Các dạng bài tập Vật lý Lớp 11

Nội dung text: Các dạng bài tập Vật lý Lớp 11

1. CÁC BÀI TOÁN DI CHUYỂN VẬT 1. Vật dịch chuyển dọc trục chính * AB = const, d, d’ thay đổi df f * d ' 1 d f 1 d * Nếu trong quá trình di vật không vượt qua F thì ảnh và vật luôn di chuyển cùng chiều (d tăng, d’giảm) và ngược lại (d ≠ f) * Các công thức: 1 1 1 * f d d ' 1 1 1 1 1 * f d d ' 2 2 *d d d; d ' d '  d ' 2 1 2 1 d ' f d ' f x d f *k f 2 x.x2 ' ' d d f f x d f * Qua TKHT: khoảng dời của vật thật ngắn hơn khoảng dời ảnh ảo. * Qua TKPK: khoảng dời của vật thật dài hơn khoảng dời của ảnh ảo. 2. Vật di chuyển theo phương vuông góc với trục chính * d, d’ = const d ' y' k const d y ' ' ' ' ' * y AA1 BB1; y A A1 B B1 * Kết hợp với các phương trình chuyển động at2 y v. t; y v t keát quaû 0 2 3.1. Một TKHT có tiêu cự 12cm. Một điểm sáng A đặt trên trục chính cho ảnh A’. Dời A gần thấu kính thêm 6cm, ảnh bị dời 2cm (không đổi tính chất). Định vị trí vật và ảnh lúc đầu. (ĐS: 36cm, 18cm) 3.2. Một TKPK có tiêu cự 10cm. Vật AB đặt vuông góc với trục chính cho ảnh A’B’. Di chuyển AB lại gần thấu kính thêm 15cm thì ảnh di chuyển 1,5cm. Định vị trí vật và ảnh lúc đầu. (ĐS: 30cm, -7,5cm) 3.3. Vật AB đặt vuông góc với trục chính của một TKHT L cho ảnh thật A’B’. Cố định L: - Nếu dời AB lại gần thấu kính thêm 5cm thì ảnh bị dời 10cm. - Nếu dời AB ra xa thấu kính 40cm thì ảnh lại gần thấu kính 8cm. Tính tiêu cự thấu kính, biết rằng trong quá trình dời vật ảnh không thay đổi tính chất. (ĐS: 10cm) 3.4. Đặt vật AB vuông góc với trục chính một thấu kính, người ta nhận thấy ảnh của nó hiện lên màn có độ phóng đại là 2. Di chuyển vật gần thấu kính 0,1m, rồi di chuyển màn, người ta thu được ảnh hiện rõ trên màn có độ phóng đại là 6. Tính f và vị trí vật lúc đầu. (ĐS: 30cm, 45cm) 3.5. Vật AB = 1cm đặt trước một TKHT cho ảnh thật A1B1 = 5cm. Di chuyển vật xa thấu kính một đoạn 3cm thì ảnh thu được là A2B2 = 2cm. Tìm tiêu cự thấu kính. Biết AB đặt vuông góc với trục chính. (ĐS: 10cm) 1
2. 3.6. Có 3 điểm A, B, C nằm trên trục chính của một thấu kính. Nếu đặt điểm sáng ở A ta thu được ảnh ỏ B; Nếu đặt điểm sáng ở B ta thu được ảnh ở C. Hãy xác định loại thấu kính, vị trí và tiêu cự thấu kính ứng với các trường hợp sau: a) AB = 2cm; BC = 6cm b) AB = 6cm; BC = 18cm c) AB = 36cm; BC = 4cm (ĐS: a) TKHT nằm trong khoảng (xA), cách A 4cm; f = 12cm; b) TKHT nằm trong khoảng (AC), cách A 3cm, f = 4,5cm; c) TKPK nằm trong (Cy), cách C 5cm, f = -11.25cm) 3.7. Qua