Bài tập Vật lí Lớp 11 - Dạng bài: Dời vật hoặc thấu kính theo phương của trục chính (Có lời giải)

Nội dung text: Bài tập Vật lí Lớp 11 - Dạng bài: Dời vật hoặc thấu kính theo phương của trục chính (Có lời giải)

1. DẠNG BÀI TẬP DỜI VẬT HOẶC THẤU KÍNH THEO PHƯƠNG CỦA TRỤC CHÍNH VẬT LÍ 11 1. Phương pháp chung Thấu kính cố định: Khi thấu kính giữ cố định thì ảnh và vật luôn di chuyển cùng chiều. * Vật và ảnh dời cùng chiều 1 1 1 + Trước khi dời vật: f d d - Khi di chuyển vật hoặc ảnh thì d và d’ liên hệ với nhau bởi: d d2 d1 hoặc d d1 d2 1 1 1 + Dời vật một đoạn d thì ảnh dời một đoạn d thì: f d d d d 1 1 1 1 1 Hay f d d d 1 d1 1 d1 d d f f d k 1 1 d1 f d1 f d f f d k 2 2 d2 f d2 f STUDY TIP d f f Nếu bài toán cho độ phóng đại k1 và k2 , ta có thể giải như sau: . k1k2 d d2 f d1 f - Khi vật giữ cố định mà rời thấu kính thì khảo sát khoảng cách vật - ảnh để xác định chiều chuyển động của ảnh: L d d - Vật cố định, rời thấu kính thì ta phải tính khoảng cách từ vật đến ảnh trước và sau khi dời thấu kính để biết chiều dời của ảnh. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một vật thật AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính. Ban đầu ảnh của vật qua thấu kính là ảnh ảo và bằng nửa vật. Giữ thấu kính cố định di chuyển vật dọc trục chính 100 cm. Ảnh của vật 1 vẫn là ảnh ảo và cao bằng vật. Xác định chiều dời của vật, vị trí ban đầu của vật và tiêu cự của thấu kính? 3 A. Vật ra xa thấu kính, f 100cm, d 100cm. B. Vật lại gần thấu kính, f 100cm, d 100cm. C. Vật ra xa thấu kính, f 50cm, d 50cm. D. Vật lại gần thấu kính, f 50cm, d 50cm. Lời giải
2. Ví dụ 3: Đặt vật sáng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính. Qua thấu kính cho ảnh A1B1 cùng chiều và nhỏ hơn vật. Nếu tịnh tiến vật dọc trục chính một đoạn 30 cm thì ảnh tịnh tiến 1 cm. Biết ảnh lúc đàu bằng 1,2 lần ảnh lúc sau. Tìm tiêu cực của thấu kính? A. 25 cm.B. 30 cm.C. 15 cm. D. 10 cm. Lời giải + Thấu kính cho ảnh cùng chiều và nhỏ hơn vật nên thấu kính là TKPK + Tịnh tiến vật dọc theo trục chính đoạn 30 cm thì ảnh tịnh tiến 1 cm d2 d1 30 d f d f d1 30 f 2 1 1 d2 d1 1 d2 f d1 f d1 30 f A2 B2 A1B1 AB 1 + . k1 . A1B1 AB A2 B2 k2 k1 0 k 6 Vì ảnh trước và ảnh sau đều là thật nên 1 k2 0 k2 5 f d 6 f d 30 6 2 1 f 30 cm . f d1 5 f d1 5 Đáp án B. Ví dụ 4: Đặt vật sáng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính 30 cm. Qua thấu kính cho ảnh A1B1 thu được trên màn sau thấu kính. Nếu tịnh tiến vật dọc trục chính lại gần thấu kính một đoạn 10 cm thì phải dịch chuyển màn ra xa thấu kính để lại thu được ảnh A2 B2 . Biết ảnh lúc sau bằng 2 lần ảnh lúc đầu. a) Tìm tiêu cự của thấu kính? A. 10 cm.B. 20 cm.C. 15 cm. D. 30 cm. b) Tìm độ phóng đại ảnh lúc đầu và lúc sau? A. 0,5 và 1.B. 1 và 0,5.C. 0,25 và 0,5. D. 0,5 và 0,25. Lời giải a) + Qua thấu kính cho ảnh thu được trên màn nên ảnh là ảnh thật + Vì vật dịch lại gần 10 cm d2 30 10 20 cm A2 B2 A2 B2 AB 1 + Lại có: 2 . 2 k2 . 2 A1B1 AB A1B1 k1 k1 0 k Vì ảnh trước và ảnh sau đều là thật nên 2 2 k2 0 k1 f d f 30 1 2 f 10 cm f d2 f 20 Đáp án A.
