Giải bài tập SBT Vật Lí 9 Bài 42 - 43: Thấu kính hội tụ. Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

Đặt một điểm sáng S trước một thấu kính hội tụ và nằm trong khoảng tiêu cực (hình 42-43.1). Dựng ảnh S’ của điểm S qua thấu kính đã cho. S’ là ảnh thật hay ảnh ảo?

Phương pháp giải

Dựng ảnh theo hình vẽ bên dưới

Hướng dẫn giải

S’ tạo ra từ ảnh s là ảnh ảo (hình bên dưới)

- Tia SI đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua F’

- Tia tới SO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng

- Hai tia ló trên có đường kéo dài giao nhau tại S’, ta thu được ảnh ảo S’ của S qua thấu kính.

Hình 42-43.2 cho 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 thật hay ảnh ảo?

b) Vì sao em biết thấu kính đã cho là hội tụ?

Bằng cách vẽ, hãy xác định quang tâm O, hai tiêu điểm F,F′ của thấu kính đã cho.

Phương pháp giải

a) S và S’ nằm về 2 phía đối với trục chính Δ nên S’ là ảnh thật

b) Vận dụng đặc điểm của thấu kính hội tụ để xác định O, F và F'

Hướng dẫn giải

a) S’ là ảnh thật. Vì S và S’ nằm về 2 phía đối với trục chính Δ nên S’ là ảnh thật.

b) Vì điểm sáng S qua thấu kính cho ảnh thật nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ.

Xác định quang tâm O, hai tiêu điểm F và F’ bằng cách: 

- Nối S với S' cắt trục chính của thấu kính tại O.

- Dựng đường thẳng vuông góc với trục chính tại O. Đó là vị trí đặt thấu kính.

- 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'.

Lấy OF = OF’.

Trên hình 42-43.3 có vẽ trục chính Δ, quang tâm O, hai tiêu điểm F, F’ của một thấu kính, hai tia ló 1, 2 cho ảnh S’ của điểm sáng S.

a. Vì sao em biết thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ ?

b. Bằng cách vẽ hãy xác định điểm sáng S.

Phương pháp giải

Vận dụng kiến thức về cách dựng ảnh qua thấu kính hội tụ để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

a) Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì ảnh của điểm sáng đặt trước thấu kính là ảnh thật.

b) Xác định điểm sáng s bằng cách vẽ như hình 43.5

- Tia ló 1 đi qua tiêu điểm F’, vậy tia tới là tia đi song song với trục chính của thấu kính.

- Tia ló 2 là tia đi song song với trục chính, vậy tia tới là tia đi qua tiêu điếm của thấu kính.

- Từ I vẽ tia song song với trục chính Δ. Nối H với F. Hai đường trên cắt nhau ở S, ta được điểm sáng S cần vẽ.

Hình 42-43.4 cho biết Δ là trục chính của một thấu kính, AB là vật sáng. A’B’ là ảnh của AB.

a. A’B’ là ảnh thật hay ảnh ảo ? Vì sao ?

b. Vì sao em biết thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ ?

c. Bằng cách vẽ, hãy xác định quang tâm O và tiêu điểm F, F’ của thấu kính trên.

Phương pháp giải

- Ảnh của vật qua thấu kính hội tụ mà cùng chiểu với vật thì là ảnh ảo

- Vận dụng đặc điểm của thấu kính hội tụ để xác định O, F và F'

Hướng dẫn giải

a) Vì A’B’ cùng chiều với vật nên nó là ảnh ảo.

b) Vì ảnh A’B’ là ảnh ảo lớn hơn vật nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ.

c) Xác định quang tâm O, hai tiêu điểm F và F’ bằng cách vẽ như hình trên

- B’ là ảnh của điểm B nên ta nối B’ với B cắt trục chính của thấu kính tại quang tâm O.

- Từ O dựng đường thẳng vuông góc với trục chính, ta có 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 OF = OF'.

