Bài tập ôn thi học sinh giỏi môn Vật lý Khối 9

Nội dung text: Bài tập ôn thi học sinh giỏi môn Vật lý Khối 9

1. Bài 2 (2 điểm). Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh thật A’B’ cao 2cm. Giữ thấu kính cố định, dời AB lại gần thấu kính một đoạn 45cm thì được ảnh thật A”B” cao 20cm. Biết khoảng cách giữa hai ảnh thật A’B’ và A”B” là 18cm. Hãy xác định : a/ Tiêu cự của thấu kính. b/ Vị trí ban đầu của vật. B /. LuyÖn tËp: 1.1: VÏ tiÕp ®­êng ®i cña mét tia s¸ng cho tr­íc a F o F F F F F ( H-1) (h-2) (h-3 F1 F12 F2 F1 F1 F2 F2 F O F 1.2.VÏ ¶nh cña ®iÓm S t¹o b¬Ø hÖ quang häc sau .S S. S. F1 F12 F2 F1 F1 F2 F2 F O F ( h×nh 2.1) (h×nh 2.2) (h×nh 2.3) 1.3.VÏ ®­êng ®i cña mét tia s¸ng tõ ®iÓm S qua hÖ quang häc råi ®i ®Õn ®iÓm I S. S. S. L G F1 F12 .I F2 F1 F1 F2 .I F2 F .I F L1 L2 L1 L2 (h×nh3.1) (h×nh 3.2) (h×nh 3.3) L G S. S. . . . . F .I I. (h×ng3.4) (h×nh 3.5) 1.4.VÏ ¶nh cña mét vËt s¸ng taä bëi thÊu kÝnh hoÆc mét hÖ quang häc:
2. . . . . . . . F F F F F F ( h 4.1 ) ( h 4.2 ) ( h 4.3 ) . . . . . . . F F F F F F ( h 4.4 ) ( h 4.5) (h 4.6) . . . . . . . . . F1 F12 F2 F1 F1 F2 F2 F F ( h×nh 4.7) (h×nh .4.8) (h×nh 4.9) B 1.5: Cho ®iÓm s¸ng S ,mét thÊu kÝnh, mét khe hë S. A AB( H×nh 5) h·y vÏ mét chïm s¸ng tõ S sau . . . . . khi qua thÊu kÝnh th× võa vÆn ®i qua khe hë AB F F F1 F12 F2 ( gi¶i bµi to¸n khi thay thÊu kÝnh héi tô b»ng thÊu kÝnh ph©n kú) (H×nh 5.1) (4.10) 2:X¸c ®Þnh vÞ trÝ thÊu kÝnh,lo¹i thÊu kÝnh, c¸c yÕu tè cña thÊu kÝnh,tÝnh chÊt cña ¶nh t¹o bëi thÊu kÝnh. 2.1 Cho thÊu kÝnh L,vµ c¸c tia s¸ng nh­ h×nh vÏ. Hái thÊu kÝnh lµ thÊu kÝnh g× ? vÏ tiÕp ®­êng ®i cña tia s¸ng b 2.2 . VËt AB cã d¹ng mét ®o¹n th¼ng cao h=3cm vu«ng gãc víi trôc chÝnh cña thÊu kÝnh L,c¸ch quang t©m cña thÊu kÝnh mét kho¶ng lµ d=1,5f (B n»m trªn trôc chÝnh), cho ¶nh thËt n»m trong tiªu ®iÓm cña thÊu kÝnh . a. ThÊu kÝnh L lµ thÊu kÝnh g×?v× sao? b. VÏ ¶nh cña vËt AB vµ tÝnh kho¶ng c¸ch tõ ¶nh ®Õn thÊu kÝnh Gîi ý: VËt thËt ®Æt ngßai tiªu ®iÓm cña thÊu kÝnh héi tô hay cho thËt ë ngoµi tiªu ®iÓm cña thÊu kÝnh. vËt AB trong bµi l¹i cho ¶nh thËt ë trong tiªu ®iÓm cña thÊu kÝnh do ®ã AB ph¶i lµ vËt aá vµ L ph¶i lµ thÊu kÝnh héi tô.Tõ ®ã ta cã c¸ch vÏ ¶nh cña vËt AB nh­ sau: vÏ tia SI song song víi trôc chÝnh vµ cã ®­êng kÐo dµi ®i qua A ,tia ph¶n x¹ t­¬ng øng ®i qua tiªu ®iÓm F,'; vÏ tia ®i qua quang t©m cã ®­êng kÐo dµi ®i qua A vµ tia lã op truyÒn th¼ng C¸c bµi tËp (S200cl)178.,179*,181* 182,183 184*, 185* ,186,*187*,190,191*,193* ; (S121/8)bµi 121 3. VÏ ®­êng ®i cña tia s¸ng qua b¶n mÆt song song,gi¶i thÝch sù t¹o thµnh ¶nh cña mét vËt ë trong n­íc bµi 106,107,103,104,105 (S121/nc8) IV.Bµi tËp bæ sung  X¸c ®Þnh vÞ trÝ cña vËt vµ ¶nh- tÝnh chÊt cña vËt,¶nh . X¸c ®Þnh c¸c yÕu tè cña thÊu kÝnh b»ng phÐp vÏ.