3. + Vì thấu kính là thấu kính phân kì nên f 0 10 cm d2 d1 15 + Vì vật và ảnh dịch chuyển cùng chiều nên: d2 d1 1,5 d f d f 10 d1 15 10d d1 30 cm 2 1 1,5 1 1,5 d2 f d1 f d1 5 d1 10 d1 7,5 cm Vậy vật cách thấu kính 30cm và ảnh cách thấu kính 7,5 cm Đáp án D. Ví dụ 7: Đặt vật sáng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính một khoảng nào đó cho ảnh thật gấp 4 lần vật. Nếu tịnh tiến vật dọc trục chính lại gần thấu kính một đoạn 4cm thì ảnh thu được trên màn bằng với ảnh khi ta dịch chuyển vật từ vị trí ban đầu đến gần thấu kính 6cm. Tìm khoảng cách ban đầu của vật. A. 5 cm.B. 15 cm.C. 20 cm. D. 10 cm. Lời giải + Ảnh thật gấp 4 lần vật d 4a d d k 4 1 f 1 1 0,8a d a 1 d1 d1 + Kết hợp với giả thiết đề bài A3B3 A3B3 AB 1 Lại có: 1 . 1 k3 . 1 A2 B2 AB A2 B2 k2 k2 0 k Vì ảnh trước và ảnh sau đều là thật nên 2 1 k3 0 k3 f d 4 0,8a a 4 1 1 a 10 cm f 6 0,8a 6 Vậy khoảng cách ban đầu của vật là 10cm. Đáp án D. Ví dụ 8: Đặt vật sáng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ. Qua thấu kính cho ảnh A1B1 thu được trên màn sau thấu kính, lớn hơn vật và cao 4 cm. Giữ vật cố định, tịnh tiến thấu kính dọc trục chính 5cm về phía màn thì phải dịch chuyển màn dọc trục chính 35 cm lại thu được ảnh A2 B2 cao 2cm. Tính tiêu cự của thấu kính và chiều cao của vật? A. f 20cm; h 1cm. B. f 20cm; h 0,5cm. C. f 10cm; h 1cm. D. f 10cm; h 0,5cm. Lời giải + Ảnh lúc sau bằng nửa lúc đầu và cả 2 ảnh đều là ảnh thật k 1 f d 2 1 1 k1 2 f d2
4. + d1 20 40 60 cm d2 f + Ảnh lúc sau cao bằng vật nên k2 1 d2 d2 ' d2 f d2 2 f 40 cm d1 60 cm Vậy vật phải dịch lại gần 20 cm nữa. Ví dụ 10: Đặt một điểm sáng S trên trục chính của một thấu kính phân kỳ (tiêu cự bằng l0cm) ta thu được ảnh S . Di chuyển S một khoảng 15cm lại gần thấu kính ta thấy ảnh S di chuyển một khoảng l,5cm. Tìm vị trí của vật và ảnh lúc đầu và lúc sau khi di chuyển. d1 45 cm d2 30cm A. Lúc đầu , lúc sau . d1 9 cm d2 7,5 cm d1 45 cm d2 30cm B. Lúc đầu , lúc sau . d1 9 cm d2 7,5 cm d2 30cm d1 45 cm C. Lúc đầu , lúc sau . d2 7,5 cm d1 9 cm d2 30cm d1 45 cm D. Lúc đầu , lúc sau . d2 7,5 cm d1 9 cm Lời giải + Vì thấu kính là TKPK nên f 10 cm d2 d1 15 + Vật và ảnh dịch chuyển cùng chiều nên: d2 d1 1,5 d f d f 10 d 15 10d 2 1 1,5 1 1 1,5 0 d2 f d1 f d1 5 d1 5 d1 45 cm, d1 9 cm d2 30 cm, d2 7,5 cm Đáp án A. Ví dụ 11: Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính 36cm (A nằm trên trục chính) ta thu được ảnh A1B1 trên màn E đặt vuông góc với trục chính. Tịnh tiến AB về phía thấu kính 6cm theo phương vuông góc với trục chính thì phải dịch chuyển màn E như thế nào để thu được ảnh A2 B2 ? Cho biết A2 B2 1,6A1B1 . Tính tiêu cự của thấu kính? A. Dịch màn E ra xa 9 cm, f 20 cm. B. Dịch màn E lại gần 9 cm, f 20 cm. C. Dịch màn E ra xa 18 cm, f 10 cm. D. Dịch màn E lại gần 18 cm, f 10 cm. Lời giải