vật kính của một máy ảnh, một vật thật đặt trước nó 20cm cho một ảnh thật lớn gấp 4 lần vật. a) Tính tiêu cự của vật kính. b) Người ta muốn chụp ảnh một vật cách vật kính 4m, đang chuyển động với vận tốc 4,5km/h theo phương vuông góc với trục chính. Tìm thời gian tối đa cho phép mở ống kính để thu được ảnh rõ. Biết ảnh xem như rõ nếu không bị dời chỗ qua 1/10 (mm). d ' y' 1 96 (ĐS: a) 15cm; b) ; y' (mm); y vt t (s) ) d y 10 50000 DẠNG 4 XÁC ĐỊNH VỆT SÁNG DO NGUỒN ĐIỂM S TẠO TRÊN MÀN ĐẶT SONG SONG VỚI THẤU KÍNH - Màn đặt tại vị trí ảnh: Ta thu được ảnh S’ hiện trên màn. - Màn đặt khác vị trí ảnh S’: Ta thu được một vệt sáng hiện trên màn, nó là phần giao của chùm tia ló đi từ mặt thấu kính đến ảnh S’ với màn. Vệt sáng này đồng dạng với mặt thấu kính. * Dùng kiến thức về tam giác đồng dạng kết hợp với công thức thấu kính. * Lưu ý: + S trùng F: chùm tia ló song song trục chính, diện tích vệt sáng trên màn bằng diện tích mặt thấu kính. + Chùm tia ló hội tụ (S’ thật) sẽ tạo được hai vệt sáng có diện tích bằng nhau hiện trên màn nếu đặt ở hai vị trí đối xứng với nhau qua S’. 4.1. Một TKHT tiêu cự 20cm, một điểm sáng S đặt trên trục chính và cách thấu kính 30cm, đường kính mặt thấu kính là 2cm. Định vị trí màn để vệt sáng trên màn có đường kính 0,5cm. (ĐS: OO’ = 45cm hoặc OO’ = 75cm) 4.2. Một thấu kính mặt lõm làm bằng thủy tinh n = 1,6 một điểm sáng S đặt trên trục chính cách thấu kính 40cm, cho ảnh S’ cách thấu kính 20cm. a) Tìm f và bán kính mặt lõm. 2
3. b) Sau thấu kính đặt một màn M vuông góc trục chính. Hỏi để nhận được một vòng sáng trên màn có diện tích gấp 9 lần diện tích mặt thấu kính thì phải đặt màn M ở đâu? Biết thấu kính có mặt tròn. (ĐS: a) f = -40cm; R = -24cm; b) OO’ = 40cm) 4.3. Một nguồn sáng điểm S đặt trước một màn chắn có lỗ tròn, nằm trên trục của lỗ và cách tâm lỗ 15cm. Sau màn chắn 30cm, đặt một màn E sao cho trên màn thu được một vệt sáng hình tròn. Đặt một thấu kính L vừa khớp vào lỗ. Tìm tính chất và tiêu cự L sao cho vệt sáng trên màn E có vị trí và kích thước như cũ. (ĐS: 5cm) a) Trước một thấu kính L người ta đặt một vật sáng AB hình mũi tên, vuông góc với trục chính và cách quang tâm 20cm. Ảnh A’B’ cho bởi L cao bằng AB. L là thấu kính gì? Tính tiêu cự f. b) Bây giờ trước L đặt một điểm sáng S ngay tại tiêu điểm F, sau thấu kính đặt một màn E trùng với tiêu diện. Hãy vẽ chùm tia sáng đi từ S qua thấu kính tới màn. Vệt sáng trên màn có dạng gì? Biết mặt thấu kính hình tròn. c) Kích thước vệt sáng trên màn thay đổi thế nào khi S chuyển động trên trục chính ra xa thấu kính (L và E đứng yên). 