CHÖÔNG I AÙNH SAÙNG PHẦN IV PHẦN QUANG HỌC A MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN 1 Nguồn sáng – Vật sáng Nguồn sáng Là những vật tự phát ra ánh sáng, như Mặt trời, đèn đang sáng, Vật sáng Bao gồm nguồn sáng và cá[.]
PHẦN IV PHẦN QUANG HỌC A MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN Nguồn sáng – Vật sáng - Nguồn sáng: Là vật tự phát ánh sáng, như: Mặt trời, đèn sáng, …… - Vật sáng: Bao gồm nguồn sáng vật chiếu sáng, như: Mặt trời, sách, bàn, ghế, nhà, cối dướiánh mặt trời hay ánh đèn…… Định luật truyền thẳng ánh sáng Trong môi trường suốt đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng Tia sáng chùm tia sáng - Tia sáng: Là đường truyền ánh sáng biểu diễn đường thẳng có hướng - Chùm tia sáng: Là tập hợp vơ số tia sáng Có thể phân thành loại chùm tia sáng: + Chùm tia phân kỳ: Là chùm tia sáng xuất phát từ điểm có đường truyền loe rộng + Chùm tia hội tụ: Là chùm tia sáng có hướng hội tụ điểm + Chùm tia song song: Là chùm tia có tia sáng song song với Bóng tối – bóng nửa tối - Bóng tối: Là vùng nằm phía sau vật cản, khơng nhận ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới - Bóng nửa tối: Là vùng nằm phía sau vật cản, nhận ánh sáng từ phần nguồn sáng truyền tới - Nhật thực toàn phần (hay phần) quan sát chỗ có bóng tối (hay bóng nửa tối) Mặt Trăng Trái Đất - Nguyệt thực xẩy mặt trăng bị Trái Đất che khuất không Mặt Trời chiếu sáng Định luật phản xạ ánh sáng - Hiện tượng phản xạ ánh sáng: Là tượng ánh sáng bị đổi hướng, trở lại mơi trườg cũ gặp bề mặt nhẵn bóng - Định luật phản xạ ánh sáng: + Tia phản xạ nằm mặt phẳng chứa tia tới đường pháp tuyến gương điểm tới 217 + Góc phản xạ góc tới + Ảnh vật tạo gương phẳng ảnh ảo, có kích thước vật đối xứng với vật qua gương Gương - Gương phẳng: Là mặt phẳng nhẵn bóng Ảnh vật tạo gương phẳng ảnh ảo, có kích thước vật đối xứng với vật qua gương - Gương cầu lồi: Là mặt cầu lồi nhẵn bóng Ảnh vật tạo gương cầu lồi ảnh ảo nhỏ vật Vùng nhìn thấy gương cầu lồi rộng vùng nhìn thấy gương phẳng có kích thước - Gương cầu lõm: Là mặt cầu lõm nhẵn bóng Ảnh vật tạo gương cầu lõm ảnh ảo lớn vật Gương cầu lõm có tác dụng biến đổi chùm tia tới song song thàng chùm tia phản xạ hội tụ vào điểm ngược lại, biến đổi chùm tia tới phân kỳ thích hợp thành chùm tia phản xạ N song song A i Hiện tượng khúc xạ ánh sáng I Hiện tượng tia sáng truyền từ môi r trường suốt sang môi trường N/ suốt khác bị gãy khúc mặt a) B phân cách hai môi trường N/ gọi tượng khúc xạ ánh sáng D r - Khi tia sáng truyền từ khơng khí sang I nước, góc khúc xạ nhỏ góc tới Hình 205.a i - Khi tia sáng truyền từ nước sang b) N C không khí góc khúc xạ lớn góc tới Hình 205.b Hình 205 - Khi tia sáng từ khơng khí sang mơi trường suốt rắn, lỏng khác góc khúc xạ nhỏ góc tới ngược lại - Khi góc tới tăng (hoặc giảm) góc khúc xạ tăng (hoặc giảm) theo - Khi góc tới 0o góc khúc xạ o, tia sáng không bị gãy khúc truyền qua hai môi trường 218 * Lưu ý: Khi tia sáng từ nước sang khơng khí, góc tới lơn 48030/ tia sáng khơng khỏi nước, tức khơng xẩy tượng khíc xạ mà xẩy tượng phản xạ toàn phần Thấu kính hội tụ a) Đặc điểm thấu kính hội tụ: - Thấu kính hội