Bài tập ôn tập tuần 5 tháng 4 môn Vật lý Lớp 11 - Bài 29: Thấu kính mỏng - Năm học 2019-2020 - Trường THPT Khoa học giáo dục

Nội dung text: Bài tập ôn tập tuần 5 tháng 4 môn Vật lý Lớp 11 - Bài 29: Thấu kính mỏng - Năm học 2019-2020 - Trường THPT Khoa học giáo dục

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC BÀI TẬP ÔN TẬP TUẦN 5 THÁNG 4 TRƯỜNG THPT KHOA HỌC GIÁO DỤC NĂM HỌC 2019 – 2020 Bài ôn tập: KHOA HỌC TỰ NHIÊN Môn ôn tập thành phần: VẬT LÍ 11 CHƯƠNG VI. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG BÀI 29: THẤU KÍNH MỎNG A. KIẾN THỨC CƠ BẢN I. THẤU KÍNH, PHÂN LOẠI THẤU KÍNH Thấu kính là một khối chất trong suốt (thuỷ 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 (còn được gọi là thấu kính rìa mỏng). ➢ Thấu kính lõm (còn được gọi là thấu kính rìa dày). Trong không khí: ➢ Thấu kính lồi là thấu kính hội tụ (hình a). ➢ Thấu kính lõm là thấu kính phân kì (hình b). II. KHẢO SÁT THẤU KÍNH HỘI TỤ 1. Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện a) Quang tâm Quang tâm của thấu kính là điểm mà mọi tia tới qua nó đều truyền thẳng. Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với mặt thấu kính là trục chính của thấu kính. Các đường thẳng khác qua quang tâm O là trục phụ. b) Tiêu điểm. Tiêu diện Chiếu đến thấu kính hội tụ một chùm tia tới song song. Chùm tia ló cắt nhau (hội tụ) tại một điểm trên trục tương ứng với chùm tia tới gọi là tiêu điểm ảnh của thấu kính. Tiêu điểm ảnh chính được kí hiệu F’, tiêu điểm ảnh phụ được kí hiệu F’n (n = 1, 2, 3 ).
2. Các tiêu điểm ảnh của thấu kính hội tụ đều hứng được trên màn gọi là tiêu điểm ảnh thật. Trên mỗi trục của thấu kính hội tụ còn có một điểm mà chùm tia tới xuất phát từ đó sẽ cho chùm tia ló song song. Đó là tiêu điểm vật của thấu kính. Tiêu điểm vật chính được kí hiệu F, tiêu điểm vật phụ được kí hiệu Fn (n = 1, 2, 3 ). Tiêu điểm ảnh và tiêu điểm vật trên một trục nằm đối xứng với nhau qua quang tâm. Tập hợp tất cả các tiêu điểm tạo thành tiêu diện. Mỗi thấu kính có hai tiêu diện: tiêu diện ảnh và tiêu diện vật. Có thể coi tiêu diện là mặt phẳng vuông góc với trục chính và qua tiêu điểm chính. 2. Tiêu cự. Độ tụ Để thiết lập các công thức về thấu kính, người ta đặt ra hai đại lượng quang học là tiêu cự và độ tụ. Tiêu cự của thấu kính: f = OF′̅̅̅̅̅ Ta qui ước f > 0 đối với thấu kính hội tụ, ứng với tiêu điểm ảnh F’ thật (sau thấu kính). Thấu kính có khả năng hội tụ chùm tia sáng càng mạnh khi f càng nhỏ. Do đó người ta định nghĩa độ tụ của thấu kính như sau: 1 D = f trong đó: f tính bằng mét (m); D tính bằng điốp (dp) III. KHẢO SÁT THẤU KÍNH PHÂN KÌ Quang tâm của thấu kính phân kì có cùng tính chất như quang tâm của thấu kính hội tụ. Các tiêu điểm cũng như tiêu diện (ảnh và vật) của thấu kính phân kì cũng được xác định tương tự như với thấu kính hội tụ. Điểm khác biệt là chúng đều ảo, được tạo bởi đường kéo dài của các tia sáng. Các công thức định nghĩa tiêu cự và độ tụ vẫn áp dụng được đối với thấu kính phân kì nhưng có giá trị âm (ứng với tiêu điểm ảnh F' ảo).