3. 4.1. Cho h×nh vÏ 4.1. ®­êng th¼ng xy lµ trôc chÝnh, o lµ quang t©m,Flµ tiªu ®iÓm cña thÊu kÝnh.NÕu ®Æt vËt t¹i A th× ¶nh cao 3cm, nÕu ®Æt vËt t¹i B th× ¶nh cao 1,5 cm. Hái khi ®Æt vËt t¹i trung ®iÓm I cña AB th× ¶nh cao bao nhiªu? 4.2. Hai vËt ph¼ng nhá A1B1 vµ A2B2 gièng nhau, ®Æt c¸ch nhau 45cm, cïng vu«ng gãc víi trôc chÝnh cña mét thÊu kÝnh héi tô( h4.2). Hai ¶nh cña hai vËt ë cïng mét vÞ trÝ, ¶nh cña A1B1 lµ ¶nh thËt, ¶nh cña A2B2 lµ ¶nh ¶o. H·y: a. VÏ hai ¶nh cña hai vËt ®ã trªn cïng mÆt ph¼ng h×nh vÏ. b. X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tõ A1B1 ®Õn quang t©m cña thÊu kÝnh. c. T×m kho¶ng c¸ch tõ F ®Õn 0? 4.3. xem c©u 3 ®Ò thi tuyÓn sinh vµo tr­êng lam s¬n.(2004-2005) 4.4. Xem bµi 4( ®Ò thi HSG b¶ngB n¨m 1996-1997). 4.5. ë h×nh vÏ bªn, S lµ ®iÓm s¸ng; S/ lµ ¶nh, F lµ tiªu ®iÓm vËt cña thÊu kÝnh. a.B»ng phÐp vÏ h×nh häc, H·y x¸c ®Þnh vÞ trÝ quang t©m cña thÊu kÝnh. b. kiÓm tra b»ng tÝnh to¸n: biÕt S S'=L=45cm, SF=l =5cm. 4.6.®Ò tuyÓn sinh líp 10 chuyªn lÝ KHTN 2002-2003 VËt lµ mét ®o¹n th¼ng s¸ng AB ®­îc ®Æt vu«ng gãc víi trôc chÝnh cña mét thÊu kÝnh héi tô (A trôc chÝnh), cho ¶nh thËt A1B1 cao 1,2cm. Kho¶ng c¸ch tõ tiªu ®iÓm ®Õn quang t©m cña thÊu kÝnh lµ f=20cm. DÞch chuyÓn vËt ®i mét kho¶ng 15cm däc theo trôc chÝnh th× thu ®­îc ¶nh ¶o A2B2 cao 2,4 cm. a. X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tõ vËt ®Õn thÊu kÝnh khi dÞch chuyÓn. b. T×m ®é cao cña vËt. 4.7 xemc©u 4 ®Ò thituyÓn sinh vao líp 10 §HKHTN( n¨m 2004) 4.8. xem c©u 4 ®Ò thi tuyÓn sinh §HKHTN( 2003-2004)  Quü tÝch 4.6.Cho ®iÓm s¸ng S, vµ thÊu kÝnh héi tô (h×nh 4.3). a. H·y vÏ ¶nh cña S t¹o bëi thÊu kÝnh. b. ¶nh cña ®iÓm S di chuyÓn nh­ thÕ nµo khi : 1. S di chuyÓn trªn ®­êng th¼ng ®i qua S vµ song song víi trôc chÝnh. 2. S di chuyÓn trªn ®­êng th¼ng vu«ng gãc víi trôc chÝnh 3. S di chuyÓn trªn ®­êng th¼ng ®i qua F vµ S. 4. S di chuyÓn trªn ®­êng th¼ng ®i qua S vµ 0. 5. ThÊu kÝnh di chuyÓn theo ph­¬ng vu«ng gãc víi trôc chÝnh 6. ThÊu kÝnh di chuyÓn däc theo ph­¬ng trôc chÝnh. 7. ThÊu kÝnh quay quanh trôc ®i qua 0 vµ vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng h×nh vÏ. 4.7. Cho vËt s¸ng AB (h-4.4) vµ thÊu kÝnh héi tô. ¶nh cña vËt AB sÏ di chuyÓn nh­ thÕ nµo, tÝnh chÊt ¶nh cña vËt sÏ ra sao khi: a. AB di chuyÓn trªn ®­êng th¼ng a