tụ thường dùng có phần rìa mỏng phần - Một chùm tia tới song song với trục thấu kính hội tụ cho chùm tia ló hội tụ tiêu điểm thấu kính b) Đường truyền ba tia sáng đặc biệt hình 206: - Tia tới song song với trục ∆ cho tia ló qua tiêu điểm F/ (II) (I) - Tia tới qua quang tâm O cho tia ló tiếp tục truyền thẳng F/ ∆ F O - Tia tới qua tiêu điểm F cho tia (III) ló song song với trục c) Đặc điểm ảnh vật tạo Hình 206 thấu kính hội tụ: Gọi d: khoảng cách từ vật đến thấu kính d/: khoảng cách từ ảnh đến thấu kính f: tiêu cự thấu kính hội tụ - d >> f: Ảnh thật có d/ = f - d > 2f: Ảnh thật, ngược chiều với vật nhỏ vật Hình 207.a) - d = 2f: Ảnh thật, ngược chiều với vật vật Hình 207.b) B B I ∆A / ∆A F A F / O B/ I F/ A/ O F B/ a) b) Hình 207 B/ - f < d < 2f: Ảnh thật, ngược chiều lớn vật Hình 207.c) - d < f: Ảnh ảo, chiều lớn vật Hình 207.d) B ∆A I F / / A O F c) ∆ A / B F I F/ A O d) B/ Hình 207 219 Thấu kính phân kỳ a) Đặc điểm thấu kính phân kỳ: - Thấu kính phân kì thường dùng có phần rìa dày phần - Một chùm tia tới song song với trục thấu kính phân kì cho chùm tia ló phân kì có đường kéo dài cắt tiêu điểm thấu kính b) Đường truyền ba tia sáng đặc biệt Hình 208.a (II) (I) + Tia tới qua quang tâm O cho F/ ∆ F O tia ló tiếp tục truyền thẳng + Tia tới song song với trục (III) cho tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm F Hình + Tia tới hướng tới tiêu điểm F/ 208.a cho tia ló song song với trục c) Đặc điểm ảnh vật tạo thấu kính phân kì: - Vật sáng đặt vị trí B trước thấu kính phân kì I B/ cho ảnh ảo, F/ F / chiều, nhỏ vật A A O nằm khoảng tiêu cự thấu kính Hình 208.b Hình 208.b - Vật đặt xa thấu kính, ảnh ảo vật có vị trí cách thấu kính khoảng tiêu cự *Lưu ý: Ta sử dụng cơng thức sau để áp dụng giải tập cách nhanh gọn - Đối với thấu kính hội tụ: 1 + Khi cho ảnh thật: = + / f d d 1 + Khi cho ảnh ảo: = − / f d d ∆ 220 - Đối với thấu kính phân kỳ: 1 = − f d/ d 10 Máy ảnh - Máy ảnh dụng cụ dùng để thu ảnh vật mà ta muốn chụp phim - Hai phận máy ảnh vật kính buồng tối Vật kính thấu kính hội tụ, buống tối có lắp phim (đóng vai trị màn) để thu ảnh vật - Ảnh vật phim ảnh thật, ngược chiều nhỏ vật 11 Mắt a) Cấu tạo mắt: Hai phận quan trọng mắt thể thủy tinh (là thấu kính hội tụ chất suốt mềm, dễ dàng phồng lên hay dẹt xuống nên tiêu cự thay đổi được) màng lưới (còn gọi võng mạc) b) Điểm cực cận điểm cực viễn mắt: - Điểm xa mắt mà ta nhìn rõ không điều tiết gọi điểm cực viễn (kí hiệu CV) - Điểm gần mắt mà ta nhìn rõ (khi đìều tiết tối đa) gọi điểm cực cận (kí hiệu CC) c) Mắt cận thị - Mắt cận thị mắt nhìn rõ vật gần, khơng nhìn rõ vật xa - Để khắc phục tật cận thị người ta phải đeo kính cận thị thấu kính phân kì Kính cận thị thích hợp có tiêu điểm F trùng với điểm cực viễn (CV) mắt d) Mắt lão - Mắt lão mắt nhìn rõ vật xa, khơng nhìn rõ vật gần - Để khắc phục tật mắt lão, người mắt lão phải đeo kính lão thấu kính hội tụ 12 Kính lúp - Kính lúp thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn Người ta dùng kính lúp để quan sát vật nhỏ - Số bội giác G = 25 1,5x ≤ G ≤ 40x f => tiêu cự kính lúp: 0,625cm ≤ f ≤ 16,67cm 221 - Cách quan sát vật nhỏ qua kính lúp, ta phải đặt