3. IV. SỰ TẠO ẢNH BỞI THẤU KÍNH 1. Khái niệm ảnh và vật trong Quang học 1.1. Ảnh điểm là điểm đồng quy của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng. Một ảnh điểm là: thật nếu chùm tia ló là chùm hội tụ. ảo nếu chùm tia ló là chùm phân kì. 1.2. Vật điểm là điểm đồng quy của chùm tia tới hay đường kéo dài của chúng. Một vật điểm là: thật nếu chùm tia tới là chùm phân kì. ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ. 2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính Để dựng ảnh tạo bởi thấu kính ta thường vẽ các tia tới sau đây: Tia tới qua quang tâm O của thấu kính. Tia tới song song với trục chính của thấu kính. Tia tới qua tiêu điểm vật chính F (hay có đường kéo dài qua F). Trong trường hợp phải vẽ một tia bất kì thì ta xác định trục phụ song song với tia tới. Tia ló tương ứng (hay đường kéo dài của nó) sẽ qua tiêu điểm ảnh phụ trên trục phụ đó. 3. Các trường hợp ảnh tạo bởi thấu kính Ảnh của một vật tạo bởi mỗi loại thấu kính có những đặc điểm theo bảng tóm tắt sau: Chỉ xét vật thật Hội tụ (f > 0) Phân kì (f vật Độ lớn > vật: vật trong FI • Ảnh < vật (so với vật) • Ảnh thật: {= vật: vật ở I (ảnh ở I′) < vật: vật ngoài FI • Vật và ảnh sẽ cùng chiều khi trái Chiều tính chất • Ảnh cùng chiều so (so với vật) • Vật và ảnh sẽ cùng tính chất khi trái với vật chiều V. CÁC CÔNG THỨC VỀ THẤU KÍNH Xét hai trường hợp của ảnh vẽ ở các hình vẽ dưới đây. Để thiết lập các công thức tổng quát áp dụng cho mọi trường hợp, người ta đặt các giá trị đại số cho các khoảng cách.
4. vật thật: d > 0 OA̅̅̅̅ = d với qui ước: { (không xét vật ảo) vật ảo: d 0 OA′̅̅̅̅̅ = d′ với qui ước: { ảnh ảo: d′ 0 thì ảnh và vật cùng chiều Nếu k < 0 thì ảnh và vật ngược chiều 1. Công thức xác định vị trí ảnh 1 1 1 = + f d d′ 2. Công thức xác định số phóng đại ảnh d′ k = − d VI. CÔNG DỤNG CỦA THẤU KÍNH Thấu kính được dùng làm: kính khắc phục tật của mắt (cận, viễn, lão); kính lúp; máy ảnh, máy ghi hình (camera); kính hiển vi; kính thiên văn, ống nhòm; đèn chiếu; máy quang phổ. CHỮA MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Câu 26, Mã đề 001, Đề thi tham khảo Trung học phổ thông Quốc gia năm 2019 Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính. Ảnh của vật tạo bởi thấu kính là ảnh ảo và cách vật 40 cm. Khoảng cách từ AB đến thấu kính có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 10 cm. B. 60 cm. C. 43 cm. D. 26 cm. Hướng dẫn giải Đề bài: Thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm f = 30 cm