5. A. 18 cm.B. 4,5 cm.C. 2,25 cm. D. 45 cm. Lời giải 1 1 1,5 1 f 2R + Khi thấu kính ở trong không khí: f R d1 5 cm 1 1,5 1 1 + Khi thấu kính ở trong nước: 1 f 8R 4 f R 8R 3 + Vì d không đổi nên khi f tăng thì d’ cũng tăng d2 d1 25 30 cm + Vì khoảng cách thấu kính không đổi nên d1 d2 d d f d 1 5 2Rd 1 5 d1 f d 2R 4 d 2R 6 d 20R d f 8Rd d 8R d 2 30 30 2 d2 f d 8R 2R.20R 5 R 2,25 cm 20R 2R + Tiêu cự của thấu kính trong không khí f 2R 4,5 cm + Tiêu cự của thấu kính trong nước là f 8R 18 cm + Khoảng cách từ vật đến thấu kính d 20R 45 cm Đáp án D. Ví dụ 14: Một thấu kính hội tụ cho ảnh thật S của điểm sáng S đặt trên trục chính. - Khi dời S gần thấu kính 5cm thì ảnh dời 10cm. - Khi dời S ra xa thấu kính 40cm thì ảnh dời 8cm. (kể từ vị trí đầu tiên) Tính tiêu cự của thấu kính? A. 10 cm.B. 20 cm.C. 15 cm. D. 25 cm. Lời giải 1 1 1 1 1 1 1 Ta có: f d d 5 d 40 1 d1 1 d1 10 1 d1 8 1 2 1 1 1 1 1 d d 5 d d 5 1 1 d1 d1 10 1 d1 1 d1 10 Do đó: 1 1 1 1 5 1 2 d d 40 d d 40 1 d1 1 d1 8 1 1 d1 d1 8 2 d 8 d 40 1 Từ (1) và (2) 1 5 d 5 1 d1 10
6. d d f 1 1 + k1 3 d1 3d1 3d1 f 0,75d1 d1 d1 f d2 d1 3 + Vật và ảnh di chuyển cùng chiều d2 d1 18 d 3 0,75d d .0,75d 1 1 1 1 18 , sử dụng chức năng SHIFT SOLVE của máy tính cầm tay ta được: d1 3 0,75d1 d1 0,75d1 d1 24 cm f 0,75d1 18 cm Đáp án B. Ví dụ 18: Vật AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có ảnh thật A1B1 cao 2cm. Dời AB lại gần thấu kính thêm 45cm thì ảnh thật A2 B2 cao 20cm và cách A1B1 đoạn 18cm. Hãy xác định: a) Tiêu cự của thấu kính. A. 10 cm.B. 20 cm.C. 30 cm. D. 40 cm. b) Vị trí ban đầu của vật. A. 50 cm.B. 18 cm.C. 60 cm. D. 40 cm. Lời giải a) k1 0 k 20 f d + Vì cả 2 đều là ảnh thật nên 2 10 1 1 k2 0 k1 2 f d2 d2 d1 45 2 + Ảnh và vật di chuyển cùng chiều d2 d1 18 d 45 f d f 1 1 18 3 d1 45 f d1 f f d1 + Thay (2) vào (1) ta được 10 d1 f 50 4 f d1 45 f 5 f f 50 f + Thay (4) vào (3) 18 5 50 10 f 2 50 f f 2 50 f 900 0 f 2 100 f 10 cm. Đáp án A. b) d1 f 50 60cm, vậy ban đầu vật cách thấu kính 60cm. Đáp án C. Ví dụ 19: Vật cao 5cm. Thấu kính tạo ảnh cao 15cm trên màn. Giữ nguyên vị trí của thấu kính nhưng dời vật ra xa thấu kính thêm 1,5cm. Sau khi dời màn để hứng ảnh rõ của vật, ảnh có độ cao 10cm. Tính tiêu cự của thấu kính. A. 10 cm.B. 15 cm.C. 9 cm. D. 6 cm.