vật khoảng tiêu cự kính Ảnh vật qua kính lúp ảnh ảo lớn vật B BÀI TẬP IV.1 Một điểm sáng S cách tường khoảng ST = d Tại vị trí M ST cách S khoảng SM = d người ta đặt bìa hình trịn vng góc với ST có bán kính R có tâm trùng với M a Tìm bán kính vùng tối tường b Cần di chuyển bìa theo phương vng góc với đoạn bao nhiêu? Theo chiều để bán kính vùng tối giảm nửa Tìm tốc độ thay đổi bán kính vùng tối biết bìa di chuyển với vận tốc v c Vị trí bìa câu b, thay điểm sáng S nguồn sáng hình cầu có bán kính r • Tìm diện tích vùng tối tường • Tìm diện tích vùng nửa tối tường IV.2 Một đĩa trịn tâm O1, bán kính R1 = 20cm, phát sáng đặt song song với ảnh cách khoảng D = 120cm Một đĩa trịn khác, tâm O2, bán kính R2 = 12cm, chắn sáng, đặt song song với đường nối O1O2 vng góc với a Tìm vị trí đặt O2 để vùng tối có đường kính R = 4cm Khi bán kính R’ đường giới hạn vùng nửa tối bao nhiêu? b Từ vị trí O2 xác định câu a, cần di chuyển đĩa chắn sáng để vừa vặn không cịn vùng tối IV.3 Một người có chiều cao h, đứng bóng đèn treo độ cao H (H > h) Nếu người bước với vận tốc v Hãy xác định chuyển động bóng đỉnh đầu in đất IV.4 Một vũng nước nhỏ cách chân cột điện 6m Một học sinh đứng cách chân cột điện 8m nhìn thấy ảnh bóng đèn treo đỉnh cột điện Biết mắt học sinh cách mặt đất 1,5m Tính chiều cao cột điện IV.5 Hai người M N đứng trước gương phẳng hình vẽ: a Bằng hình vẽ 209 xác định vùng quan sát ảnh người Từ cho biết người có thấy gương không? b Nếu hai người tiến đến gần gương (với vận tốc 222 nhau) theo phương vuông 1m 1m góc họ có nhìn thấy gương không? c Một hai người di P Q chuyển theo phương vng 1m góc với gương để nhìn thấy 0,5m gương Hỏi phải di chuyển phía nào? Cách M N gương bao nhiêu? T IV.6 Chùm sáng song song có Hình 209 độ rộng hình vẽ 210 chiếu xuống gương phẳng G đặt nằm ngang mặt đất, chùm phản xạ hắt lên tường T A Trên mặt gương có vật AB đặt thẳng đứng có chiều cao h Tìm chiều cao bóng AB B (G) tường Hình 210 IV.7 Cho gương phẳng hình vng cạnh a đặt thẳng đứng sàn nhà, mặt hướng vào tường song song với tường Trên sàn nhà, sát chân tường, trước gương có nguồn sáng điểm S a Xác định kích thước vệt sáng tường chùm tia phản xạ từ gương tạo nên b Khi gương dịch chuyển với vận tốc v vng góc với tường (sao cho gương ln vị trí thẳng đứng song song với tường) kích thước vệt sáng tường thay đổi nào? Giải thích Tìm vận tốc ảnh S’ c Nếu giữ nguyên vị trí gương dịch chuyển điểm sáng S với vận tốc v theo phương vng góc với tường, kích thước vệt sáng tường vận tốc ảnh S’có thay đổi so với câu b khơng? Tại sao? A IV.8 Một vật sáng AB đặt trước gương phẳng, song song với mặt gương Bằng hình vẽ 211 xác định vùng không gian đặt mắt để mắt có thể: B a Chỉ quan sát ảnh đầu A Hình 211 b Chỉ quan sát ảnh đầu B c Quan sát ảnh hai đầu AB vật IV.9 Một người cao 1,55m đứng trước gương phẳng treo thẳng đứng Mắt người cách đỉnh đầu 15cm 223 a Tính chiều cao tối thiểu gương khoảng cách nhiều từ gương tới sàn nhà để người nhìn tồn ảnh gương b Các kết có phụ thuộc vào khoảng cách từ người tới gương khơng? Vì sao? IV.10 Hai gương phẳng M1, M2 đặt song song, mặt phản xạ quay vào nhau, cách khoảng AB = d Trên