Cộng đồng chia sẻ tri thức Lib24.vn

Bài 29: Thấu kính mỏng

Lý thuyết
Mục lục
* * * * *

Bài 29.1 trang 77 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Ghép mỗi nội dung ở cột bên tráivới nội dung tương ứng ở cột bên phải  để có một phát biểu đầy đủ và đúng.

1. Tia sáng truyền tới quang tâm của hai loại thấu kính hội tụ và phân kì đều

2. Tiêu điểm ảnh của thấu kính có thể coi là

3. Khi đổi chiều ánh sáng truyền qua thấu kính thì

4. Quang tâm, tiêu điểm (vật và ảnh) có các tính chất quang học đặc biệt nên

a) vị trí của các tiêu điểm ảnh và tiêu điểm vật đổi chỗ cho nhau.

b) ảnh của vật điểm ở vô cực trên trục tương ứng.

c) truyền thẳng (không lệch phương).

d) nhờ đó ta vẽ đường truyền của tia sáng qua thấu kính nhanh chóng và đơn giản.

e) đối xứng nhau qua quang tâm của thấu kính

Hướng dẫn giải

1 – c; 2 – b; 3 – a, 4 – e

Bài 29.2; 29.3; 29.4 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

29.2. Tương tự Câu 29. l

1. Vị trí và tính chất ảnh của vật tạo bởi thấu kính được xác định bởi biểu thức

2. Theo định nghĩa, độ tụ của thấu kính là đại lượng có biểu thức

3. Trong mọi trường hợp, khoảng cách vật - ảnh đối với thấu kính đều có biểu thức

4. Số phóng đại ảnh của vật tạo bởi thấu kính có thể tính bởi biểu thức

a)  

 

b) |d + d’|

 

c) 1/f

 

d)  

 

e) 

29.3. (Các) thấu kính nào là thấu kính hội tụ ?

A. (1).                            B. (4)                   C. (3) và (4).         D. (2) và (3)

29.4. (Các) thấu kính nào là thấu kính phân kì ?

A. (2)                             B. (3).

C. (l) và (2).                 D. (1) và (4).

Hướng dẫn giải

29.2: 

1 – e; 2 – c; 3 – b; 4 – d

* Có bốn thấu kính với đường truyền của một tia sáng như trong hình 29.1. hãy chọn đáp án đúng ở các câu hỏi 29.3 và 29.4.

 

29.3: 

Đáp án D

29.4: 

Đáp án D

Bài 29.5; 29.6; 29.7 trang 78, 79 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

* Có một thấu kính hội tụ, trục chính là xy. Xét bốn tia sáng được ghi số như trên Hình 29.2.

 

Dùng các giả thiết trên Hình 29.2 để chọn đáp án đúng ở các câu : 29.5, 29.6, 29.7.

29.5. (Các) tia sáng nào thể hiện tính chất quang học của quang tâm thấu kính ?

A. Tia(l).                                  B. Tia (2).       

C. Hai tia (1) và (2).                D. Không có.

29.6. Tia nào thể hiện tính chất quang học của tiêu điểm ảnh ?

A. Tia (1).                          B. Tia (2).

C. Tia (3).                          D.Tia (4).

29.7. Tia nào thể hiện tính chất quang học của tiêu điểm vật ?

A.Tia (l)                   B. Tia (2).

C. Tia (3).                 D. Tia (4).

Hướng dẫn giải

29.5: Đáp án C

29.6: Đáp án C

29.7: Đáp án D

Bài 29.8; 29.9; 29.10; 29.11 trang 79 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

