Thấu kính phân kỳ, Cách dựng ảnh của thấu kính phân kỳ và Bài tập vận dụng - Vật lý 9 bài 45

Để giải đáp thắc mắc trên, bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu về ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kỳ, cách dựng ảnh của 1 vật khi qua thấu kính phân kỳ như thế nào? Qua đó giải một số câu hỏi bài tập vận dụng thấu kính phân kỳ.

I. Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kỳ

- Vật sáng đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

- Vật đặt rất xa thấu kính, ảnh ảo của vật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

- Vật đặt vuông góc với trục chính của thấu kính cho ảnh của vật cũng vuông góc với trục chính của của thấu kính.

* Câu C1 trang 122 SGK Vật Lý 9: Hãy làm thí nghiệm để chứng tỏ rằng không thể hứng được ảnh của vật trên màn với mọi vị trí của vật.

° Lời giải Câu C1 trang 122 SGK Vật Lý 9:

- Đặt vật ở một vị trí bất kì trước thấu kính phân kì.

- Đặt màn hứng ở trước thấu kính, từ từ đưa màn ra xa thấu kính và quan sát xem có ảnh trên màn hay không.

- Thay đổi vị trí của vật và cũng làm tương tự như trên, ta vẫn được kết quả là không có vị trí nào của vật để thu được ảnh trên màn quan sát.

* Câu C2 trang 122 SGK Vật Lý 9: Làm thế nào để quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì? Ảnh đó là ảnh thật hay ảnh ảo? Cùng chiều hay ngược chiều với vật?

° Lời giải Câu C2 trang 122 SGK Vật Lý 9:

- Muốn quan sát được ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì, ta đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló.

- Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì là ảnh ảo, cùng chiều với vật và nhỏ hơn vật

II. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính phân kỳ

1. Cách dứng ảnh của 1 điểm sáng S qua thấu kính phân kỳ

- Từ S ta dựng hai tia (chọn 2 trong 3 tia đặc biệt) đến thấu kính, sau đó vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính.

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

2. Cách dựng ảnh của 1 vật AB qua thấu kính phân kỳ

- Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (AB vuông góc với thấu kính, A nằm trên trục chính), ta chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính ta có ảnh A’ của A.

* Câu C3 trang 122 SGK Vật Lý 9: Dựa vào kiến thức đã học ở bài trước, hãy nêu cách dựng ảnh của vật AB qua thấu kính phân kì, biết AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính.

° Lời giải Câu C3 trang 122 SGK Vật Lý 9:

- Muốn dựng ảnh của một vật AB qua thấu kính phân kì khi AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, ta làm như sau:

- Dùng hai trong ba tia sáng đã học để dựng ảnh B’ của điểm B.

+ Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló có đường kéo dài 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 ảo của AB tạo bởi thấu kính phân kỳ.

* Câu C4 trang 122 SGK Vật Lý 9: Trên hình 45.2 cho biết vật AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự f = 12cm. Điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm O một khoảng OA = 24cm.

+ Hãy dưng ảnh A'B' của vật AB tạo bởi thấu kính đã cho

+ Dựa vào hình vẽ, hãy lập luận để chứng tỏ rằng ảnh này luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

° Lời giải Câu C4 trang 122 SGK Vật Lý 9:

◊ Muốn dựng ảnh của một vật AB qua thấu kính phân kì khi AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, ta làm như sau:

◊ Dùng hai trong ba tia sáng đặc biệt đã học để dựng ảnh B’ của điểm B.

+ Tia BI đi song song với trục chính nên cho tia ló có đường kéo dài 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 ảo của AB tạo bởi thấu kính phân kỳ (hình dưới).

◊ Ta dựa vào tia đi song song trục chính và tia đi qua quang tâm để dựng ảnh A'B' của AB. Khi tịnh tiến AB luôn vuông góc với trục chính thì tại mọi vị trí, tia BI luôn không đổi, cho tia ló IK cũng không đổi.