2 d) Lúc ban đầu S từ tiêu điểm F chuyển động trên trục chính ra xa thấu kính với gia tốc a = 4m/s , v0 = 0. Hỏi sao bao lâu diện tích vệt sáng trên màn còn bằng 1/36 diện tích ban đầu. Đáp số: a) TKHT, f = 10cm; b) Vệt sáng có dạng thấu kính c) d tăng đường kính M’N’ giảm; d ∞ M’N’ trùng F’; d) t = 1/2 (s) DẠNG 8: HEÄ THAÁU KÍNH GHEÙP XA NHAU 1. XAÙC ÑÒNH AÛNH CUOÁI CUØNG TAÏO BÔÛI HEÄ A.LÍ THUYẾT Baøi toaùn cô baûn: Cho hai thaáu kính L1 vaø L2 coù tieâu cöï laàn löôït laø f1 vaø f2 ñaët ñoàng truïc caùch nhau khoaûng L. Moät vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc truïc chính ( A ôû treân truïc chính) tröôùc thaáu kính L1 vaø caùch O1 moät khoaûng d1. Haõy xaùc ñònh aûnh cuoái cuøng A’B’ cuûa AB qua heä thaáu kính  PHÖÔNG PHAÙP GIAÛI Sô ñoà taïo aûnh: AB A1B1 A’B’ Vaät AB ñöôïc thaáu kính L1 cho aûnh A1B1 , aûnh naøy trôû thaønh vaät ñoái vôùi thaáu kính L2 ñöôïc L2 cho aûnh cuoái cuøng A’B’ CAÙC COÂNG THÖÙC:  XAÙC ÑÒNH VÒ TRÍ, TÍNH CHAÁT CUÛA AÛNH A’B’. Ñoái vôùi L1: d1= O 1 A f1d1 d1’ = O 1 A 1 = d1 f1 Ñoái vôùi L2: d2 = O 2 A 1 = L- d1’ ' f1d1 d2’ = O 2 A = d 2 f 2 Neáu d’2 > 0 => aûnh A’B’ laø aûnh thaät Neáu d’2 aûnh A’B’ laø aûnh aûo  XAÙC ÑÒNH CHIEÀU VAØ ÑOÄ CAO CUÛA AÛNH A’B’ Ñoä phoùng ñaïi cuûa aûnh qua heä thaáu kính: A' B' A B A' B' d ' d ' k = 1 1 = 1 . 2 AB AB A1 B1 d1 d 2 Neáu k> 0 => aûnh A’B’ cuøng chieàu vôùi vaät AB Neáu k aûnh A’B’ ngöôïc chieàu vôùi vaät AB. 3
4. AB k = => A’B’ =k AB AB B.BÀI TẬP Bài 1:Cho moät heä goàm hai thaáu kính hoäi tu L1 vaø L2 coù tieâu cöï laàn löôït laø f1 = 30 cm vaø f2=20 cm ñaët ñoàng truïc caùch nhau L= 60 cm . Vaät saùng AB = 3 cm ñaët vuoâng goác vôùi truïc chính ( A ôû treân truïc chính) tröôùc L1 caùch O 1 moät khoaûng d1 . Haõy xaùc ñònh vò trí, tính chaát, chieàu vaø ñoä cao cuûa aûnh cuoái cuøng A’B’ qua heä thaáu kính treân vaø veõ aûnh vôùi : a) d1 = 45 cm b) d1 = 75 cm ĐS: a.d’’=12cm; 2,4cm b. .d’’=-20cm; 4cm Bài 2:Moät vaät saùng AB cao 1 cm ñöôïc ñaët vuoâng goùc truïc chính cuûa moät heä goàm hai thaáu kính L1 vaø L2 ñoàng truïc caùch L1 moät khoaûng caùch d1= 30 cm. Thaáu kính L1 laø thaáu kính hoäi tuï coù tieâu cöï f1= 20 cm, thaáu kính L2 laø thaáu kính phaân kyø coù tieâu cöï f2= -30 cm, hai thaáu kính caùch nhau L= 40 cm. Haõy xaùc ñònh vò trí , tính chaát,chieàu vaø ñoä cao cuûa aûnh cuoái cuøng A’B’ qua heä thaáu kính treân.Veõ aûnh. ÑS: d2’ = 60 cm >0 => aûnh A’B’ laø aûnh thaät k = -6 aûnh A’B’ ngöôïc chieàu vôùi vaät AB ,A’B’= AB= 6 cm Bài 3:Moät heä ñoàng truïc goàm moät thaáu kính hoäi tuï L1 coù tieâu cöï f1= 40 cm vaø coù thaáu kính phaân kyø L2 coù tieâu cöï f2 =-20 cm daët caùch nhau L = 60 cm . Moät vaät saùng AB cao 4 cm ñaët vuoâng goùc truïc chính tröôùc thaáu kính L1 caùch L1 moät khoaûng d1 = 60 cm. Haõy xaùc ñònh vò trí , tính chaát, chieàu vaø ñoä cao cuûa aûnh cuoái cuøng A’B’ cho bôûi heä ÑS: d2’ = -30 cm aûnh A’B’ laø aûnh aûo k = 1 > 0 => aûnh A’B’ cuøng chieàu vôùi vaät AB,A’B’= AB= 4 cm Bài 4:Moät heä ñoàng truïc goàm hai thaáu kính hoäi tuï L1 vaø L2 coù tieâu cöï laàn löôït laø f1= 10 cm vaø f2= 20 cm ñaët caùch nhau moät khoaûng L= 75 cm. Vaät saùng AB cao 4 cm ñaët vuoâng goùc truïc chính ( A ôû treân truïc chính) ôû phía tröôùc L1 vaø caùch L1 moät khoaûng d1= 30 cm. Haõy xaùc ñònh vò trí , tính chaát, chieàu vaø ñoä cao cuûa aûnh cuoái cuøng A’B’ cho bôûi heä. ÑS: d2’ = 30 cm > 0 => aûnh A’B’ laø aûnh thaät 1 k = > 0 => aûnh A’B’ cuøng chieàu vôùi vaät AB,A’B’= 1 cm 4 2: XAÙC ÑÒNH VÒ TRÍ CUÛA VAÄT, ÑIEÀU KIEÄN CUÛA d1 ÑEÅ AÛNH A’B’ THOÛA MAÕN NHÖÕNG ÑAËC ÑIEÅM ÑAÕ CHO. A.LÍ THUYÊT Böôùc 1: Sô ñoà taïo aûnh (*) Böôùc 2: Söû duïng caùc coâng thöùc ñaõ neâu trong daïng 1. f1d1 d1’ = d1 f1 (L f1 )d1 f1 L d2 = L – d1’= d1 f1 f 2 d 2 f 2 [(L f1 )d1 f1 L] d2’= (1) d 2 f 2 (L f1 f 2 )d1 f1 L f1 f 2 d ' d ' f f k = 1 . 2 1 2 (2) d1 d 2 (L f1 f 2 )d1 f1 L f1 f 2 Böôùc 3 : Tuøy theo ñaëc ñieåm cuûa aûnh ñaõ cho trong baøi maø xaùc ñònh vò trí cuûa vaät (d1 ) hoaëc duøng baûng xeùt daáu d2 theo d1 B.BÀI TẬP Baøi 1: Moät heä goàm hai thaáu kính hoäi tuï O1 vaø O2 ñoàng truïc caùch nhau L =50 cm coù tieâu cöï laàn löôït laø f1=20 cm vaø f2= 10 cm. Vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc truïc chính vaø caùch O1 moät khoaûng d1. Xaùc ñònh d1 ñeå heä cho: a. AÛnh A’B’ thaät caùch O2 20 cm b.AÛnh A’B’ aûo caùch O2 10 cm Đđs: a. d1= 60 cm b.d1= 36 cm 4
5. Baøi 2: Moät heä ñoàng truïc goàm hai thaáu kính coù tieâu cöï laàn löôït laø f1= 24 cm vaø f2= -12 cm ñaët caùch nhau 48 cm. Vaät saùng AB ñaët tröôùc O1 vuoâng goùc truïc chính caùch O1 moät khoaûng d1. Xaùc ñònh d1 ñeå: a. Heä cho aûnh A’B’ cuoái cuøng laø aûnh thaät b. Heä cho aûnh A’B’ thaät cao gaáp 2 laàn vaät ABĐS: d1=44cm; Baøi 3: Moät heä ñoàng truïc goàm hai thaáu kính coù tieâu cöï laàn löôït laø f1=20 cm vaø f2 = -10 cm ñaët caùch nhau L= 10 cm. Vaät saùng AB ñaët caùch O1 vaø vuoâng goùc truïc chính caùch O1 moät khoaûng d1. Chöùng toû ñoä phoùng ñaïi cuûa aûnh cho bôûi heä khoâng phuï thuoäc vaøo d1’. k=1/2 Baøi 4: Moät heä ñoàng truïc goàm moät thaáu kính hoäi tuï coù tieâu cöï f1=30 cm vaø 1 thaáu kính phaàn kyø coù tieâu cöï f2 = -30 cm ñaët caùch nhau moät khoaûng L= 60 cm. Moät vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc truïc chính tröôùc O1 caùch O1 moät khoaûng d1. Xaùc ñònh d1 ñeå: a. Heä cho aûnh thaät, aûnh aûo, aûnh ôû voâ cöïc (45 cm aûnh aûo ; k = 2 => aûnh cuøng chieàu vaät 2. d1 = 75 cm, d2’ = 60 cm > 0 aûnh thaät Bài 7: Cho 2 thaáu kính ñoàng truïc O1, O2 ñaët caùch nhau 10 cm coù tieâu cöï laàn löôït laø f1= 10 cm vaø f2 = 40 cm. Tröôùc thaáu kính O1 ñaët moät vaät phaúng AB vuoâng goùc vôùi truïc chính caùch O1 moät khoaûng d1. 1. Khoaûng caùch töø vaät AB ñeán thaáu kính O1 phaûi thoûa maõn ñieàu kieän gì ñeå aûnh cuûa AB qua heä thaáu kính laø aûnh aûo? 2. Xaùc ñònh vò trí cuûa vaät AB tröôùc thaáu kính O1 ñeå aûnh qua heä thaáu kính laø aûnh aûo coù ñoä cao gaáp 20 laàn vaät AB. ÑS: 1. 0 ≤ d1 d2’ =-200 cm : aûnh aûo 3: XAÙC ÑÒNH KHOAÛNG CAÙCH L GIÖÕA HAI THAÁU KÍNH VAØ LOAÏI THAÁU KÍNH (TÍNH TIEÂU CÖÏ f) ÑEÅ AÛNH THOÛA NHÖÕNG ÑAËC ÑIEÅM ÑAÕ CHO. I. Phöông phaùp giaûi: Böôùc 1 : Sô ñoà taïo aûnh (*) Böôùc 2: Söû duïng caùc coâng thöùc ñaõ neâu trong daïng 1 f1d1 d1’ = d1 f1 (d1 f1 )L f1d1 d2 = L – d1’= d1 f1 f 2 d 2 f 2 [(d1 f1 )L f1d1 ] d2’= (3) d 2 f 2 d1 f1 )L ( f1 f 2 )d1 f1 f 2 d ' d ' f f k = 1 . 2 1 2 (4) d1 d 2 (d1 f1 )L ( f1 f 2 )d1 f1 f 2 5
6. Böôùc 3: Tuøy theo ñaëc ñieåm cuûa aûnh ñaõ cho trong baøi ñeå xaùc ñònh L, coù theå duøng baûng xeùt daáu. Baøi 1: Moät heä ñoàng truïc goàm moät thaáu kính hoäi tuï O1 coù tieâu cöï f1= 40 cm vaø 1 thaáu kính phaân ky øO2 coù tieâu cöï f2 = -20 cm ñaët caùch nhau moät khoaûng L.Vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc truïc chính caùch O1 moät khoaûng d1=90 cm. Xaùc ñònh khoaûng caùch L giöõa 2 thaáu kính ñeå aûnh A’B cuoái cuøng cho bôûi heä laø: 1. AÛnh thaät, aûnh aûo, aûnh ôû voâ cöïc. 2. AÛnh thaät ngöôïc chieàu vaø cao gaáp hai laàn vaät Baøi 2: Moät heä ñoàng truïc goàm moät thaáu kính hoäi tuï O1 coù tieâu cöï f1=30 cm vaø 1 thaáu kính phaân ky øO2 coù tieâu cöï f2 = -10 cm ñaët caùch nhau moät khoaûng L. Tröôùc O1 1 khoaûng d1 coù 1 vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc vôùi truïc chính. Xaùc ñònh L ñeå phoùng ñaïi cuûa aûnh khoâng phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa vaät AB so vôùi O1 Baøi 3: Cho heä thaáu kính L1, L2 cuøng truïc chính, caùch nhau 7,5 cm. Thaáu kính L2 coù tieâu cöï f2 = 15 cm. Moät vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc truïc chính tröôùc vaø caùch L1 15 cm. Xaùc ñònh giaù trò cuûa f1 ñeå: 1. Heä cho aûnh cuoái cuøng laø aûnh aûo 2. Heä cho aûnh cuoái cuøng laø aûnh aûo cuøng chieàu vôùi vaät. 3. Heä cho aûnh cuoái cuøng laø aûnh aûo cuøng chieàu vaø lôùn gaáp 4 laàn vaät. Bài 4: Moät heä ñoàng truïc goàm moät thaáu kính phaân kyø O1 coù tieâu cöï f1=-18 cm vaø 1 thaáu kính hoäi tuï O2 coù tieâu cöï f2 = 24 cm ñaët caùch nhau moät khoaûng L.Vaät saùng AB ñaët vuoâng goùc truïc chính caùch O1 18 cm. Xaùc ñònh L ñeå: 1. Heä cho aûnh thaät, aûnh aûo, aûnh ôû voâ cöïc 2. Heä cho aûnh cao gaáp 3 laàn vaät 3. Heä cho aûnh aûo truøng vò trí vaät ÑS: 1.Heä cho aûnh thaät :L>15 cm; aûnh aûo :0 ≤ L 0: aûnh thaät , k = -2,5 < 0 : aûnh ngöôïc chieàu vaät 2. Goïi Lx laø khoaûng caùch giöõa L1 vaø L2 ñeå luoân cho aûnh thaät 3. DẠNG 7. HỆ THẤU KÍNH GHÉP SÁT Bài 1. Một thấu kính mỏng phẳng lồi O1 tiêu cự f1=60cm được ghép sát với một thấu kính phẳng lồi O2 tiêu cự f2=30cm, mặt phẳng hai thấu kính sát nhau và trục chính hai thấu kính trùng nhau. Thấu kính O1 có đường kính của đương rìa lớn gấp đôi đường kính của đường rìa thấu kính O2. Điểm sáng S nằm trên trục chính của hệ trước O1. 1. CMR qua hệ hai thấu kính thu được hai ảnh của S 2. Tìm điều kiện về vị trí của S để hai ảnh đều là thật, để hai ảnh đều là ảo. 3. Bây giờ hai thấu kính vẫn ghép sát nhưng quang tâm của chúng lệch nhau 0,6cm. Điểm sáng S nằm trên trục chính TKO1 trước O1 một khoảng 90cm. Xác định vị trí của hai ảnh của S cho bởi hệ hai thấu kính này. Bài 2. Một TK mẳng, phẳng lõm làm bằng thuỷ tinh, chiết suất n=1,5 Mặt lõm có bán kính R=10cm. TK được đặt sao cho trục chính thẳng đứng là mặt lõm hướng lên trên. Một điểm sang S đặt trên trục chính ở phía trên TK và cách nó một khoảng d 1. Biết rằng ảnh S’ của S cho bởi TK nằm cách TK một khoảng12cm. Tính d 2. Giữ cố định S và TK. Đổ một lớp chất lỏng vào mặt lõm. Bây giờ ảnh cuối cùng của S nằm cách TK 20cm. Tính chiết suất n’ của chất lỏng, biết n’ <2. Bài 3: Có hai thấu kính hội tụ có cùng tiêu cự 30 cm ghép sát nhau. Xác định vị trí của vật sao cho hai ảnh của vật cho bởi thấu kính ghép có cùng độ lớn. Tính độ phóng đại của ảnh. 6