29.8. Có hai tia sáng truyền qua một thấu kính như Hình 29.3 (tia (2) chỉ có phần ló) Chọn câu đúng.

A. Thấu kính là hội tụ ; A là ảnh thật.

B. Thấu kính là hội tụ ; A là vật ảo.

C. Thấu kính là phân kì ; A là ảnh thật.

D. Thấu kính là phân kì ; A là vật ảo

29.9. Muốn có ảnh ảo thì vật thật phải có vị trí trong khoảng nào ?

A. Ngoài đoạn IO.                                         

B. Trong đoạn IF.

C. Trong đoạn FO.                                         

D. Không có khoảng nào thích hợp.

29.10. Muốn có ảnh thật lớn hơn vật thì vật thật phải có vị trí trong khoảng nào ?

A. Ngoài đoạn IO.                     

B. Trong đoạn IF.

C. Trong đoạn FO.                                                  

D. Không có vị trí nào thích hợp.

29.11. Một học sinh kết luận như sau về thấu kính. Tìm câu đúng.

A. Thấu kính hội tụ luôn tạo chùm tia ló hội tụ.

B. Thấu kính phân kì luôn tạo ảnh ảo nhỏ hơn vật thật.

C. Ảnh của vật tạo bởi cả hai loại thấu kính luôn có độ lớn khác với vật.

D. Ảnh và vật cùng tính chất (thật ; ảo) thì cùng chiều và ngược lại.

Hướng dẫn giải

29.8: 

Đáp án C

* Cho thấu kính hội tụ với các điểm trên trục chính như Hình 29.4

Sử dụng các giả thiết đã cho để chọn đáp án đúng ở hai câu hỏi 29.9 và 29.10.

29.9: Đáp án C

29.10: Đáp án B

29.11: Đáp án B

Bài 29.12 trang 80 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm. Tìm vị trí của vật trước thấu kính để ảnh của vật tạo bởi thấu kính gấp 4 lần vật.

Giải bài toán bằng hai phương pháp:

a) Tính toán.

b) Vẽ.

Hướng dẫn giải

a) Giải bằng tính toán

Vật thật có thể có ảnh thật hoặc ảnh ảo qua thấu kính hội tụ

* Ảnh thật:

\({k_1} = \frac{f}{{f - d}} = - 4 \Rightarrow d = \frac{{5f}}{4} = \frac{{5.20}}{4} = 25cm\)

* Ảnh ảo:

\({k_2} = \frac{f}{{f - d}} = 4 \Rightarrow d = \frac{{3f}}{4} = \frac{{3.20}}{4} = 15cm\)

b) Giải bằng phép vẽ:

* Ảnh thật:

Ảnh ngược chiều so với vật và bằng 4 lần vật (Hình 29.1G)

- Lấy trên thấu kính   \(\overline {{\rm{OJ}}} = - 4\overline {OI} \)

- Kẻ đường thẳng qua I song song với trục chính.

- Nối JF cắt đường thẳng trên tại B.

- Hạ BA vuông góc với trục chính.

AB là vị trí vật.

Tính đồng dạng cho:

FA = 5cm à OA = 25cm

* Ảnh ảo:

Ảnh cùng chiều so với vật. Thực hiện cách vẽ tương tự (HÌnh 29.2G) nhưng với  \(\overline {{\rm{OJ}}} =  4\overline {OI} \)

Ta có FA = 5cm; OA = 20 – 5 = 15cm.

Bài 29.13 trang 80 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Thấu kính hội tụ có tiêu cự f= 20 cm. Vật AB trên trục chính, vuông góc với trục chính có ảnh A'B' cách vật 18 cm.

a) Xác định vị trí của vật.

b) Xác định ảnh, vẽ ảnh.

Hướng dẫn giải

a) Trong mọi trường hợp (Hình 29.3G):

AA’ = |d + d’|

Do đó theo đề bài: |d + d’|  = 18cm

Với \(d' = \frac{{df}}{{d - f}} = \frac{{20d}}{{d - 20}}\)

  ta suy ra:

\(\begin{array}{l}
d + \frac{{20d}}{{d - 20}} = \pm 18\\
\Rightarrow {d^2} \pm 8d \mp 360 = 0
\end{array}\)

Giải:

* d2 – 18d + 360 = 0: phương trình vô nghiệm.

* d2 + 18d – 360 = 0: có hai nghiệm.

Hai vị trí của vật:

d1 = 12cm; d2 = -30cm.

Chú ý: Phương trình d2 – 18d + 360 = 0 ứng với vật thật - ảnh thật.

Ta biết khi đó AA’min = 4f = 80cm

Do đó trị số AA’ = 18cm không phù hợp.

b) – Với d1 = 12cm: ảnh ảo à : d1’ = -30cm

- Với d2 = -30cm: vật ảo à d2’ = 12cm (không xét).