4. b. ThÊu kÝnh di chuyÓn trªn ®­êng th¼ng  X¸c ®Þnh vÞ trÝ cña vËt vµ ¶nh- tÝnh chÊt cña vËt,¶nh tÝnh chÊt thÊu kÝnh b»ng c«ng thøc. 5.1. A'B' lµ ¶nh cña vËt thËt AB qua mét thÊu kÝnh héi tô 0( A xy; AB xy). Gäi d ', d ' ' ' lµ kho¶ng c¸ch t­¬ng øng tõ ¶nh vµ vËt ®Õn thÊu kÝnh. Chøng minh K=A B =d vµ AB d 1 1 1 . f d d ' 5.2 VËt ¶o AB =5cm, ®Æt vu«ng gãc víi trôc chÝnh cña mét thÊu kÝnh héi tô tiªu cù f=20cm, ë sau thÊu kÝnh, c¸ch thÊu kÝnh 20cm. X¸c ®Þnh vÞ trÝ, tÝnh chÊt, ®é cao cña ¶nh vµ vÏ ¶nh. 5.3 VËt s¸ng ®Æt song song víi mét mµn ¶nh vµ c¸ch mµn 90cm. Ng­êi ta dïng TK ®Ó thu ¶nh thËt cña vËt trªn mµn, trôc chÝnh cña thÊu kÝnh vu«ng gãc víi mµn. Ng­êi ta t×m thÊy 2 vÞ thÝ cña thÊu kÝnh cho ¶nh râ nÐt trªn mµn c¸ch nhau mét kho¶ng O1O2 =30cm. a. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Æt thÊu kÝnh vµ tiªu cù cña thÊu kÝnh. b. So s¸nh ®é lín cña ¶nh thu ®­îc øng víi 2 vÞ trÝ trªn cña thÊu kÝnh (114/S1218) 5.4. Mét vËt s¸ng ®Æt tr­íc mét hÊu kÝnh héi tô cho mét ¶nh râ nÐt cã ®é cao h 1 trªn mµn ¶nh sau thÊu kÝnh. NÕu gi÷ vËt vµ mµn ¶nh cè ®Þnh , di chuyÓn thÊu kÝnh ®Õn gÇn mµn ¶nh th× l¹i thu ®­îc mét ¶nh thø hai râ nÐt cã ®é cao h 2.h·y tÝnh ®é cao h cña vËt.(115/S1218) ra kh«ng khÝ 15.5.Trong mét c¸i phßng cã th¾p mét ngän ®Ìn ®iÖn, cã hai thÊu kÝnh héi tô ®­êng kÝnh nh­ nhau. Kh«ng dïng thªmdông cô nµo kh¸c , lµm thÕ nµo biÕt ®­îc thÊu kÝnh nµo quang lùc( nghÞch ®¶o cña tiªu cù lín h¬n). 15.6.Cã hai thÊu kÝnh ®­êng kÝnh nh­ nhau, mét kÝnh héi tô ,mét kÝnh ph©n kú. Lµm thÓ nµo biÕt ®­îc kÝnh nµo cã quang lùc lín h¬n mµ kh«ng dïng c¸c dông cô ®o. 15.7*. Nªu ph­¬ng ¸n x¸c ®Þnh tiªu cù cña mét thÊu kÝnh héi tô (thùc hiÖn trong phßng thÝ nghiÖm) víi dông cô nh­ sau:mét ngän nÕn (®ang ch¸y), mét th­íc th¼ng ( cã thang ®o), mét tÊm b×a (mµn ch¾n s¸ng) Bài 2:(2,5 điểm) Có 2 vật giống nhau AB và CD đặt song song thấu kính phân kỳ O (F, F/ là các tiêu điểm) đặt trong khoảng giữa và song song với 2 vật sao cho trục chính qua A, C (xem hình) a) Vẽ ảnh của 2 vật AB, CD qua thấu kính.Hỏi có vị trí nào của thấu kính để ảnh của 2 vật trùng nhau không?Giải thích? b) Biết khoảng cách giữa 2 vật là 100cm, dịch chuyển thấu kính dọc theo AC thì thấy có 2 vị trí thấu kính cách nhau 60cm mà ứng với mỗi vị trí ấy, 2 ảnh của 2 vật cùng cách nhau 26cm Xác định tiêu cự của thấu kính .