5. Vì ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ là ảnh ảo nên vật sáng AB phải được đặt trong khoảng tiêu cự, tức là vật sáng AB nằm trong khoảng OF. Gọi d là khoảng cách từ vật sáng AB đến thấu kính d’ là khoảng cách từ ảnh ảo A’B’ đến thấu kính L là khoảng cách giữa vật và ảnh Ta có: Ld'dd'ddd'40(cm)=−= −−= −+= ( ) +=dd'40(cm)d'40d − = −− 11111 Áp dụng công thức thấu kính: =+=+ fdd'd40d −− 111 Thay số ta được: =+⎯⎯⎯⎯⎯→= SHIFT SOLVE d20(cm) 30d40d −− Vậy khoảng cách từ vật sáng AB đến thấu kính là 20 cm. Chọn đáp án gần nhất 26 cm. Ví dụ 2: Câu 30, Mã đề 001, Đề thi tham khảo Trung học phổ thông Quốc gia năm 2020 Một thấu kính mỏng được đặt sao cho trục chính trùng với trục Ox của hệ trục tọa độ vuông góc Oxy. Điểm sáng A đặt gần trục chính, trước thấu kính. A’ là ảnh của A qua thấu kính (hình bên). Tiêu cự của thấu kính là A. 30 cm. B. 60 cm. C. 75 cm. D. 12,5 cm. Hướng dẫn giải Đề bài: Trục chính của thấu kính trùng với trục Ox của hệ trục tọa độ Oxy. Một số nhận xét: A và A’ ở một bên của thấu kính nên tính chất trái ngược nhau. Vậy A’ là ảnh ảo. Vì A’ là ảnh ảo và lớn hơn vật nên thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ. Vì điểm vật A, điểm ảnh A’, quang tâm O thẳng hàng nên ta nối A với A’ cắt trục chính Ox tại điểm O1 thì O1 được gọi là quang tâm của thấu kính. Qua O1 dựng thấu kính hội tụ vuông góc với trục chính. 1 1 1 d.d' Áp dụng công thức thấu kính: = + f = f d d' d+ d' d= 30 cm Từ hình vẽ ta xác định được (d' 0 do ảnh A’ là ảnh ảo) d'=− 50 cm 30.(−− 50) 1500 Vậy tiêu cự của thấu kính là f= = = 75 (cm) 30+ ( − 50) − 20
6. Ví dụ 3: Câu 21, Mã đề 201, Đề thi Trung học phổ thông Quốc gia năm 2018 Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính. Ảnh của vật tạo bởi thấu kính ngược chiều với vật và cao gấp ba lần vật. Vật AB cách thấu kính A. 15 cm. B. 20 cm. C. 30 cm. D. 40 cm. Hướng dẫn giải Đề bài: Thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm f = 30 cm Ảnh tạo bởi thấu kính ngược chiều với vật nên ảnh là ảnh thật. A'B' Ảnh cao gấp ba lần vật, có nghĩa là A'B'3AB3= = AB A'B' k3= Mặt khác: kk3= = AB k3=− Theo qui ước: k > 0 khi ảnh và vật cùng chiều; k < 0 khi ảnh và vật ngược chiều Vậy, với các dữ kiện của đề bài thì ta chọn k3=− d' Theo công thức xác định số phóng đại ảnh thì k3d'3d= −= − = d Áp dụng công thức thấu kính: 111111111 =+ =+ =+⎯⎯⎯→ = SOLVE d40(cm) fdd'fd3d30d3d Ví dụ 4: Câu 23, Mã đề 202, Đề thi Trung học phổ thông Quốc gia năm 2018 Một thấu kính hộHi t ụ có tiêu cự 40 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính và cách thấu kính 30 cm. Khoảng cách giữa vật và ảnh của nó qua thấu kính là A. 160 cm. B. 150 cm. C. 120 cm. D. 90 cm. Hướng dẫn giải Đề bài: Thấu kính hội tụ có tiêu cự 40 cm f = 40 cm Vật AB vuông góc với trục chính, cách thấu kính 30 cm d = 30 cm Nhận xét: d < f nên vật AB nằm trong khoảng OF. Đây là trường hợp vật thật qua thấu kính hội tụ cho ảnh ảo, cùng chiều với vật, lớn hơn vật. 1 1 1 df 30.40 Áp dụng công thức thấu kính: = + d' = = = − 120(cm) f d d' d−− f 30 40 Gọi L là khoảng cách giữa vật và ảnh. Ta có: L= d' − d = 120 − 30 = 90(cm)