Bài 29.14 trang 80 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Thấu kính phân kì tạo ảnh ảo bằng 1/2 vật thật và cách vật 10 cm.

a) Tính tiêu cự của thấu kính.

b) Vẽ đường đi của một chùm tia sáng minh hoạ sự tạo ảnh.

Hướng dẫn giải

a) Tiêu cự:

Vật thật có ảnh ảo --> k = -d’/d = ½; d’ = -d/2.

Theo đề ra: d + d’ = 10cm

-->  d = 20cm; d’ = -10cm

\(f = \frac{{{\rm{dd}}'}}{{d + d'}} = - 20cm\)

b) Đường truyền của chùm tia sáng

Xem Hình 29.4G

Bài 29.15 trang 80 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Vật phẳng nhỏ AB đặt trước và song song với một màn, cách màn khoảng L. Đặt một thấu kính hội tụ giữa vật và màn, song song với vật  sao cho điểm A của vật ở trên trục chính. Ta tìm được hai vị trí O1;  O2 của thấu kính tạo ảnh rõ nét của vật trên màn, ảnh này gấp k lần ảnh kia.

Tính tiêu cự của thấu kính.

Áp dụng bằng số : L = 100 cm ; k = 2,25

Hướng dẫn giải

Theo giả thiết: d2 = d1’; d2’ = d1;   \(\frac{{\overline {{A_2}'{B_2}'} }}{{\overline {{A_1}'{B_1}'} }} = \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = k\)

Suy ra:  \({\left( {\frac{{{d_1}}}{{{d_1}'}}} \right)^2} = k \Rightarrow \frac{{{d_1}}}{{{d_1}'}} = \sqrt k \)

Do đó:  

\(\begin{array}{l} \frac{{{d_1}}}{{\sqrt k }} = \frac{{{d_1}'}}{1} = \frac{L}{{1 + \sqrt k }} \Rightarrow \frac{1}{f} = \frac{{1 + \sqrt k }}{L} + \frac{{1 + \sqrt k }}{{L\sqrt k }}\\ f = \frac{{L\sqrt k }}{{{{(1 + \sqrt k )}^2}}} \end{array}\)

Áp dụng bằng số: f = 24cm

Bài 29.16 trang 80 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Với cả hai loại thấu kính, khi giữ thấu kính cố định và dời vật theo phương trục chính, hãy:

a) Chứng tỏ ảnh của vật tạo bởi thấu kính luôn luôn chuyển động cùnd chiều với vật.

b) Thiết lập công thức liên hệ giữa độ dời của vật và độ dời tương ứng của ảnh.

Hướng dẫn giải

a) lấy đạo hàm của d’ theo d 

\((d')' = - {\left( {\frac{f}{{d - f}}} \right)^2} < 0 \Rightarrow \frac{{\Delta d'}}{{\Delta d}} < 0\)

Δd và Δd’ luôn trái dấu, vậy ảnh và vật chuyển động cùng chiều.

b)  

\(\Delta d = {d_2} - {d_1};\Delta d' = {d_2}' - {d_1}' = \frac{{{d_2}f}}{{{d_2} - f}} - \frac{{{d_1}f}}{{{d_1} - f}}\)

Suy ra: 

\(\Delta d' = f\left[ {\frac{{{d_2}}}{{{d_2} - f}} - \frac{{{d_1}}}{{{d_1} - f}}} \right] = - {f^2}.\frac{{{d_1} - {d_2}}}{{({d_2} - f)({d_1} - f)}}\)

Hay  

\(\frac{{\Delta d'}}{{\Delta d}} = - {k_1}{k_2}\)

Bài 29.17* trang 80 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Thấu kính hội tụ có tiêu cự 5 cm. A là điểm vật thật trên trục chính cách thấu kính 10 cm, A’ là ảnh của A.

a) Tính khoảng cách AA’. Chứng tỏ rằng đây là khoảng cách ngắn nhất từ A tới ảnh thật của nó tại bởi thấu kính.

b) Giữ vật cố định và tịnh tiến thấu kính theo một chiều nhất định. Ảnh chuyển động ra sao?