Vật sáng AB có độ cao h được đặt vuông góc trước một thấu kính hội tụ tiêu cự f như hình 42-43.5. Điểm A nằm trên trục chính cách thấu kính một khoảng d=2f.

a. Dựng ảnh A’B’ của AB tạo bởi thấu kính đã cho.

b. Vận dụng kiến thức hình học, tính chiều cao h’ của ảnh theo h và tính khoảng cách d’ từ ảnh đến thấu kính theo d.

Phương pháp giải

a) Dựng ảnh theo hình vẽ bên dưới

b)- Xét các tam giác đồng dạng:

+ ΔOAB và ΔOA′B′ 

+ ΔF′OC và ΔF′A′B′

- Rút ra tỉ số: 

\(\frac{{2f}}{{OA'}} = \frac{f}{{OA' - f}}\) để tính f và d (OA) và h'

Hướng dẫn giải

a) Dùng hai trong ba tia sáng đã học để dựng ảnh như hình dưới:

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 = 2f, vật ngoài khoảng OF.

- Tia BC 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.

b) Ta có h′=h và d′=s=2f

- Xét 2 tam giác ΔOAB và ΔOA′B′(g-g)

⇒OA/OA′=AB/A′B′

- Xét 2 tam giác ΔF′OC và ΔF′A′B′(gg)

⇒OC/A′B′=OF′/F′A′$\Rightarrow {\displaystyle \frac{O\mathrm{C/}}{A^{\prime }{B}^{\prime }}}={\displaystyle \frac{\mathrm{O}{\mathrm{F}}^{\prime /}}{F^{\prime }{A}^{\prime }}}$  (2)

Mà OC=AB và F′A′=OA′–OF′

Từ (1) và (2), ta có:

\(\begin{array}{l} \frac{{OA}}{{OA'}} = \frac{{OF'}}{{F'A'}} = \frac{{OF}}{{OA' - OF'}}\\ \Rightarrow \frac{{2f}}{{OA'}} = \frac{f}{{OA' - f}} \Rightarrow d' = s = 2f(3) \end{array}\)

Thay phương trình (3) vào phương trình (1), ta được: h=h′

Hãy ghép mỗi phần a, b, c, d, e với một phần 1, 2, 3, 4, 5 để được một câu có nội dung đúng.

a. Thấu kính hội tụ là thấu kính có
b. Một vật đặt trước thấu kính hội tụ ở ngoài khỏang tiêu cự.
c. Một vật đặt trước thấu kính hội tụ ở trong khỏang tiêu cự.
d. Một vật đặt rất xa thấu kính hội tụ.
e. Ảnh ảo tạo bởi thấu kính hội tụ

1. cho ảnh thật ngược chiều với vật.

2. cùng chiều và lớn hơn vật.

3. phần rìa mỏng hơn phần giữa.

4. cho ảnh ảo cùng chiều lớn hơn vật.

5. cho ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khỏang đúng bằng tiêu cự.

Phương pháp giải

Sử dụng kiến thức về đặc điểm của ảnh qua thấu kính hội tụ để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

Cách ghép để được nội dung đúng như sau:

a -3, b - 1, c - 4, d - 5, e -2

Thấu kính hội tụ có đặc điểm và tác dụng nào dưới đây?

A. Có phần giữa mỏng hơn phần rìa và cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

B. Có phần giữa mỏng hơn phần rìa và không cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

C. Có phần giữa dày hơn phần rìa và cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

D. Có phần giữa dày hơn phần rìa và không cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

Phương pháp giải

Thấu kính hội tụ có phần giữa dày hơn phần rìa và cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

Hướng dẫn giải

- Thấu kính hội tụ có đặc điểm và tác dụng có phần giữa dày hơn phần rìa và cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

- Chọn đáp án C

Chỉ ra câu sai. Chiếu một chum tia sáng song song vào một thấu kính hội tụ, phương vuông góc với mặt của thấu kính thì chùm tia khúc xạ ra khỏi thấu kính sẽ:

A. Loe rộng dần ra.

B. Thu nhỏ dần lại.

C. Bị thắt lại.

D. Gặp nhau tại một điểm.

Phương pháp giải

Chùm tia sáng qua thấu kính hội tụ sẽ hội tụ tại một điểm

Hướng dẫn giải

- Chiếu một chum tia sáng song song vào một thấu kính hội tụ thì không thể xảy ra hiện tượng tia ló loe rộng dần ra

