Bài 45: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

Lý thuyết

Bài C1 trang 122 SGK Vật lí 9

Hãy làm thí nghiệm để chứng tỏ rằng không thể hứng được ảnh của vật trên màn với mọi vị trí của vật?

Hướng dẫn giải

Đặt 1 vật ở vị trí bất kì trước thấu kính phân kì. Đặt màn hứng ở sát thấu kính. Từ từ đưa màn ra xa thấu kính và quan sát xem có ảnh trên màn hay không.

Thay đổi vị trí vật trước thấu kính và cũng làm tương tự, ta vẫn thu được kết quả như trên.

Bài C2 trang 122 SGK Vật lí 9

Làm thế nào để quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì? Ảnh đó là ảnh thật hay ảnh ảo? Cùng chiều hay ngược chiều với vật ?

Hướng dẫn giải

Để quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì, ta phải đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló. Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì là ảnh ảo, cùng chiều với vật.

Bài C3 trang 122 SGK Vật lí 9

Dựa vào kiến thức đã học ở bài trước, hãy nêu cách dựng ảnh của vật AB qua thấu kính phân kì, biết AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính.

Hướng dẫn giải

Muốn dựng ảnh của một vật AB qua thấu kính phân kì khi AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, ta làm như sau:

+ Dựa vào tia đi song song với trục chính và tia đi qua quang tâm của thấu kính phân kì để dựng ảnh của vật AB 

- Dựng ảnh B' của điểm B qua thấu kính, ảnh này là điềm đồng quy khi kéo dài chùm tia ló.

- Từ B' hạ vuông góc với trục chính của thấu kính, cắt trục chính tại A'. A' là ảnh của điểm A.

- A'B' là ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính phân kì.

Bài C4 trang 122 SGK Vật lí 9

Trên hình 45.2 cho biết vật AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự f = 12cm. Điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm O một khoảng OA = 24cm.

+ Hãy dưng ảnh A'B' của vật AB tạo bởi thấu kính đã cho.

+ Dựa vào hình vẽ, hãy lập luận để chứng tỏ rằng ảnh này luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Hướng dẫn giải

Ảnh A'B' của vật AB tạo bởi thấu kính đã cho:

+ Ta dựa vào tia đi song song trục chính và tia đi qua quang tâm để dựng ảnh A'B' của AB. Khi tịnh tiến AB luôn vuông góc với trục chính thì tại mọi vị trí, tia BI luôn không đổi, cho tia ló IK cũng không đổi. Do đó tia BO luôn cắt tia IK kéo dài tại B' nằm trong đoạn FI. Chính vì vậy, ảnh A'B' luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Bài C5 trang 123 SGK Vật lí 9

Đặt vật AB trước một thấu kính có tiêu cự f= 12cm. Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8cm, A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A'B' của AB. Dựa vào hình vẽ để nêu nhận xét về độ lớn của ảnh so với vật trong hai trường hợp:

+ Thấu kính là hội tụ.

+ Thấu kính là phân kì.

Hướng dẫn giải

+ Thấu kính là hội tụ: Ảnh của vật AB  tạo bởi thấu kính hội tụ lớn hơn vật.

+ Thấu kính là phân kì: Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính phân kì nhỏ hơn vật.

Bài C6 trang 123 SGK Vật lí 9

Từ bài toán trên, hãy cho biết ảnh ảo của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì có đặc điểm gì giồng nhau, khác nhau. Từ đó hãy nên cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính là hội tụ hay phân kì.

Hướng dẫn giải

Giống nhau: Cùng chiều với vật.

Khác nhau:

+ Đối với thấu kính hội tụ thì ảnh lớn hơn vật và ở xa thấu kính hơn vật.

+ Đối với thấu kính phân kì thì ảnh nhỏ hơn vật và ở gần thấu kính hơn vật.

Cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính là hội tụ hay phân kì: Đưa thấu kính lại gần dòng chữ trên trang sách. Nếu nhìn qua thấu kính thấy hình ảnh dòng chữ cùng chiều, to hơn so với khi nhìn trực tiếp thì đó là thấu kính hội tụ. Nếu nhìn thấy ảnh dòng chữ cùng chiều, nhỏ hơn so với khi nhìn trực tiếp thì đó là thấu kính phân kì.

Bài C7 trang 123 SGK Vật lí 9

Vận dụng kiến thức hình học, tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh trong hai trường hợp ở C5 khi vật có chiều cao h = 6mm.

