấu kính và .

Lời giải:

Đặt OA = d; OA^' = d^'

TH1: A^'B^' là ảnh thật.

Ta có: ΔABO ∼ ΔA^'B^'O => (1)

Dễ thấy OI = AB

Ta có: ΔOIF^' ∼ ΔA^'B^'O => (2)

Từ (1) và (2) => => d.d^' - df = d^'f

Chia cả hai vế cho d.d^'.f, ta có:

Vậy với ảnh thật tạo bởi TKHT, ta có công thức thấu kính là

TH2: A^'B^' là ảnh ảo

Chứng minh tương tự, ta dễ dàng có công thức thấu kính cho ảnh ảo tạo bởi TKHT là

Ví dụ 2: Cho biết Δ là trục chính của một thấu kính, S là điểm sáng, S^' là ảnh của S tạo bởi thấu kính.

a) S^' là ảnh thật hay ảnh ảo?

b) Thấu kính đã cho là thấu kính gì?

c) Vẽ hình, nêu cách dựng.

Lời giải:

a) Dễ dàng nhận thấy ngược chiều với S => S^' là ảnh thật.

b) S^' là ảnh thật => thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ.

c)

Cách dựng:

- Nối SS^' cắt trục chính tại quang tâm O

- Từ O vẽ thấu kính vuông góc với trục chính

- Từ S kẻ đường thẳng song song với trục chính, cắt thấu kính tại I. Nối IS^' cắt trục chính tại F^'.

- Lấy F đối xứng F^' qua O.