Giải Vật Lý 11 Bài 29. Thấu Kính Mỏng

Có thể bạn quan tâm

Home
Lớp 1,2,3
- Lớp 1
- Giải Toán Lớp 1
- Tiếng Việt Lớp 1
- Lớp 2
- Giải Toán Lớp 2
- Tiếng Việt Lớp 2
- Văn Mẫu Lớp 2
- Lớp 3
- Giải Toán Lớp 3
- Tiếng Việt Lớp 3
- Văn Mẫu Lớp 3
- Giải Tiếng Anh Lớp 3
Lớp 4
- Giải Toán Lớp 4
- Tiếng Việt Lớp 4
- Văn Mẫu Lớp 4
- Giải Tiếng Anh Lớp 4
Lớp 5
- Giải Toán Lớp 5
- Tiếng Việt Lớp 5
- Văn Mẫu Lớp 5
- Giải Tiếng Anh Lớp 5
Lớp 6
- Soạn Văn 6
- Giải Toán Lớp 6
- Giải Vật Lý 6
- Giải Sinh Học 6
- Giải Tiếng Anh Lớp 6
- Giải Lịch Sử 6
- Giải Địa Lý Lớp 6
- Giải GDCD Lớp 6
Lớp 7
- Soạn Văn 7
- Giải Bài Tập Toán Lớp 7
- Giải Vật Lý 7
- Giải Sinh Học 7
- Giải Tiếng Anh Lớp 7
- Giải Lịch Sử 7
- Giải Địa Lý Lớp 7
- Giải GDCD Lớp 7
Lớp 8
- Soạn Văn 8
- Giải Bài Tập Toán 8
- Giải Vật Lý 8
- Giải Bài Tập Hóa 8
- Giải Sinh Học 8
- Giải Tiếng Anh Lớp 8
- Giải Lịch Sử 8
- Giải Địa Lý Lớp 8
Lớp 9
- Soạn Văn 9
- Giải Bài Tập Toán 9
- Giải Vật Lý 9
- Giải Bài Tập Hóa 9
- Giải Sinh Học 9
- Giải Tiếng Anh Lớp 9
- Giải Lịch Sử 9
- Giải Địa Lý Lớp 9
Lớp 10
- Soạn Văn 10
- Giải Bài Tập Toán 10
- Giải Vật Lý 10
- Giải Bài Tập Hóa 10
- Giải Sinh Học 10
- Giải Tiếng Anh Lớp 10
- Giải Lịch Sử 10
- Giải Địa Lý Lớp 10
Lớp 11
- Soạn Văn 11
- Giải Bài Tập Toán 11
- Giải Vật Lý 11
- Giải Bài Tập Hóa 11
- Giải Sinh Học 11
- Giải Tiếng Anh Lớp 11
- Giải Lịch Sử 11
- Giải Địa Lý Lớp 11
Lớp 12
- Soạn Văn 12
- Giải Bài Tập Toán 12
- Giải Vật Lý 12
- Giải Bài Tập Hóa 12
- Giải Sinh Học 12
- Giải Tiếng Anh Lớp 12
- Giải Lịch Sử 12
- Giải Địa Lý Lớp 12

Trang Chủ › Lớp 11› Giải Vật Lý 11› Giải Vật Lý 11› Bài 29. Thấu kính mỏng Giải Vật Lý 11 Bài 29. Thấu kính mỏng