7. B. VẬN DỤNG Câu 1. Ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ A. luôn nhỏ hơn vật. B. luôn lớn hơn vật. C. luôn cùng chiều với vật. D. có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn vật Câu 2. Vật AB đặt thẳng góc trục chính thấu kính hội tụ, cách thấu kính nhỏ hơn khoảng tiêu cự, qua thấu kính cho ảnh A. ảo, nhỏ hơn vật. B. ảo, lớn hơn vật. C. thật, nhỏ hơn vật. D. thật, lớn hơn vật. Câu 3. Vật AB đặt thẳng góc trục chính thấu kính phân kì, qua thấu kính cho ảnh A. cùng chiều, nhỏ hơn vật. B. cùng chiều, lớn hơn vật. C. ngược chiều, nhỏ hơn vật. D. ngược chiều, lớn hơn vật. Câu 4. Vật AB đặt thẳng góc trục chính thấu kính phân kì tại tiêu điểm ảnh chính, qua thấu kính cho ảnh A’B’ ảo A. bằng hai lần vật. B. bằng vật. C. bằng nửa vật. D. bằng ba lần vật. Câu 5. Vật AB đặt thẳng góc trục chính thấu kính hội tụ, cách thấu kính bằng hai lần tiêu cự, qua thấu kính cho ảnh A’B’ là ảnh thật, cách thấu kính A. bằng khoảng tiêu cự. B. nhỏ hơn khoảng tiêu cự. C. lớn hơn hai lần khoảng tiêu cự. D. bằng hai lần khoảng tiêu cự. Câu 6. Vật AB đặt thẳng góc trục chính của thấu kính phân kì tại tiêu diện ảnh của thấu kính, qua thấu kính cho ảnh A. cùng chiều và bằng nửa vật. B. cùng chiều và bằng vật. C. cùng chiều và bằng hai lần vật. D. ngược chiều và bằng vật. Câu 7. Tìm phát biểu sai khi nói về thấu kính hội tụ. A. Một tia sáng qua thấu kính hội tụ khúc xạ, ló ra sau thấu kính sẽ cắt quang trục chính. B. Vật thật qua thấu kính cho ảnh thật thì thấu kính đó là thấu kính hội tụ. C. Vật thật nằm trong khoảng tiêu cự (trong OF) cho ảnh ảo lớn hơn vật, cùng chiều với vật. D. Một chùm sáng song song qua thấu kính hội tụ chụm lại ở tiêu điểm ảnh sau thấu kính. Câu 8. Vật AB đặt thẳng góc trục chính thấu kính hội tụ, cách thấu kính lớn hơn hai lần khoảng tiêu cự, qua thấu kính cho ảnh A. thật, nhỏ hơn vật. B. thật, lớn hơn vật. C. ảo, nhỏ hơn vật. D. ảo, lớn hơn vật. Câu 9. Chọn phát biểu đúng. Với thấu kính hội tụ, ảnh sẽ cùng chiều với vật sáng khi A. vật thật đặt trong khoảng tiêu cự. B. vật thật đặt ngoài khoảng 2 lần tiêu cự. C. vật thật đặt ngoài khoảng tiêu cự. D. vật thật đặt ngay tiêu điểm vật chính. Câu 10. Trong các nhận định sau, nhận định đúng về đường truyền ánh sáng qua thấu kính hội tụ là: A. Tia sáng tới đi qua tiêu điểm ảnh chính thì ló ra song song với trục chính.
