Ảnh của 1 vật tạo bởi thấu kính hội tụ, cách dựng ảnh và đặc điểm của ảnh - Vật lý 9 bài 43

Để giải đáp câu hỏi này, chúng ta cùng tìm hiểu tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ, cách dựng ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ có hình dạng ra sao? Công thức tính tiêu cự của thấu kính hội tụ viết như thế nào? và vận dụng vào bài tập qua bài viết dưới đây.

I. Đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

1. Thí nghiệm

- Bố trí thí nghiệm như hình sau:

- Cả vật và màn đều được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự khoảng 12cm.

* Câu C1 trang 116 SGK Vật Lý 9: Đặt vật ở xa thấu kính và màn ở sát thấu kính. Từ từ dịch chuyển màn ra xa thấu kính cho đến khi xuất hiện ảnh rõ nét của vật ở trên màn, do là ảnh thật. Ảnh thật cùng chiều hay ngược chiều so với vật?

° Lời giải câu C1 trang 116 SGK Vật Lý 9: 

- Ảnh thật ngược chiều so với vật.

* Câu C2 trang 116 SGK Vật Lý 9: Dịch chuyển vật vào gần thấu kính hơn. Tiến hành thí nghiệm như trên, có thu được ảnh của vật trên màn nữa không? Ảnh thật hay ảo? Ảnh cùng chiều hay ngược chiều so với vật?

° Lời giải câu C2 trang 116 SGK Vật Lý 9:

- Khi dịch chuyển vật lại gần thấu kính hơn nữa, ta không còn thu được ảnh thật ngược chiều với vật trên màn nữa, mà sẽ quan sát thấy một ảnh ảo, cùng chiều với vật và lớn hơn vật.

* Câu C3 trang 116 SGK Vật Lý 9: Hãy chứng tỏ rằng không hứng được ảnh của vật ở trên màn. Hãy quan sát ảnh của vật qua thấu kính và cho biết đó là ảnh thật hay ảo, cùng chiều hay ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn vật.

° Lời giải câu C3 trang 116 SGK Vật Lý 9: 

- Đặt vật nằm trong khoảng tiêu cự, màn ở sát thấu kính. Từ từ dịch chuyến màn ra xa thấu kính, không hứng được ảnh ở trên màn. Đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló, ta quan sát thấy ảnh cùng chiều, lớn hơn vật. Đó là ảnh ảo và không hứng được trên màn.

II. Cách dựng ảnh qua thấu kính hội tụ

1. Cách dựng ảnh của một điểm sáng S tạo bởi thấu kính hội tụ

- Từ ta dựng hai trong ba tia đặc biệt đến thấu kính sau đó vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính

- Nếu 2 tia ló cắt nhau thì giao điểm cắt nhau chính là ảnh thật S' của S, nếu đường kéo dài của hai tia ló cắt nhau thì giao điểm cắt nhau này chính là ảnh ảo S' của S qua thấu kính.

* Câu C4 trang 117 SGK Vật Lý 9: Hãy dựng ảnh S' của điếm sáng S trên hình 43.3 SGK.

° Lời giải câu C4 trang 117 SGK Vật Lý 9: 

◊ Dùng 2 trong 3 tia đặc biệt (tia đi qua tâm truyền thẳng, tia đi song song trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F' và tia đi qua tiêu điểm F cho tia ló song song trục chính) để dựng ảnh (H.43.3a)

- Tia tới SI là tia đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua tiêu điểm F’

- Tia tới SO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng

2. Cách dựng ảnh của một vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ

• 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 hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó từ B' hạ vuông góc xuống trục chính là ta có ảnh A' của A.

* Câu C5 trang 117 SGK Vật Lý 9: Vật sáng AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 12cm. Điểm A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A'B' của AB và nhận xét đặc điểm của ảnh A'B' trong hai trường hợp:

- Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 36cm (hình 43.4a SGK).

- Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8cm (hình 43.4b SGK).