§29. THẤU KÍNH MỎNG A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG Thấu kính - phân loại thâu kính Định nghĩa thấu kính Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn hai mặt cong hoặc bởi một mặt phẳng và một mặt cong. Hình 29. Ib Hình 29. la Tiêu diện vật x ni r Trục phụ Trục chính F o Tiêu diện ảnh / Trục phụ F F' x n Trục chính Tiêu diện ảnh Tiêu diện vật Tiêu điểm ảnh phụ Thấu kính phân kì (Hình 29.3) Phân loại thấu kính Có hai loại thấu kính: Thấu kính lồi (thấu kính rìa mỏng) tạo ra chùm tia ló hội tụ khi chùm tia tới là chùm song song. Thấu kính lõm (thấu kính rìa dày) tạo ra chùm tia ló phân kì khi chùm tia tới là chùm song song. Tiêu điểm Trong không khí: ảnh phụ Thấu kính lồi là thấu kính hội tụ. Thâu kính lõm là thấu kính phân kì. Khảo sát thấu kính hội tụ Thấu kính hội tụ được kí hiệu như hình 29.2. Thấu kính hội tụ (Hình 29.2) Mỗi thấu kính có 2 tiêu điểm chính: Tiêu điểm ảnh chính (F'): nằm trên trục chính và sau thấu kính. Tiêu điểm vật chính (F): nằm trên trục chính và trước thấu kính. Thấu kính hội tụ có 2 điểm F và F' thật. F và F' đốì xứng nhau qua quang tâm o của thâu kính. Thấu kính phân kì được kí hiệu như hình 29.3. Tiêu điểm ảnh chính (F') nằm trên trục chính và trước thấu kính. Tiêu điểm vật chính (F) nằm trên trục chính và sau thấu kính. Thấu kính phân kì có 2 tiêu điểm F và F' ảo F và F' đôì xứng với nhau qua quang tâm o của thấu kính. Sự tạo ảnh qua thấu kính Khái niệm ảnh và vật Ánh ảo, ảnh thật: Ảnh ảo: chỉ có thể quan sát băng mắt, không hứng được trên màn Anh thật: hứng được trên màn Anh vật trong quang học: + Ánh điểm là thật nếu chùm tia ló chùm hội tụ. + Ánh điểm là vật thật nếu chùm tia tới là chùm phân kỳ. + Vật điểm là vật thật nếu chùm tia tới là chùm phân kỳ. + Vật điểm là ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ. Cách dựng ảnh Ta vẽ các tia tới sau: Tia tới qua quang tâm o của thấu kính thì tia ló truyền thẳng. Tia tới song song với trục chính của thâu kính thì tia ló qua tiêu điểm ảnh chính F'. Tia tới qua tiêu điểm vật chính F (hay có đường kéo dài qua F) thì tia ló song song với trục chính. Giao điểm của các tia ló là ảnh của vật. Ta có các hình vẽ ở các trường hợp như sau: Hình la: d > 2f; oc = 2f Ánh thật ngược chiều nhỏ hơn vật. Hình lb: d > 2f, K < 0 và IkI < 1 Hình 2a: d = 2f => d' - 2f, K = —1 Ảnh thật ngược chiều lớn bằng vật, đốì xứng qua thấu kính. Ánh S' thật ở gần thấu kính hơn. Ảnh thật S' đôì xứng với s qua o Ánh thật ngược chiều, lớn hơn vật. Hình 3b: f Ánh thật S' ở xa thâu kính hơn Hình 4b: d = f Hình 4a: d = f; K không xác định Anh S' ở vô cực Hình 5a: d 1 Anh ảo cùng chiều lớn hơn vật ở sau vật Hình 6a: d bất kì (thấu kính phân kì) Ánh ảo cùng chiều nhỏ hơn vật Hình 6b: d bất kì (thấu kính 0 < k < 1 phân kì) Các công thức về thấu kính Cống thức xác định vị trí ảnh 1 1 _ i d + d' - f Với: ÕÃ = d ÕÃ'= d' Với qui ước: d > 0: vật thật; d 0: ảnh thật; d < 0: ảnh ảo. Còng thức độ phóng đại ảnh ĂTỈ7 d' AB d Nếu k > 0: vật và ảnh cùng chiều. Nếu k < 0: vật và ảnh ngược chiều. Công thức độ tụ 0=7 f Với: f = OF': tiêu cự (m) D: độ thụ (đp) Nếu f > 0 (D > 0): thâu kính hội tụ. Nếu f < 0 (D < 0): thấu kính phân kì. B. CÂU HỎI VẬN DỤNG Cl. Hãy gọi tên phân biệt ba loại thấu kính lồi và ba loại thấu kính lõm như hình 87ab (SGK). Hướng dẫn Hình 87a: Thấu kính hội