§s: f = 20cm Câu4 (2,0điểm): Thấu kính hội tụ có các tiêu điểm F và F ’. Đặt một vật phẳng nhỏ AB vuông góc với trục chính của thấu kính sao cho điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm thấu kính một khoảng OA= a, qua thấu kính cho ảnh của AB cao gấp ba lần AB. a) Dùng cách vẽ đường đi của các tia sáng qua thấu kính, hãy xác định những vị trí có thể đặt vật AB để thỏa mãn điều kiện của bài toán, từ đó hãy dựng vật và dựng ảnh tương ứng với nó. b) Bằng các phép tính hình học, hãy tính khoảng cách a; cho biết tiêu cự của thấu kính f = 12cm.
5. a) Đặt vật sáng nhỏ AB ở phía trên và vuông góc với trục chính xy của thấu kính hội tụ L, Tiêu cự f (A xy).Qua thấu kính, người ta thấy vật AB cho ảnh ngược chiều, cao gấp 2 lần vật. Giữ nguyên vị trí của thấu kính L, dịch chuyển vật sáng AB dọc theo xy lại gần thấu kính một đoạn 10cm (vẫn có AB xy và A xy) thì ảnh của vật AB lúc này vẫn cao gấp 2 lần vật.Hỏi ảnh của AB trong mỗi trường hợp là ảnh gì?Tìm giá trị tiêu cự f của L.Vẽ hình minh hoạ. b) Thấu kính hội tụ tiêu cự f được cắt ngang (qua quang tâm) thành 2 nửa thấu kính L1 và L2 bằng nhau.Phần bị cắt của L2 được thay bằng gương phẳng M.L1 và L2 + gương M được lắp thành hệ quang như hình vẽ, trong đó : +L1 và L2 + gương M và vật sáng nhỏ AB được đặt vuông góc với xy (O1A = 3f) +O1 , O2 trùng với quang tâm, xy trùng với trục L1 M chính của L1, L2 B +Khoảng cách O1O2 = 2f và mặt phản xạ của gương M hướng về L1.Vẽ ảnh của vật AB qua hệ f f quang.Cho biết sơ đồ tạo ảnh và số lượng ảnh của x A F O1 F O2 y AB qua hệ (Hai câu a) và b) độc lập với nhau L2 Cho nguån s¸ng ®iÓm S; mét thÊu kÝnh héi tô vµnh ngoµi h×nh trßn cã b¸n kÝnh r; hai mµn ch¾n Ml vµ M2 ®Æt song song vµ c¸ch nhau 30cm. Trªn Ml khoÐt mét lç trßn t©m O cã b¸n kÝnh ®óng b»ng r. §Æt S trªn trôc xx' vu«ng gãc víi hai mµn ®i qua t©m O (h×nh 4). §iÒu chØnh SO = 15cm, trªn M2 thu ®­îc vÖt s¸ng h×nh trßn. vÖt s¸ng nµy cã kÝch th­íc kh«ng ®æi khi ®Æt thÊu kÝnh ®· cho võa khíp vµo lç trßn cña Ml. a. T×m kho¶ng c¸ch tõ t©m O tíi tiªu ®iÓm F cña thÊu kÝnh. b. Gi÷ cè ®Þnh S vµ M2' DÞch chuyÓn thÊu kÝnh trªn xx' ®Õn khi thu ®­îc mét ®iÓm s¸ng trªn M2. T×m vÞ trÝ ®Æt thÊu kÝnh. Bài 4: ( 1,25 điểm) Một vật sáng AB đặt tại một vị trí trước một thấu kính hội tụ, sao cho AB vuông góc với trục chính của thấu kính và A nằm trên trục chính, ta thu được một ảnh thật lớn gấp 2 lần vật. Sau đó, giữ nguyên vị trí vật AB và dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều ra xa vật một đoạn 15cm, thì thấy ảnh của nó cũng dịch chuyển đi một đoạn 15cm