7. d1 f 15d1 2 d1 80 d1 80 d1 80d1 1200 0 d1 f d1 15 d1 60 cm d1 20 cm d1 20 cm d1 60 cm + Vì ảnh lớn hơn vật nên d1 d1 d1 20 cm, d1 60 cm + Để ảnh trên màn nhỏ hơn vật thì phải di chuyển thấu kính ra xa vật 1 đoạn d d2 d1 L d2 d2 80 cm d2 f 15d2 2 d2 80 d2 80 d2 80d2 1200 0 d2 f d2 15 d2 60 cm d2 20 cm d2 20 cm d2 60 cm + Vì ảnh nhỏ hơn vật nên d2 d2 d2 60 cm, d2 20 cm Vậy phải dịch chuyển thấu kính ra xa 1 đoạn d d2 d1 40 cm . Đáp án A. Ví dụ 22: A, B, C là 3 điểm thẳng hàng. Đặt vật ở A, một thấu kính ở B thì ảnh thật hiện ở C với độ phóng 1 đại k 3 . Dịch thấu kính ra xa vật đoạn l 64 cm thì ảnh của vật vẫn hiện ở C với độ phóng đại k . 1 2 3 Tính/và đoạn AC. A. f 24 cm; AC 128 cm. B. f 24 cm; AC 32 cm. C. f 12 cm; AC 128 cm. D. f 12 cm; AC 32 cm. Lời giải + Lúc đầu ảnh thật nên k 3 d1 3d1 1 + Khi dịch thấu kính ra xa khỏi A thêm 64cm thì thấu kính sẽ lại gần ảnh thêm 64 cm (A và C cố định) d2 d1 64 d2 d2 64 1 d + Vì ảnh lúc sau vẫn ở trên màn nên ảnh là ảnh thật do đó k d 2 2 3 2 3 d2 d1 64 d2 d1 64 d 2 d1 64 d 3d 3.64 3 2 1 4.64 d 3d 4.64, thay (1) vào ta được: d 32 cm d 96 cm 1 1 1 8 1
8. f 3 f f 5 f + Thay (4) vào (3) ta được: 30 3 5 5 f 2 15 f 3 f 2 15 f 30.15 0 f 15 cm Đáp án A. 1 Ví dụ 25: Vật thật qua thấu kính cho ảnh ảo bằng vật. Dời vật 100cm theo trục chính, ảnh vẫn ảo và 2 1 bằng lần vật. Tính tiêu cự của thấu kính. 3 A. 50 cm.B. 100 cm.C. 50 cm.D. 100 cm. Lời giải 1 f + Ban đầu: k1 2 f f d1 d1 f 1 2 f d1 1 f + Lúc sau: k2 3 f f d2 d2 2 f 2 3 f d2 + Dời vật xa thấu kính d2 d1 100 2 f f 100 f 100 cm Đáp án B.