Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

Nội dung Hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 11 Bài 30 dưới đây sẽ giúp các em học sinh nắm vững phương pháp giải bài tập hệ thấu kính. Mời các em cùng theo dõi.

Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

1. Giải bài 1 trang 195 SGK Vật lý 11

Một học sinh bố trí thí nghiệm theo sơ đồ hình 30.5. Thấu kính phân kỳ L1 có tiêu cự là f1 = -10cm Khoảng cách từ ảnh S’1 tạo bởi L1 đến màn có giá trị nào?

A. 60cm

B. 80cm

C. Một giá trị khác A,B

D. Không xác định được, vì không có vật nên L1 không tạo được ảnh.

Phương pháp giải

- Chùm tia tới là chùm song song

⇒ d = ∞ ⇒ d' = f1 = -10cm < 0

- Áp dụng công thức:

S1H = S1O + OH = |d'| + l để tính khoảng cách từ ảnh đến màn

Hướng dẫn giải

- Chùm tia tới là chùm song song:

⇒ d = ∞ ⇒ d' = f1 = -10cm < 0

- S’1 là ảnh ảo nằm tại tiêu điểm ảnh F’, trước thấu kính và cách thấu kính 10cm

- Khoảng cách từ ảnh S’1 tạo bởi L1 đến màn:

S1H = S1O + OH = |d'| + l = 10 + 70 = 80cm

- Chọn đáp án B.

2. Giải bài 2 trang 195 SGK Vật lý 11

Tiếp theo các giả thiết cho ở bài tập 1.

Đặt giữa L1 và H một thấu kính hội tụ L2. Khi xê dịch L2 học sinh này nhận thấy chỉ có một vị trí duy nhất của L2 tạo được điểm sáng tại H. Tiêu cự của (L2) là bao nhiêu?

A. 10cm

B. 15cm

C. 20cm

D. Một giá trị khác A,B,C.

Phương pháp giải

- Dựa vào sơ đồ tạo ảnh, ta có:

+  d1 = ∞ ⇒ d'1 = f1 = -10 cm

+ d'2 = d2 = 40 cm

- Áp dụng công thức:

\(f = \frac{{{d_2}.d{'_2}}}{{{d_{}} + d{'_2}}}\) để tính tiêu cự của L2

Hướng dẫn giải

- Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

- Trong đó: d1 = ∞

⇒ d'1 = f1 = -10 cm

⇒ d2 + d'2 = 70 – (-10) = 80 cm

- Điều kiện để chỉ có một vị trí duy nhất của (O2) tạo được điểm sáng tại H là:

d'2 = d2 và d2 + d'2 = S1H = 80 cm

- Khoảng cách d'2 là:

d'2 = d2 = 40 cm

- Tiêu cự của L2 là:

 \(f = \frac{{{d_2}.d{'_2}}}{{{d_{}} + d{'_2}}} = 20cm\)

- Chọn đáp án C.

3. Giải bài 3 trang 195 SGK Vật lý 11

Hai thấu kính, một hội tụ (f=20 cm), một phân kỳ (f= -10cm), có cùng trục chính. Khoảng cách hai quang tâm là l = 30cm. Vật AB vuông góc với trục chính được đặt bên trái (L1 )và cách (L1 ) một đoạn d1.

a) Cho d1 = 20cm, hãy xác định vị trí và tính số phóng đại ảnh cuối cùng cho bởi hệ hai thấu kính. Vẽ ảnh.

b) Tìm d1 để ảnh sau cùng là ảnh ảo và bằng hai lần vật.

Phương pháp giải

- Áp dụng các quy tắc vẽ đường truyền của tia sáng để vẽ ảnh:

+ Tia đi qua quang tâm O thì truyền thẳng

+ Tia tới đi qua tiêu điểm F của thấu kính thì tia ló song song với trục ∆

+ Tia tới song song với trục ∆ thì tia ló đi qua tiêu điểm F’

- Áp dụng công thức:

k = A’B’/AB = d'1d'2/d1d2 để tính độ phóng đại

- Áp dụng công thức:

\(d{'_1} = \frac{{{d_1}.{f_1}}}{{{d_1} - {f_1}}}\) để tính d’1

- Giải phương trình và nhận nghiệm d1 = 35cm

Hướng dẫn giải

a) Vẽ ảnh:

- Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

- Ta có: d1 = 20cm; f1 = 20cm; l = 30cm 

- Khoảng cách d’1 là:

 \(d{'_1} = \frac{{{f_1}.{d_1}}}{{{d_1} - {f_1}}} = \infty \)

- Khoảng cách d’2 là:

d2 = l - d'1 = -∞ ⇒ d'2 = f2 = -10cm

- Độ phóng đại là: 

\(k = \frac{{{d'_1}.{d'_2}}}{{{d_1}.{d_2}}} = \frac{{d{'_2}}}{{{d_1}}}.\frac{{d{'_1}}}{{l - d{'_1}}} = \frac{{d{'_2}}}{{{d_1}}}.\frac{1}{{\frac{l}{{d{'_1}}} - 1}} = 0,5\)

b) Ảnh A’2B’2 là ảnh ảo và bằng hai lần vật:

- Độ phóng đại là:

 \(k = \frac{{A{'_2}B{'_2}}}{{AB}} = \frac{{A{'_2}{O_2}}}{{A{O_1}}} = \frac{{\left| {{d_2}} \right|}}{{{d_1}}} = \frac{{\left| { - 10} \right|}}{{20}} = \frac{1}{2}\)

- Khoảng cách d’1 là:

 \(d{'_1} = \frac{{{d_1}.{f_1}}}{{{d_1} - {f_1}}} = 20.\frac{{{d_1}}}{{{d_1} - 20}}\)