8. B. Tia sáng song song với trục chính thì ló ra đi qua tiêu điểm vật chính. C. Tia tới qua tiêu điểm vật chính thì tia ló đi thẳng. D. Tia sáng qua thấu kính bị lệch về phía trục chính so với hướng của tia tới. Câu 11. Đặt vật sáng AB cao 2 cm thẳng góc trục chính thấu kính phân kỳ có tiêu cự f = -12 (cm), cách thấu kính một khoảng d = 12 (cm) thì ta thu được A. ảnh thật A’B’, cao 2cm. B. ảnh ảo A’B’, cao 2cm. C. ảnh ảo A’B’, cao 1 cm. D. ảnh thật A’B’, cao 1 cm. Câu 12. Vật sáng AB = 2 cm đặt thẳng góc với trục chính thấu kính hội tụ cách thấu kính 40 cm. tiêu cự thấu kính là 20 cm. Qua thấu kính cho ảnh A’B’ là ảnh A. ảo, cao 4cm. B. ảo, cao 2cm. C. thật cao 4cm. D. thật, cao 2cm. Câu 13. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự f = -25 cm đặt cách thấu kính 25 cm. Ảnh A’B’ của AB qua thấu kính là A. ảnh thật, trước thấu kính, cao gấp hai lần vật. B. ảnh ảo, trước thấu kính, cao bằng nửa lần vật. C. ảnh thật, sau thấu kính, cao gấp hai lần vật. D. ảnh thật, sau thấu kính, cao bằng nửa lần vật Câu 14. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có độ tụ D = + 5 (dp) và cách thấu kính một khoảng 30 (cm). Ảnh A’B’ của AB qua thấu kính là A. ảnh thật, nằm sau thấu kính, cách thấu kính một đoạn 60 (cm). B. ảnh ảo, nằm trước thấu kính, cách thấu kính một đoạn 60 (cm). C. ảnh thật, nằm sau thấu kính, cách thấu kính một đoạn 20 (cm). D. ảnh ảo, nằm trước thấu kính, cách thấu kính một đoạn 20 (cm). Câu 15. Vật AB ở trước thấu kính hội tụ (TKHT) cho ảnh thật cách thấu kính 60 cm, tiêu cự của thấu kính là f = 30 cm. Vị trí đặt vật trước thấu kính là A. 60 cm. B. 40 cm. C. 50 cm. D. 80 cm. Câu 16. Vật AB ở trước TKHT cho ảnh thật A’B’ = AB. Tiêu cự thấu kính là f = 18cm. Vị trí đặt vật trước thấu kính là A. 24 cm. B. 36 cm. C. 30 cm. D. 40 cm. Câu 17. Vật sáng AB đặt trước TKHT có tiêu cự 18cm cho ảnh ảo A’B’ cách AB 24cm. Khoảng cách từ vật đến thấu kính là A. 10,28 cm. B. 15 cm. C. 16 cm. D. 12 cm. Câu 18. Vật sáng AB đặt trước TKPK có tiêu cự 36cm cho ảnh A’B’ cách AB 18cm. Khoảng cách từ vật đến thấu kính là A. 24 cm. B. 30 cm. C. 36 cm. D. 18 cm. Câu 19. Vật sáng AB đặt trước TKHT có tiêu cự 12cm cho ảnh thật cách AB 75cm. Khoảng cách từ vật đến thấu kính là A. 60 cm. B. 15 cm. C. 20 cm. D. 60 cm và 15 cm. Câu 20. Qua một thấu kính, ảnh thật của một vật thật cao hơn vật 2 lần và cách vật 36 cm. Đây là thấu kính A. hội tụ có tiêu cự 24 cm. B. phân kì có tiêu cự 8 cm. C. phân kì có tiêu cự 24 cm. D. hội tụ có tiêu cự 8 cm.
9. Câu 21. (Câu 21 - Mã đề 201 - THPTQG2018) Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính. Ảnh của vật tạo bởi thấu kính ngược chiều với vật và cao gấp ba lần vật. Vật AB cách thấu kính A. 15 cm. B. 20 cm. C. 30 cm. D. 40 cm. Câu 22. (Câu 23 - Mã đề 202 - THPTQG2018) Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 40 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính và cách thấu kính 30 cm. Khoảng cách giữa vật và ảnh của nó qua thấu kính là A. 160 cm. B. 150 cm. C. 120 cm. D. 90 cm. Câu 23. (Câu 25 - Mã đề 203 - THPTQG2018) Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính.Ảnh của vật tạo bởi thấu kính cùng chiều với vật và cao gấp hai lần vật. Vật AB cách thấu kính A. 10 cm. B. 45 cm. C. 15 cm. D. 90 cm. Câu 24. (Câu 25 - Mã đề 204 - THPTQG2018) Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính và cách thấu kính 12 cm. Ảnh của vật tạo bởi thấu kính cùng chiều với vật và cao bằng một nửa vật. Tiêu cự của thấu kính là A. 12 cm. B. -24 cm. C. 24 cm. D. -12 cm. Câu 25. (Câu 26 - Mã đề 001 - Đề thi minh họa THPTQG2019) Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính.Ảnh của vật tạo bởi thấu kính là ảnh ảo và cách vật 40 cm. Khoảng cách từ AB đến thấu kính có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 10 cm. B. 60 cm. C. 43 cm. D. 26 cm. Hết