° Lời giải câu C5 trang 116 SGK Vật Lý 9: 

- Dựng ảnh của vật sáng AB qua thấu kính hội tụ. Dùng hai trong ba tia sáng đã học để dựng ảnh B’ của điểm B.

◊  Vật AB cách thấu kính d = 36 cm, vật ngoài khoảng OF.

- Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua F’

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

- Hai tia ló trên giao nhau tại B’, ta thu được ảnh thật 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 của AB tạo bởi thấu kính hội tụ.

- Nhận xét: Ảnh A’B' là ảnh thật ngược chiều với vật khi vật được đặt ngoài khoảng tiêu cự (như hình trên)

◊ Vật AB cách thấu kính d = 8 cm, vật nằm trong khoảng OF.

- Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló 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 của AB tạo bởi thấu kính hội tụ.

- Nhận xét: Ảnh ảo A’B’ cùng chiều với vật và lớn hơn vật khi vật được đặt trong khoảng tiêu cự (như hình trên)

• Ta có, các trường hợp tạo ảnh của thấu kính hội tụ:

III. Bài tập vận dụng thấu kính hội tụ

* Câu C6 trang 117 SGK Vật Lý 9: Vận dụng kiến thức hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh trong hai trường hợp ở C5. Cho biết vật AB có chiều cao h = lcm.

° Lời giải câu C6 trang 116 SGK Vật Lý 9: 

◊ Ta đặt: OA = d; OA’ = d’; OF = OF’ = f

♠ Vật AB cách thấu kính d = 36 cm, vật ngoài khoảng OF.

-  Theo hình trên (hình 43.4a), ta xét hai cặp tam giác đồng dạng là ΔABO và ΔA’B’O; ΔA’B’F’ và ΔOIF’. Từ hệ thức đồng dạng được:

   (*)

- Vì AB = OI (tứ giác BIOA là hình chữ nhật) nên suy ra:

 (1)

- Chia cả 2 vế của (1) cho dd'f ta được:

- Đây chính là công thức tính tiêu cự f của thấu kính hội tụ trong trường hợp ảnh thật:

- Thay d = 36cm, f = 12cm ta tính được: OA’ = d’ = 18cm vào (*) ta được:

♠  Vật AB cách thấu kính d = 8 cm, vật nằm trong khoảng OF

- Từ hình trên (hình 43.4b SGK), xét hai cặp tam giác đồng dạng: ΔA’B’F’ và ΔOIF’; ΔOAB và ΔOA’B’, từ hệ thức đồng dạng ta có:

  (**)

- Vì AB = OI (tứ giác BIOA là hình chữ nhật) nên suy ra:

  (2)

- Chia cả hai vế của (2) cho dd'f ta được:

- Đây được gọi là công thức tính tiêu cự f của thấu kính hội tụ cho trường hợp ảnh ảo:

- Thay d = 8cm, f = 12cm ta tính được: OA’ = d’ = 24cm và thay vào (**) ta được:

* Câu C7 trang 117 SGK Vật Lý 9: Trả lời câu hỏi nêu ra ở phần đầu bài, cụ thể câu hỏi như sau: Một thấu kính hội tụ được đặt sát vào trang sách, hãy quan sát hình ảnh dòng chữ qua thấu kính. Hình ảnh dòng chữ thay đổi như thế nào khi từ từ dịch chuyển thấu kính ra xa trang sách?

° Lời giải câu C7 trang 116 SGK Vật Lý 9: 

- Dịch chuyển thấu kính hội tụ ra xa trang sách, ảnh của dòng chữ quan sát qua thấu kính cùng chiều và to hơn dòng chữ quan sát trực tiếp. Đó là ảnh ảo của dòng chữ tạo bởi thấu kính hội tụ khi dòng chữ nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

- Đến một vị trí nào đó, ảnh của dòng chữ ngược chiều với vật. Đó là ảnh thật của dòng chữ tạo bởi thấu kính hội tụ, khi dòng chữ nằm ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính, và ảnh thật đó nằm ở trước mắt.