- Khoảng cách d2 là: 

\(\begin{array}{l} {d_2} = 1 - {d_1}\\ \Rightarrow {d_2} = 30 = 20.\frac{{{d_1}}}{{{d_1} - 20}} = \frac{{10({d_1} - 60)}}{{{d_1} - 20}} \end{array}\)

- Ta có:

 \(\frac{{5.(60 - {d_1})}}{{{d_1} - 40}} < 0 \Rightarrow {d_1} < 40cm;{d_1} > 60cm\)

- Giải phương trình ta được:

+ d1 = 35cm (thỏa mãn)

+ d1 = 45 cm (không thỏa mãn)

4. Giải bài 4 trang 195 SGK Vật lý 11

Một hệ bao gồm hai thấu kính (L1 )và (L2) đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của (L1) trùng với tiểu điểm chính của (L2). Chiếu một chùm tia sáng song song tới (L1) theo bất kì.

a) Chứng minh chùm tia ló ra khỏi (L2) cũng là chùm tia ló song song.

b) Vẽ đường đi của chùm tia sáng ứng với các trườn hợp:

- (L1) và (L2) đều là thấu kính hội tụ.

- (L1) là thấu kính hội tụ; (L2) là thấu kính phân kì.

- (L1) là thấu kính phân kì; (L2) là thấu kính hội tụ.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức:

l = O1O2 = f1 + f    

- d'2 = ∞ ⇒ chùm tia ló ra khỏi (L2) là song song

- Áp dụng các quy tắc vẽ đường truyền của tia sáng để vẽ ảnh:

+ Tia đi qua quang tâm O thì truyền thẳng

+ Tia tới đi qua tiêu điểm F của thấu kính thì tia ló song song với trục ∆

+ Tia tới song song với trục ∆ thì tia ló đi qua tiêu điểm F’

Hướng dẫn giải

a) Chứng minh:

Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

- Hệ gồm hai thấu kính L1 và L2 đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của (L1) trùng với tiêu điểm vật chính của L2

⇒ l = O1O2 = f1 + f2

- Chùm tia sáng tới song song:

d1 = ∞ ⇒ d'1 = f1

- Khoảng cách d2 là:

  d2 = l - d'1 = f2 ⇒ d'2 = ∞

⇒ chùm tia ló ra khỏi (L2) là chùm tia song song.

b) Vẽ đường đi của chùm tia sáng ứng với các trường hợp:

- (L1) và (L2) đều là thấu kính hội tụ: 

- L1 là thấu kính hội tụ; L2 là thấu kính phân kì:

- L1 là thấu kính phân kì; L2 là thấu kính hội tụ:

5. Giải bài 5 trang 195 SGK Vật lý 11

Một thấu kính mỏng phẳng – lồi L1 có tiêu cự f= 60 cm được ghép sát đồng trục với một thâu kính mỏng phẳng – lồi khác L2 có tiêu cự f2 = 30 cm. Mặt phẳng có hai thấu kính sát nhau.

Thấu kính (L1) có đường kình rìa gấp đôi đường kính rìa của thấu kính (L2 ). Một điểm sáng S nằm trên trục chính của hệ, trước( L1)

a) Chứng tỏ có hai ảnh của S được tạo bởi hệ.

b) Tìm điều kiện về vị trí của S để hai ảnh đều thật và hai ảnh đều ảo.

Phương pháp giải

a) Chứng minh

- Áp dụng các công thức:

+  \(\frac{1}{{{d_1}}} + \frac{1}{{d{'_1}}} = \frac{1}{{{f_1}}}\)

\(\frac{1}{{{d_1}}} + \frac{1}{{d{'_2}}} = \frac{1}{{{f_{12}}}}\)

+ D12 = D1 + D2

+ Suy ra f1 ≠ f12 

⇒ Hai hình ảnh S’1 và S’2 không trùng nhau

⇒ Luôn tồn tại hai ảnh.

b) Tìm điều kiện

- Điều kiện để hai ảnh S’1 và S’2 đều thật:

d1 > f1 

- Điều kiện để hai ảnh S’1 và S’2 đều ảo:

d1 > f12 

Hướng dẫn giải

a) Chứng minh

- Khi chùm tia sáng từ S tới các điểm tới từ miền vành ngoài của thấu kính L2 trở ra

⇒ Chỉ đi qua thấu kính L1 và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S1

- Chùm tia sáng từ S tới các điểm tới trong trong khoảng từ tâm thấu kính tới miền vành của thấu kính L2 

⇒ Đi qua cả hai thấu kính L1 và L2 và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S’2

- Như vậy sẽ có hai ảnh đồng thời được tạo thành như hình vẽ:

+ Sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính L1:

+ Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

- Trong đó:

\(\frac{1}{{{d_1}}} + \frac{1}{{d{'_1}}} = \frac{1}{{{f_1}}}\)

\(\frac{1}{{{d_1}}} + \frac{1}{{d{'_2}}} = \frac{1}{{{f_{12}}}}\)

+ D12 = D1 + D2

- Vì f1 ≠ f12 ⇒ d'1 ≠ d'2 

⇒ Hai hình ảnh S’1 và S’2 không trùng nhau

⇒ Luôn tồn tại hai ảnh.

b) Tìm điều kiện

Vì f1 > f12 nên:

- Điều kiện để hai ảnh S’1 và S’2 đều thật là:

d1 > f1 = 60cm

- Điều kiện để hai ảnh S’1 và S’2 đều ảo:

d1 > f12 = 20cm

Ngày:03/10/2020 Chia sẻ bởi:An

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM