Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

Vật lí 9 Bài 45 giúp các em học sinh lớp 9 nắm biết cách dựng ảnh qua thấu kính phân kì. Đồng thời giải nhanh được các bài tập Vật lí 9 chương III trang 122, 123.

Việc giải bài tập Vật lí 9 bài 45 trước khi đến lớp các em nhanh chóng nắm vững kiến thức hôm sau ở trên lớp sẽ học gì, hiểu sơ qua về nội dung học. Đồng thời giúp thầy cô tham khảo, nhanh chóng soạn giáo án cho học sinh của mình. Vậy sau đây là nội dung chi tiết tài liệu, mời các bạn cùng tham khảo tại đây.

Vật lí 9 Bài 45: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

Lý thuyết Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì
Giải bài tập Vật lí 9 trang 122, 123

Lý thuyết Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

1. Cách dựng ảnh qua thấu kính phân kì

- Muốn dựng ảnh $A'B'$ của $AB$ qua thấu kính ( $AB$ vuông góc với trục chính, $A$ nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh $B'$ của $B$ bằng cách vẽ đường truyền của hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó từ $B'$ hạ vuông góc xuống trục chính là ta có ảnh $A'$ của $A$ .

+ Từ điểm B vẽ tia song song với trục chính của thấu kính thu được tia ló đi qua có phần kéo dài đi qua tiêu điểm $F'$ (tiêu điểm ảnh của thấu kính phân kì)

+ Từ điểm B vẽ tiếp tia đi qua quang tâm O của thấu kính thu được tia ló truyền thẳng qua O

+ Giao điểm của hai tia trên là điểm B’ ảnh của điểm B. Từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính của thấu kính => điểm A’

2. Công thức thấu kính phân kì

- Tỉ lệ chiều cao vật và ảnh: $\frac{h}{{h'}} = \frac{d}{{d'}}$

- Quan hệ giữa $d,d'$ và $f: \frac{1}{f} = \frac{1}{{d'}} - \frac{1}{d}$

Trong đó:

+ $h$ : chiều cao của vật

+ $h'$ : chiều cao của ảnh

+ $d$ : khoảng cách từ vật đến thấu kính

+ $d'$ : khoảng cách từ ảnh đến thấu kính

+ $f$ : tiêu cự của thấu kính

Tổng quát lại công thức cho cả thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì:

$\frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{{d'}}$

Quy ước dấu:

+ Thấu kính hội tụ: $f > 0$

+ Thấu kính phân kì: $f < 0$

+ Ảnh là ảnh thật: $d' > 0$

+ Ảnh là ảnh ảo: $d' < 0$

+ Vật là vật thật: $d > 0$

Trong đó:

+ $d$ : khoảng cách từ vật đến thấu kính

+ $d'$ : khoảng cách từ ảnh đến thấu kính

+ $f$ : tiêu cự của thấu kính

Giải bài tập Vật lí 9 trang 122, 123

Câu C1

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

Gợi ý đáp án

+ Đặt vật ở một vị trí bất kì trước thấu kính phân kì.

+ Đặt màn hứng ở trước thấu kính. Từ từ đưa màn ra xa thấu kính và quan sát xem có ảnh trên màn hay không.

+ Thay đổi vị trí của vật và cũng làm tương tự, ta vẫn được kết quả là không có vị trí nào của vật để thu được ảnh trên màn quan sát.

Câu C2

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?

Gợi ý đáp án

+ Muốn quan sát được ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì, ta 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 và nhỏ hơn vật

Câu C3

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.

Gợi ý đáp án

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:

Dùng hai trong ba tia sáng đã học để dựng ảnh B’ của điểm B.

+ Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló có đường kéo dài đi qua F

+ Tia tới BO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng

+ Hai tia ló trên có đường kéo dài giao nhau tại B’, ta thu được ảnh ảo 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 ảo của AB tạo bởi thấu kính phân kỳ.

Nhận xét: Khi tịnh tiến AB luôn vuông góc với trục chính thì tại mọi vị trí, tia BI là không đổi, cho tia ló IK cũng không đổi. Do đó tia BO luôn cắt IK kéo dài tại B’ nằm trên đoạn FI. Chính vì vậy A’B’ luôn ở trong khoảng tiêu cự, cùng chiều và nhỏ hơn AB.

Câu C4

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.

Gợi ý đáp án

** 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:

Dùng hai trong ba tia sáng đã học để dựng ảnh B’ của điểm B.

+ Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló có đường kéo dài đi qua F

+ Tia tới BO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng

+ Hai tia ló trên có đường kéo dài giao nhau tại B’, ta thu được ảnh ảo 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 ảo của AB tạo bởi thấu kính phân kỳ. (Hình 45.2a)

** 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 → Hình chiếu A’ của B’ lên trục chính nằm trong đoạn OF. Chính vì vậy, ảnh A'B' luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Câu C5

Đặt vật AB trước một thấu kính có tiêu cự f = 12cm. Vật AB cách thấu kính 1 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 2 trường hợp:

- Thấu kính là hội tụ.

- Thấu kính là phân kì.

Gợi ý đáp án

Đặt vật AB trong khoảng tiêu cự.

+ Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính hội tụ lớn hơn vật (H.45.3a).

+ Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính phân kì nhỏ hơn vật (H.45.3).

$\frac{\mathrm{OI}}{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}}=\frac{\mathrm{OF}^{\prime}}{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{F}^{\prime}}=\frac{\mathrm{OF}^{\prime}}{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{O}+\mathrm{OF}^{\prime}} ; \frac{\mathrm{AB}}{\mathrm{A}^{\prime} \mathrm{B}^{\prime}}=\frac{\mathrm{OA}}{\mathrm{OA}^{\prime}}\left({ }^{*}\right)$

Câu C6

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 giống nhau, khác nhau. Từ đó hãy nêu cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính là hội tụ hay phân kì.

Gợi ý đáp án

*) So sánh ảnh ảo của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì:

- 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.

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

*) Cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính 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. Ngược lại, nếu nhìn thấy hình ảnh dòng chữ cùng chiều, nhỏ hơn so với nhìn trực tiếp thì đó là thẩu kính phân kì.

Câu C7

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

Câu C8

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

Gợi ý đáp án

Bạn Đông bị cận thị nặng. Nếu Đông bỏ kính ra, ta nhìn thây mắt bạn to hơn khi nhìn thấy mắt bạn đang đeo kính, vì kính của bạn 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.