- Do đó tia BO luôn cắt tia IK kéo dài tại B' nằm trong đoạn FI → Hình chiếu A’ của B’ lên trục chính nằm trong đoạn OF. Chính vì vậy, ảnh A'B' luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

III. Độ lớn của ảnh tạo bởi thấu kính

- Ảnh ảo tạo bởi thấu kính hội tụ: Ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật

- Ảnh ảo tạo bởi thấu kính phân kì: Ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật

* Câu C5 trang 123 SGK Vật Lý 9: Đặt vật AB trước một thấu kính có tiêu cự f = 12cm. Vật AB cách thấu kính 1 khoảng d = 8cm, A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A'B' của AB. Dựa vào hình vẽ để nêu nhận xét về độ lớn của ảnh so với vật trong 2 trường hợp:

- Thấu kính là hội tụ.

- Thấu kính là phân kì.

° Lời giải Câu C5 trang 122 SGK Vật Lý 9:

◊ Đặt vật AB trong khoảng tiêu cự thì:

- Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính hội tụ lớn hơn vật

- Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính phân kì nhỏ hơn vật

IV. Bài tập vận dụng thấu kính phân kỳ

* Câu C6 trang 123 SGK Vật Lý 9: Từ bài toán trên, hãy cho biết ảnh ảo của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì có đặc điểm gì giống nhau, khác nhau. Từ đó hãy nêu cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính là hội tụ hay phân kì.

° Lời giải Câu C6 trang 122 SGK Vật Lý 9:

◊ So sánh ảnh ảo của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì:

- Giống nhau: Cùng chiều với vật.

- Khác nhau:

+ Đối với thấu kính hội tụ thì ảnh lớn hơn vật và ở xa thấu kính hơn vật.

+ Đốì với thâu kính phân kì thì ảnh nhỏ hơn vật và ở gần thấu kính hơn vật.

◊ Cách nhận biết nhanh chóng một thấu kính hội tụ hay phân kì:

- Đưa thấu kính lại gần dòng chữ trên trang sách. Nếu nhìn qua thấu kính thấy hình ảnh dòng chữ cùng chiều, to hơn so với khi nhìn trực tiếp thì đó là thấu kính hội tụ. Ngược lại, nếu nhìn thấy hình ảnh dòng chữ cùng chiều, nhỏ hơn so với nhìn trực tiếp thì đó là thẩu kính phân kì.

* Câu C7 trang 123 SGK Vật Lý 9: Vận dụng kiến thức hình học, tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh trong hai trường hợp ở C5 khi vật có chiều cao h = 6mm.

° Lời giải Câu C7 trang 122 SGK Vật Lý 9:

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

◊ Thấu kính là hội tụ.

- Theo hình trên, xét cặp tam giác đồng dạng ΔA’B’F’ và ΔOIF’; ΔOAB và ΔOA’B’, ta có:

  (*)

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

 (2)

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

- Đây chính là công thức tính tiêu cự 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:

◊ Thấu kính là phân kỳ.

- Xét hình trên, với hai cặp tam giác đồng dạng là ΔA’B’F và ΔOIF; ΔOAB và ΔOA’B’, ta có:

 (**)

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

 (2)

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

- Đây chính là công thức tính tiêu cự của thấu kính phân kỳ:

- Thay d = 8cm, f = 12cm ta có: OA’ = d’ = 4,8cm và thay vào(**) ta được:

* Câu C8 trang 123 SGK Vật Lý 9: Hãy trả lời câu hỏi nêu ra ở phần mở bài, cụ thể câu hỏi như sau: Bạn Đông bị cận thị nặng. Nếu Đông bỏ kính ra, ta nhìn thấy mắt bạn to hơn hay nhỏ hơn khi nhìn mắt bạn lúc đang đeo kính?

° Lời giải Câu C8 trang 122 SGK Vật Lý 9:

- Bạn Đông bị cận thị nặng. Nếu Đông bỏ kính ra, ta nhìn thấy mắt bạn to hơn khi nhìn thấy mắt bạn đang đeo kính.

- Vì kính của bạn là thấu kính phân kì, khi ta nhìn mắt bạn qua thấu kính phân kì, ta đã nhìn thấy ảnh ảo của mắt, nhỏ hơn mắt khi không đeo kính.