tụ: (1) thấu kính 2 mặt lồi; (2) thâu kính một mặt phẳng và một mặt lồi; (3) thâu kính một mặt lồi và một mặt lõm (bán kính mặt lõm lớn hơn). Hình 871b: Thấu kính phân kì: (1) thấu kính 2 mặt lõm; (2) thấu kính một mặt phẳng và một mặt lõm; (3) thấu kính một mặt lõm và một mặt lồi (bán kính mặt 14m nhỏ hơn). C2. Coi chùm tia song song như xuất phát hay hội tụ ở một điểm rất xa (vô cực). Hãy nêu mổì quan hệ giữa điểm này với: Tiêu điểm ảnh. Tiêu điểm vật của thâu kính hội tụ. Hướng dẫn Chùm tia sáng xuất phát từ một điểm ở vô cực, qua thâu kính hội tụ cho chùm tia ló hội tụ tại tiêu điểm ảnh. Chùm tia sáng xuất phát từ tiêu điểm vật, qua thâu kính hội tụ cho chùm tia ló song song (tức hội tụ tại một điểm ở vô cực). C3. Vẽ đường truyền của chùm tia sáng minh họa tính chất của tiêu điểm vật của thấu kính phân kì. Hướng dẫn Đường truyền của tia sáng biểu diễn ở hình 29.4. Tia sáng SI hướng tới tiêu điểm vật F cho tia ló IK song song với trục chính. C4. 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. Hướng dẫn Khi tạo ảnh ảo, thấu kính hội tụ cho chùm tia ló phân kì. Kết quả này không mâu thuẫn với tính chất của thấu kính. Giải thích: Trong trường hợp ảnh của vật là thật thì chùm tia ló là chùm hội tụ, còn trong trường hợp ảnh ảo thì chùm tia ló là chùm phân kì (chùm phân kì này dường như xuất phát từ điểm ảnh ảo). C5. Dùng công thức xác định vị trí ảnh hãy chứng tỏ rằng, nếu giữa thấu kính cố’ định và dời vật dọc theo trục chính thì ảnh và vật luôn di chuyển cùng chiều. Hướng dẩn Từ công thức xác định vị trí ảnh 7 + 77 = 4 • Với f = hằng số. d d' f 0) (vật và ảnh nằm ở hai bên Ta xét hai trường hợp sau: Vật thật (d > 0) cho ảnh thật (d’ > thấu kính). Rõ ràng là khi d tăng (vật dịch ra xa thấu kính) thì d’ giảm (ảnh dịch lại gần thấu kính): Vật và ảnh dịch chuyển cùng chiều. Khi d giảm (vật dịch lại gần thấu kính) thì d’ tăng (ảnh dịch ra xa thấu kính): Vật và ảnh cũng dịch chuyển cùng chiều. Vật thật (d > 0) cho ảnh ảo (d’ < 0), (vật và ảnh nằm ở cùng bên của thâu kính). Rõ ràng là khi d tăng (vật dịch ra xa thâu kính) thì d’ tăng (ảnh dịch ra xa thấu kính): Vật và ảnh dịch chuyển cùng chiều. Khi d giảm (vật dịch lại gần thấu kính) thì d’ giảm (ảnh dịch lại gần thấu kính): Vật và ảnh cũng dịch chuyển cùng chiều. Có thể chứng tỏ điều nêu trên bằng cách tính đạo hàm như sau: d-f -f2 < 0 (d - f)2 Từ công thức xác định vị trí ảnh -7 + 77 = 7 d d' f Lây đạo hàm của d’ theo d: (d’)’ = Vậy ảnh và vật di Ad/ 1 1, . , X => —- < 0 nghĩa là Ad’ và Ad luôn trái dâu. Ad chuyển cùng chiều. c. CÂU HỎI - BÀ! TẬP Thấu kính là gì? Kể các loại thấu kính. Hướng dẫn Thấu kính là một khối chất trong suốt (thủy tinh, nhựa...) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng. Có hai loại thấu kính: Thấu kính lồi là thấu kính hội tụ. Thấu kính lõm là thấu kính phân kì. 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. Hướng dẫn Mọi tia sáng qua quang tâm đều truyền thẳng cho dù đó là thấu kính hội tụ hay thấu kính phân kì. Chùm tia sáng song song với trục chính cho chùm tia ló: + Hội tụ tại tiêu điểm ảnh (đôì với thấu kính hội tụ). + Có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh (đối với thấu kính phân kì). Chùm tia sáng xuất phát từ tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ hay hướng tới tiêu điểm vật của thấu kính phân kì, cho tia ló song song với trục chính của thấu kính. Đường đi của tia sáng trong mỗi trường hợp biểu diễn như hình 29.5. Tiêu cự, độ tụ của thấu kính là gì? Đơn vị của tiêu cự và độ tụ. Hướng dẫn Tiêu cự là độ dài đại số I f I = OF = OF’. Độ tụ là đại lượng đặc trưng cho khả năng làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít: D = ^ . Đơn vị của tiêu cự là mét (m) Đơn vị của độ tụ là điôp (đp). Chọn phát biểu đúng với vật thật đặt trước thấu kính. Thấu kính hội tụ luôn tạo chùm tia ló hội tụ. Thấu kính phân kì luôn tạo chùm tia ló phân kì. c. Ảnh của vật tạo bởi thấu kính không thể bằng vật. D. Cả ba phát biểu A, B, c đều sai. Hướng dẫn Phát biểu B đúng. Một vật sáng đặt trước một thấu kính, trên trục chính. Ảnh của vật tạo bởi thấu kính bằng 3 lần vật. Dời vật lại gần thấu kính một đoạn, ảnh của vật ở vị trí mới vẫn bằng 3 lần vật. Có thể kết luận gì về loại thấu kính? Thấu kính là hội tụ. Thấu kính là phân kì. c. Cả hai loại thấu kính đều phù hợp. D. Cả hai loại thâu kính đều phù hợp. Hướng dẫn Chọn câu A. Thấu kính là hội tụ. Tiếp câu 5. Cho biết đoạn dời vật là 12cm. Tiêu cự thấu kính là bao nhiêu? A. -8cm. c. -20cm. B.18cm. D. Một giá trị khác A, B, c. Hướng dẫn Chọn câu B. 1 dx + 1 d? + 4f 2f Với di — d2 = Lúc đầu: Sau khi dời: _1 d; 4f 3 _ 1 1, _ d2 _ O _ _ 2f = 7 và k2 = = 3 => d2 = f d2 3 d2 2f = = 12 f = 18(cm). 3 Xét thấu kính hội tụ. (hình 29.6). Lấy trên trục chính các điểm I và r sao cho OI = 2OF, or = 2OF’ Vẽ ảnh của vật AB và nhận xét về đặc điểm của ảnh trồng mỗi trường hợp sau: Vật thật trong đoạn FI. , “1 Hình 29.6 Vật thật trong đoạn OF. Hướng dẫn Vật thật AB ở ngoài đoạn OI cho ảnh thật A’B’ nằm trong khoảng FT, ảnh ngược chiều và nhỏ hơn vật. (hình 29.7a) a) Vật thật AB ở tại I cho ảnh thật A’B’ nằm tại r, ảnh ngược chiều và bằng vật. (hình 29.7b) Vật thật AB ở trong đoạn FI cho ảnh thật A’B’ nằm ngoài khoảng or, ảnh ngược chiều và lớn hơn vật. (hình 29.7c) Vật thật AB ở trong đoạn OF cho ảnh ảo A’B’ nằm cùng phía với vật so với thấu kính và ở xa thâu kính hơn vật, ảnh cùng chiều và lớn hơn vật. (hình 29.7d) Người ta dùng một thấu kính độ tụ 1 dp để thu ảnh của Mặt Trăng. Lấy 1’ ~ 3.10"4 rad, Vẽ ảnh. Tính đường kính của ảnh. Cho góc trông Mặt Trăng là 33’. Hướng dẫn Sự tạo ảnh của Mặt trăng được biểu diễn qua thấu kính như hình 29.8. Tiêu cự: f = = 100cm Đường kính ảnh của Mặt Trăng: A’B’ = f.a = 100.33.3.10 4 = 0,99cm « lem. Vật sáng AB được đặt song song với màn và cách màn một khoảng cố định a. Một thấu kính hội tụ có trục chính qua điểm A và vuông góc với màn được di chuyển giữa vật và màn. Người ta nhận thấy có một vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét của vật trên màn, ảnh lớn hơn vật. Chứng tỏ rằng còn một vị trí thứ hai của thấu kính ở trong khoảng giữa vật và màn tạo được ảnh rõ nét của vật trên màn. Đặt l là khoảng cách giữa hai vị trí trên của thấu kính. Lập công thức của tiêu cự thấu kính f theo a và l. Suy ra một phương pháp đo tiêu cự của thấu kính hội tụ. Hướng dẫn Gọi d là khoảng cách từ thấu kính đến vật và d’ là khoảng cách từ thấu kính đến màn ảnh; f là tiêu cự của thấu kính, ta có: d’ + d = a hay d’ = a - d. Mặt khác: 4 + ——- = 4 d2 - ad + af = 0. d a-d f Suy ra: A = a2 - 4af Phương trình trên cho 2 nghiệm của d, ứng với hai vị trí của thấu kính di = a và d2 = a . Như vậy ngoài vị trí di còn có vị trí d2 cho ảnh rõ nét của vật trên màn, ảnh lớn hơn vật. Khoảng cách giữa hai vị trí của vật là: di - d2 = l mà di - d2 = VÃ suy ra VÃ = l „2 /2 hay A = z2 a2 - 4af = l2 => f = —- . 