đoạn thẳng AB có đặt điểm sáng S cách gương (M 1) đoạn SA = a Xét điểm Q nằm đường thẳng qua S vng góc với AB cách AB đoạn QS = h a Trình bày cách vẽ tia sáng từ S đến Q hai trường hợp: • Từ S đến gương (M1) I phản xạ qua Q • Từ S phản xạ gương (M1) H, gương (M2) K truyền qua Q b Tính khoảng cách từ từ I, K, H tới AB IV.11 Hai gương phẳng (G1), (G2) có mặt phản xạ hợp với góc α Chiếu tia sáng SI đến gương thứ nhất, phản xạ theo phương IP đến gương thứ hai phản xạ phương PQ Tìm góc hợp hai tia SI PQ trường hợp: a α góc nhọn b α góc tù c α góc vng IV.12 Hai gương phẳng (G1), (G2) giao điểm O có mặt phản xạ hợp với góc α Trên mặt phẳng phân giác góc α có nguồn sáng điểm S cách O khoảng a không đổi Chứng minh khoảng cách hai ảnh ảo (1 qua gương thứ nhất, qua gương thứ hai) có giá trị hai trường hợp α=600 α = 1200 M IV.13 Hai gương phẳng hình chữ nhật (G1) giống (G1), (G2) giao điểm O có mặt phản xạ hợp với góc α hình vẽ 212 (OM = ON) Trong khoảng α gương gần O, có điểm sáng S O (G2) N Biết tia sáng từ S đập vng góc vào G1 sau phản xạ G1 Hình 212 đập vào G2, sau phản xạ G2 lại đập vào G1 phản xạ G1 lần Tia phản xạ cuối vng góc với MN Tính α 224 IV.14 Một điểm sáng S đặt đường phân giác góc hợp hai gương phẳng (G1), (G2) α Xác định số ảnh S tạo hai gương khi: a α = 800 b α = 900 c α =1200 2π d Tìm số ảnh α = với n số nguyên n IV.15 Chiếu tia tới SI lên gương phẳng nằm ngang Nếu giữ nguyên tia quay gương góc α quanh trục O nằm mặt gương vng góc với mặt phẳng tới tia phản xạ quay góc bao nhiêu? Xét hai trường hợp: a Trục O qua điểm tới I b Trục O không qua điểm tới I IV.16 Chiếu tia sáng SI tới gương phẳng Nếu quay tia xung quanh điểm S góc α tia phản xạ quay góc bao nhiêu? IV.17 Chiếu tia sáng tới gương phẳng a Nếu quay tia tới quanh điểm tới góc α tia phản xạ quay góc bao nhiêu? b Nếu đặt thêm gương phẳng hợp với gương trước góc nhọn β tia tới quay, tia phản xạ gương thứ hai quay góc bao nhiêu? Góc quay có phụ thuộc vào β khơng? Tại sao? IV.18 Vẽ ảnh điểm sáng S tạo S gương cầu lồi Biết pháp tuyến điểm gương cầu lồi đường thẳng qua tâm C mặt C cầu Hình 213 IV.19 Vẽ ảnh vật sáng AB tạo Hình 213 gương cầu lồi Bằng lý thuyết A chứng minh ảnh cuả vật tạo gương cầu lồi ảnh ảo nhỏ vật Hình 214 C IV.20 Biết C tâm mặt cầu, ban Bđầu vật sáng AB đặt tâm C Hình sau di chuyển lại gần gương vị214 trí khác 225 a Hình 215 Hãy vẽ ảnh vật sáng AB tạo gương cầu lõm trường hợp sau: A A A C O C O B a) O BC B b) c) A A C O C O B B b Từ câu a rút nhận xét tính chất ảnh vật tạo d) OB=BC e) gương cầu lõm Hình 215 IV.21 Người ta muốn dùng gương cầu lồi để tạo ảnh nhỏ vật ảnh Hỏi phải dùng loại gương cầu lồi hay gương cầu lõm vật phải đặt vị trí gương cầu? IV.22 Trên hình vẽ 216, đường thẳng MN quang trục gương cầu (đường thẳng qua tâm C đỉnh O gương) AB vật, A’B’ ảnh vật tạo gương Gương gương cầu lồi hay gương cầu lõm trường hợp? Tại sao? Hãy vẽ vị trí O đỉnh gương tâm C gương A A ’ A ’ M B a) B ’ A N B ’ B A N B’ M B N A’ b) Hình 216 IV.23 Hình 217 Trong cốc chưa có nước đặt vào thước Nếu đổ nước vào cốc giữ nguyên vị trí đặt mắt quan sát thấy tượng xảy đũa? Hãy giải thích sao? Hình 217 226 c)