Hướng dẫn giải

a) d = 2f --> d’ = 2f, AA’ = d + d’ = 4f = 40cm (Hình 29.5G)

Tổng quát với vật thật và ảnh thật:

\(AA' = d + d' \ge 2\sqrt {{\rm{dd}}'} \Rightarrow \sqrt {d + d'} \ge 2\sqrt {\frac{{{\rm{dd}}'}}{{d + d'}}} = 2\sqrt f \)

AA’ ≥ 4f hay AA’min = 4f

b) – Tịnh tiến O ra xa A:

vật ở ngoài OF: A’ thật. Vì ban đầu AA’min nên sau đó AA’ tăng. Vậy A’ rời xa A.

- Tịnh tiến O tới gần A:

Ta phân biệt:

+ A ngoài OF: A’ rời xa A.

+ A ≡F: A’ tiến tới ∞ (thật rồi tức thì chuyển sang ảo).

+ A trong OF: A’ ảo tiến về A.

+ A ≡ O: A’ ≡ O.

Bài 29.18* trang 81 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

hai thấu kính L1, L2 được đặt đồng trục. Các tiêu cự lần lượt là f1 = 15 cm, f2 = -15 cm. Vật AB được đặt trên trục chính, vuông góc với trục chính và ở trong khoảng giữa hai quang tâm O1, O2. Cho O1O2 = l = 40 cm. Xác định vị trí của vật để :

a) Hai ảnh có vị trí trùng nhau.

b) Hai ảnh có độ lớn bằng nhau.

Hướng dẫn giải

 

\({A_1}'{B_1}'AB{A_2}'{B_2}':{d_1} = x,{d_2} = l - x\)

a) Vị trí trùng nhau của A1’B1’ và A2’B2’ ở trong đoạn AO2 (Hình 29.6G).

Vậy: |d1’| + |d2’| = l à d1’ + d­2’ = - l

Hay
\(15\left[ {\frac{{40 - x}}{{55 - x}} - \frac{x}{{x - 15}}} \right] = 40\)

--> x2 – 70x + 600 = 0

--> x = 10cm

b) Ta phải có:

|k2| = |k1|

\(\begin{array}{l}
\Rightarrow \frac{{|{f_1}|}}{{|{f_1} - x|}} = \frac{{|{f_2}|}}{{|{f_2} - (l - x)|}}\\
\Rightarrow |15 - x| = |x - 55|\\
\Rightarrow x = 35cm
\end{array}\)

Bài 29.19* trang 81 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Trên Hình 29.5, xy là trục chính của thấu kính L, (1) là đường đi của một tia sáng truyền qua thấu kính. Tia sáng (2) chỉ có phần tia tới.

Hãy vẽ tia ló của tia sáng (2).

Hướng dẫn giải

- Kéo dài phần tia tới của (1) và (2) cắt nhau tại S (Hình 29.7G).

- Nối OS cắt tia ló của (1) tại S’.

- Nối JS’: Tia ló của (2)

Bài 29.20* trang 81 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Trên Hình 29.6, xy là trục chính của thấu kính phân kì, F là tiêu điểm vật, A' là ảnh của A tạo bởi thấu kính. Bằng phép vẽ hãy xác định vị trí của vật điểm A.

Hướng dẫn giải

- Vẽ tia ló theo A’l (bất kỳ)

- Dựng trục phụ (Δ’) song song với tia ló và xác định tiêu điểm vật phụ F1.

- Vẽ tia tới có đường kéo dài là IF1. Tia này cắt trục chính tại A: vật điểm (Hình 29.8G).

Bài 29.21* trang 81 Sách bài tập (SBT) Vật lý 11

Trên Hình 29.7, xy là trục chính của thấu kính, AB là vật, A'B' là ảnh của vật tạo bởi thấu kính. Bằng phép vẽ hãy xác định vị trí của thấu kính và các tiêu điếm chính.

Hướng dẫn giải

- Nối B’B cắt trục chính tại O: quang tâm.

- Dựng thấu kính (hội tụ; ảnh ảo > vật thật).

- Vẽ tia BI song song với trục chính. Tia ló nằm trên đường thẳng B’I cắt trục chính tại F’: tiêu điểm ảnh chính (Hình 29.9G).

Có thể bạn quan tâm