4a Để đo tiêu cự của thấu kính hội tụ ta đặt cố' định vật và màn ở một khoảng cách a, dịch chuyển thấu kính hội tụ để xác định 2 vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn. Đo khoảng cách l giữa hai vị trí đó rồi áp a2 -12 dụng công thức f = ———. 4a Một thấu kính có tiêu cự f = 20cm. Vật sáng AB đặt trước thấu kính và có ảnh A’B’. Tìm vị trí của vật, cho biết khoảng cách giữa vật và ảnh là: 125cm. b) 45cm. Hướng dẫn a) Ta có: |d + d'l = 125cm d + d’= 125cm df _ 20d d-f " d-20 ! = đ d' f 20d —= 125 d-20 d + d’= -125cm Theo công thức thấu kính: V + d 125 = 11,2 cm Với d + d' = 125cm, ta có: d + d2 - 20d + 20d = 125 Với d + d' = - 125cm, ta có: d + —()d- = _ 125 « d2 - 20d + 20d = - 125 d-20 d2 = - 125 (loại) Vậy vật cách thấu kính một khoảng 11,2 cm b) Ta có: |d + d'l = 45cm d + d' = 45cm d + d' = -45cm Theo công thức thấu kính: J + 77 d d' 4- f d-f 20d d-20 * Với d + d' = 45cm, ta có: 20d d-20 = 45 d2 - 20d + 20d = 45 d2 = 45 d = V45 = 6,7 cm * Với d + d' = - 45cm, ta có: 20d ,, d + =-45 d2 - 20d + 20d = - 45 d-20 d2 = - 45 (loại) Vậy vật cách thấu kính một khoảng 6,7 cm. 11. Một thấu kính phân kì có độ tụ -5dp. Tính tiêu cự của thấu kính. Nếu vật đặt cách thấu kính 30cm thì ảnh hiện ra ở đâu và có số phóng đại là bao nhiêu? Hướng dẫn a) Tiêu cự của thấu kính: f = — D df d-f = -0,2 m = -20cm. -5 30.(-20) 30 + 20 Số phóng đại: k = - 7- d = -0.4 30 12. Trong hình 29.9, xy là trục chính của thấu kính, o, A là điểm vật thật, A’ là ảnh của A tạo bởi thấu kính. Với mỗi trường hợp hãy xác định: A’ là ảnh thật hay ảo? Loại thấu kính. Các tiêu điểm chính (bằng phép vẽ) Hướng dẫn a) Vì A và A’ nằm cùng một phía so với trục chính nên chúng khác tính chất, nghĩa là A là vật thật thì A’ là ảnh ảo. Mặt khác A’ nằm xa trục chính hơn nên thấu kính là thấu kính hội tụ. (hình 29.10). = -2cm Hình 29.10 + Nối AA’ cắt xy tại o thì o là quang tâm của thấu kính. + Dựng thấu kính tại o và vuông góc với trục chính xy. + Từ A vẽ tia AI // xy cắt thấu kính tại I. Nôì IA’ kéo dài cắt xy tại F’. Khi đó F’ là tiêu điểm ảnh của thấu kính. Tiêu điểm vật F lấy đốì xứng với F’ qua quang tâm o. Vì A và A’ nằm cùng một phía so với trục chính nên chúng khác tính chát, nghĩa là A là vật thật thì A’ là ảnh ảo. Mặt khác A’ nằm gần trục chính hơn nên thấu kính là thấu kính phân kì. + Nốì AA’ cắt xy tại o thì o là quang tâm của thấu kính. + Dựng thấu kính tại o và vuông góc với trục chính xy. + Từ A vẽ tia AI // xy cắt thấu kính tại I. Nốì IA’ kéo dài cắt xy tại F’. Khi đó F’ là tiêu điểm ảnh của thấu kính. Tiêu điểm vật F lấy đốì xứng với F’ qua quang tâm

Các bài học tiếp theo

Bài 30. Giải bài toán về hệ thấu kính
Bài 31. Mắt
Bài 32. Kính lúp
Bài 33. Kính hiển vi
Bài 34. Kính thiên văn

Các bài học trước

Bài 28. Lăng kính
Bài 27. Phản xạ toàn phân
Bài 26. Khúc xạ ánh sáng
Bài 25. Tự cảm
Bài 24. Suất điện động cảm ứng
Bài 23. Từ thông - Cảm ứng điện từ
Bài 22. Lực Lo-ren-xơ
Bài 21. Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Bài 20. Lực từ - Cảm ứng từ
Bài 19. Từ trường

Tham Khảo Thêm

Giải Bài Tập Vật Lý 11
Giải Vật Lý 11(Đang xem)
Sách Giáo Khoa - Vật Lí 11