so với vị trí ảnh ban đầu. Tính tiêu cự f của thấu kính (không sử dụng trực tiếp công thức của thấu kính). Bài 4: (5điểm) Một vật sáng AB cách màn một khoảng L, khoảng giữa vật và màn đặt một thấu kính hội tụ có tiêu cự f và quang tâm O. Biết AB và màn vuông góc với trục chính của thấu kính, A nằm trên trục chính của thấu kính với OA > f, ảnh A’B’hiện rõ trên màn. 1 1 1 a. Chứng minh : với d = OA, d’ = OA’. f d d ' b. Tìm điều kiện để có được ảnh rõ nét trên màn. c. Đặt l là khoảng cách giữa hai vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn. Hãy chứng L2 l 2 minh công thức f = . 4L
6. Bài 4: (4 điểm) Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 10cm. Vật sáng có dạng là một hình thang cân ABCD, cạnh AB = 8cm, cạnh CD = 4cm, A góc α = 45 0. Trục chính xy của thấu kính nằm trên mặt phẳng α D (ABCD) và vuông góc với AB (hình H3). Biết rằng ảnh của vật O x y qua thấu kính là ảnh thật có dạng là một hình chữ nhật. C 1. Xác định các khoảng cách từ AB và CD đến thấu kính. B 2. Tính chiều dài các cạnh của ảnh. Hình H3 Bài 3 (2 điểm) Vật AB có dạng một đoạn thẳng đặt trước (L1) Hình H4 và vuông góc với trục chính xy của một thấu kính hội tụ L1 ( xem hình 3).Qua thấu kính B L1, vật AB cho ảnh thật A1B1 cách vật 90 cm x y và cao gấp đôi vật. A O1 1/ Tìm tiêu cự f1 của thấu kính L1. 2/ Bây giờ đặt thêm một thấu kính hội tụ L2 có tiêu cự f2 = 10 cm sau thấu kính hội tụ L1 và cách thấu kính L1 một đoạn a. Hai thấu kính có cùng ( Hình 3 ) trục xy. Tìm a để ảnh cuối cùng A’B’ của một vật AB cho bởi hệ hai thấu kính là ảnh thật và cao bằng vật AB. Bµi 3: ( 2 ® ) VËt s¸ng AB ®Æt cè ®Þnh qua thÊu kÝnh cho ¶nh thËt cao gÊp 2 lÇn vËt, dÞch 1 thÊu kÝnh ra xa mét ®o¹n 12 cm th× cho ¶nh thËt cao b»ng vËt 2 a/ TÝnh tiªu cù cña thÊu kÝnh. b/ Chøng tá cã mét vÞ trÝ ®Æt mµn mµ thu ®­îc hai ¶nh ®ã. X¸c ®Þnh vÞ trÝ cña mµn Câu 2: Đặt một vật AB có độ cao h vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ tiêu cự f, A trên trục chính và cách thấu kính một khoảng bằng hai lần tiêu cự. 1. Vẽ và nêu cách dựng ảnh A’B’ của AB cho bởi thấu kính. Xác định độ cao của ảnh theo h và khoảng cách giữa vật và ảnh theo f. B’ 2. Di chuyển vật AB đến vị trí khác sao cho ảnh A’B’ là ảnh ảo nằm tại tiêu điểm F (hình 1). Vẽ và nêu O ’ cách dựng vật AB. Tính độ cao h của vật và A’ F F khoảng cách từ vật đến thấu kính. Biết A’B’ có độ cao h’ = 2cm và f = 12cm. Hình 1