- Chọn đáp án A

Chiếu một tia sáng vào một thấu kính hội tụ. Tia ló ra khỏi thấu kính sẽ qua tiêu điểm nếu:

A. tia tới đi qua quang tâm mà không trùng với trục chính.

B. tia tới đi qua tiêu điểm nằm ở trước thấu kính.

C. tia tới song song với trục chính.

D. tia tới bất kì.

Phương pháp giải

Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm

Hướng dẫn giải

- Chiếu một tia sáng vào một thấu kính hội tụ. Tia ló ra khỏi thấu kính sẽ qua tiêu điểm nếu tia tới song song với trục chính.

- Chọn đáp án C

Chiếu một tia sáng vào một thấu kính hội tụ. Tia ló ra khỏi thấu kính sẽ song song với trục chính, nếu:

A. Tia tới đi qua quang tâm mà không trùng với trục chính.

B. Tia tới đi qua tiêu điểm nằm ở trước thấu kính.

C. Tia tới song song với trục chính.

D. Tia tới bất kì.

Phương pháp giải

Tia tới đi qua tiêu điểm cho tia ló song song với trục chính

Hướng dẫn giải

- Chiếu một tia sáng vào một thấu kính hội tụ. Tia ló ra khỏi thấu kính sẽ song song với trục chính nếu tia tới đi qua tiêu điểm nằm ở trước thấu kính.

- Chọn đáp án B

Chỉ ra câu sai. Đặt một cây nến trước một thấu kính hội tụ.

A. Ta có thu được ảnh của cây nến trên màn ảnh.

B. Ảnh của cây nến trên màn ảnh có thể lớn hoặc nhỏ hơn cây nến.

C. Ảnh của cây nến trên màn ảnh có thể là ảnh thật hoặc ảnh ảo.

D. Ảnh ảo của cây nến luôn luôn lớn hơn cây nến.

Phương pháp giải

Ảnh của vật hứng được trên màn phải là ảnh thật

Hướng dẫn giải

- Đặt một cây nến trước một thấu kính hội tụ ảnh của cây nến trên màn ảnh phải là ảnh thật vì nếu là ảnh ảo sẽ không thu được trên màn ảnh.

=> Câu sai là: C

- Chọn đáp án C

Hãy ghép mỗi phần a), b), c), d) với một phần 1, 2, 3, 4 để thành câu hoàn chỉnh có nội dung đúng.

a. Thấu kính là một khối thủy tinh có hai mặt cầu hoặc

b. Có thể làm thấu kính bằng các vật liệu trong suốt như

c. Trục chính của thấu kính là một

d. Quang tâm của thấu kính là một điểm trong thấu kính mà

1. mọi tia sáng tới điểm này đều truyền thẳng, không đổi hướng.

2. đường thẳng vuông góc với mặt thấu kính mà một tia sáng truyền dọc theo đó sẽ không bị lệch hướng.

3. thủy tinh, nhựa trong, nước, thạch anh, muối ăn,…

4. một mặt cầu và một mặt phẳng.

Phương pháp giải

Vận dụng kiến thức về đặc điểm của thấu kính để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

Cách ghép để được câu có nội dung đúng là:

a - 4; b - 3; c -2; d -1

Hãy ghép mỗi phần a), b), c), d) với một phần 1, 2, 3, 4 để thành câu hoàn chỉnh có nội dung đúng.

a. Vật sáng đặt ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính hội tụ sẽ cho

b. Vật sáng đặt trong khoảng tiêu cự của thấu kính hội tụ sẽ cho

c. Ảnh thật cho bởi thấu kính hội tụ

d. Ảnh ảo cho bởi thấu kính hội tụ

1. có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn vật.

2. luôn luôn lớn hơn vật.

3. ảnh thật.

4. ảnh ảo.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được các đặc điểm của ảnh qua thấu kính hội tụ

Hướng dẫn giải

Cách ghép để được câu có nội dung đúng là:

a -3; b - 4; c - 1; d - 2