Hướng dẫn giải

Trường hợp 1- thấu kính hội tụ

+ Ta có: \(\Delta BB'I \sim \Delta OB'F'\)

Ta suy ra: \(\dfrac{{BI}}{{OF'}} = \dfrac{{BB'}}{{OB'}}\)  (1)

Theo đề bài, ta có: \(OA = BI = 8cm\), \(OF' = 12cm\)

Lại có: \(OB' = OB + BB'\)

Ta suy ra \(\left( 1 \right) \Leftrightarrow \dfrac{8}{{12}} = \dfrac{{BB'}}{{OB + BB'}}\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \dfrac{{12}}{8} = \dfrac{{OB + BB'}}{{BB'}}\\ \Rightarrow 1,5 = \dfrac{{OB}}{{BB'}} + 1\end{array}\)

\( \Rightarrow \dfrac{{OB}}{{BB'}} = 0,5 \Rightarrow \dfrac{{BB'}}{{OB}} = 2\)  (2)

+ Ta có: \(\Delta OA'B' \sim \Delta OAB\)

Ta suy ra: \(\dfrac{{OA'}}{{OA}} = \dfrac{{A'B'}}{{AB}} = \dfrac{{OB'}}{{OB}}\)  (3)

Ta có \(OB' = OB + BB'\)

Ta suy ra \(\left( 3 \right) \Leftrightarrow \dfrac{{OA'}}{{OA}} = \dfrac{{A'B'}}{{AB}} = \dfrac{{OB + BB'}}{{OB}} = 1 + \dfrac{{BB'}}{{OB}}\)

Thế (2) vào (3) ta được: \(\dfrac{{OA'}}{{OA}} = \dfrac{{A'B'}}{{AB}} = 1 + 2 = 3\)

Từ đây ta suy ra:

- Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính: \(OA' = 3.OA = 3.8 = 24cm\)

- Chiều cao của ảnh: \(A'B' = 3.AB = 3.6 = 18mm\)

Vậy ảnh có chiều cao \(18mm\) (cao gấp 3 lần vật) cách thấu kính một khoảng là \(24cm\)

 

Trường hợp 2: Thấu kính phân kì

+ Ta có: \(\Delta IB'B \sim \Delta FB'O\)

Ta suy ra: \(\dfrac{{IB}}{{FO}} = \dfrac{{B'B}}{{B'O}}\)

Theo đầu bài ta có: \(IB = AO = 8cm\) và \(FO = 12cm\)

Ta suy ra: \(\dfrac{8}{{12}} = \dfrac{{B'B}}{{B'O}} \Rightarrow \dfrac{{B'B}}{{B'O}} = \dfrac{2}{3}\)  (1)

+ Ta có: \(\Delta OAB \sim \Delta OA'B'\)

Ta suy ra: \(\dfrac{{OA}}{{OA'}} = \dfrac{{OB}}{{OB'}} = \dfrac{{AB}}{{A'B'}}\)  

Lại có: \(OB = OB' + BB'\)

Ta suy ra: \(\dfrac{{OA}}{{OA'}} = \dfrac{{AB}}{{A'B'}} = \dfrac{{OB' + BB'}}{{OB'}} = 1 + \dfrac{{BB'}}{{OB'}}\) (2)

Từ (1) và (2) ta suy ra: \(\dfrac{{OA}}{{OA'}} = \dfrac{{AB}}{{A'B'}} = 1 + \dfrac{2}{3} = \dfrac{5}{3}\)

Từ đây, ta suy ra:

- Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính: \(OA' = \dfrac{{OA}}{{\dfrac{5}{3}}} = \dfrac{8}{{\dfrac{5}{3}}} = 4,8cm\)

- Chiều cao của ảnh: \(A'B' = \dfrac{{AB}}{{\dfrac{5}{3}}} = \dfrac{6}{{\dfrac{5}{3}}} = 3,6mm\)

Vậy, ảnh có chiều cao \(3,6mm\) (cao gấp \(0,6\) lần vật) và cách thấu kính một khoảng là \(4,8cm\)

Bài C8 trang 123 SGK Vật lí 9

Hãy trả lời câu hỏi nêu ra ở phần mở bài ?

Hướng dẫn giải

Bạn Đông bị cận thị nặng, nếu Đông bỏ kính ra, ta nhìn thấy mắt bạn to hơn khi nhìn mắt bạn lúc đeo kính

Vì:

+ kính của bạn ấy là thấu kính phân kì

+ khi ta nhìn mắt bạn qua thấu kính phân kì, ta đã nhìn thấy ảnh ảo của mắt, nhỏ hơn mắt khi không đeo kính.