Hình ảnh của vật qua thấu kính hội tụ trong vật lý lớp 9

Giới thiệu

Trong chương trình Vật lý lớp 9, việc nghiên cứu về thấu kính, đặc biệt là thấu kính hội tụ, đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu cách ánh sáng hoạt động và tạo ra hình ảnh. Một trong những khái niệm chính mà học sinh cần nắm vững là "ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ". Bài viết sau đây sẽ giúp các em nắm bắt kiến thức cơ bản về đặc điểm và cách dựng ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ, đồng thời cung cấp các bài tập trắc nghiệm và tự luận để củng cố kiến thức.

A. Lý thuyết Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

I. Tóm tắt lí thuyết

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

Thấu kính hội tụ có khả năng tạo ra hai loại ảnh: ảnh thật và ảnh ảo. Các đặc điểm sau sẽ giúp các em phân biệt:

• Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự:

- Ảnh thật, ngược chiều với vật. - Khi vật đặt rất xa thấu kính, ảnh thật sẽ nằm ở vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

• Vật đặt trong khoảng tiêu cự:

- Ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật. Chú ý:

• Ảnh ảo không thể hiện trên màn, nhưng có thể thấy được bằng mắt khi mắt đặt sau thấu kính để nhận chùm tia ló.
• Ảnh thật có thể hiện rõ trên màn hoặc nhìn thấy bằng mắt khi mắt đặt sau điểm hội tụ của chùm tia ló.

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

a) Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính hội tụ

Để dựng ảnh của một điểm sáng S qua thấu kính hội tụ, thực hiện theo các bước sau:

• Vẽ hai tia sáng từ S tới thấu kính (chọn hai trong ba tia đặc biệt).
• Vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính.
• Nếu hai tia ló cắt nhau thực sự, giao điểm của chúng chính là ảnh thật S’ của S. Nếu không, giao điểm kéo dài của chúng chính là ảnh ảo S’ của S.

b) Dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính hội tụ

Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính, cần thực hiện như sau:

• Dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt.
• Từ B’, hạ vuông góc xuống trục chính để tìm ảnh A’ của A.

Chú ý: Khi dựng ảnh, ảnh ảo và đường kéo dài của tia sáng được vẽ bằng nét đứt.

II. Phương pháp giải

1. Xác định vị trí của ảnh

Có thể xác định vị trí của ảnh khi biết vị trí của vật và tiêu cự hoặc ngược lại bằng hai phương pháp:

• Cách 1: Vẽ ảnh theo phương pháp đã nêu. Sử dụng tính chất của tam giác đồng dạng để suy ra đại lượng cần xác định.
• Cách 2: Áp dụng công thức:

\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{d} + \frac{1}{d'} \] Trong đó: - \( f \): Tiêu cự của thấu kính (là khoảng cách từ tiêu điểm đến quang tâm). - \( d \): Khoảng cách từ vị trí của vật đến thấu kính. - \( d' \): Khoảng cách từ vị trí của ảnh đến thấu kính (ảnh thật thì \( d' > 0 \), ảnh ảo thì \( d' < 0 \)).

2. Xác định độ cao của vật hay của ảnh

Để xác định chiều cao của ảnh, có thể sử dụng hai cách sau:

• Cách 1: Áp dụng tính chất của tam giác đồng dạng.
• Cách 2: Sử dụng công thức:

\[ h' = \frac{d'}{d} \cdot h \] Trong đó: \( h \) và \( h' \) là độ cao của vật và của ảnh (ảnh thật thì \( h' > 0 \), ảnh ảo thì \( h' < 0 \)).

B. Trắc nghiệm & Tự luận

Chúng tôi gửi tới bạn đọc bộ câu hỏi trắc nghiệm Vật lý 9 về "Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ" nhằm giúp các em củng cố kiến thức đã học.

Các câu hỏi trắc nghiệm

• Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’, ảnh và vật nằm về cùng một phía đối với thấu kính. Ảnh A’B’:

- A. là ảnh thật, lớn hơn vật. - B. là ảnh ảo, nhỏ hơn vật. - C. ngược chiều với vật. - D. là ảnh ảo, cùng chiều với vật.

• Ảnh A’B’ của một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính tại A và ở trong khoảng tiêu cự của một thấu kính hội tụ là:

- A. ảnh ảo ngược chiều vật. - B. ảnh ảo cùng chiều vật. - C. ảnh thật cùng chiều vật. - D. ảnh thật ngược chiều vật.

• Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’, ảnh và vật nằm về hai phía đối với thấu kính thì ảnh đó là:

- A. thật, ngược chiều với vật. - B. thật, luôn lớn hơn vật. - C. ảo, cùng chiều với vật. - D. thật, luôn cao bằng vật.

• Chỉ ra phương án sai. Đặt một cây nến trước một thấu kính hội tụ:

- A. Ta có thể thu được ảnh của cây nến trên màn ảnh. - B. Ảnh của cây nến trên màn ảnh có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn cây nến. - C. Ảnh của cây nến trên màn ảnh có thể là ảnh thật hoặc ảnh ảo. - D. Ảnh ảo của cây nến luôn luôn lớn hơn cây nến.

• Đặt một vật AB hình mũi tên vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng d = 2f thì ảnh A’B’ của AB qua thấu kính có tính chất:

- A. ảnh thật, cùng chiều và nhỏ hơn vật. - B. ảnh thật, ngược chiều và lớn hơn vật. - C. ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn vật. - D. ảnh thật, ngược chiều và lớn bằng vật.

Hướng dẫn trả lời

• Câu 1: Đáp án D. là ảnh ảo, cùng chiều với vật.
• Câu 2: Đáp án B. là ảnh ảo cùng chiều vật.
• Câu 3: Đáp án A. thật, ngược chiều với vật.
• Câu 4: Đáp án C. là ảnh có thể thật hoặc ảo.
• Câu 5: Đáp án B. là ảnh thật, ngược chiều và lớn hơn vật.

Các câu hỏi tự luận

• Cho thấu kính có tiêu cự 20 cm, vật AB đặt cách thấu kính 60 cm và có chiều cao h = 2 cm.

- a) Vẽ ảnh của vật qua thấu kính. - b) Vận dụng kiến thức hình học hãy tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh.

• Một vật sáng AB có dạng một đoạn thẳng vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ tại A và cách thấu kính 20 cm. Tiêu cự của thấu kính bằng 15 cm.

- a) Dùng các tia sáng đặc biệt qua thấu kính vẽ ảnh A’B’ của AB theo đúng tỉ lệ. - b) Dựa vào phép đo và kiến thức hình học tính xem ảnh cao gấp bao nhiêu lần vật.

Kết luận

Việc hiểu rõ về "ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ" không chỉ giúp các em nắm vững kiến thức Vật lý lớp 9 mà còn trang bị cho các em những kỹ năng quan trọng trong việc phân tích và giải quyết các bài toán thực tế. Hãy chăm chỉ học tập và rèn luyện để có thể vận dụng kiến thức này vào thực tiễn một cách hiệu quả. Chúc các em học tốt!