Giải bài 1 2 3 4 5 trang 195 sgk Vật Lí 11

Nội Dung

Hướng dẫn giải Bài 30. Giải bài toán về hệ thấu kính sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 trang 195 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

I – Lập sơ đồ tạo ảnh

1. Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách nhau

⇒ Sơ đồ tạo ảnh:

\(AB \xrightarrow[d_1:d’_1]{L_1} A’_1B’_1 \xrightarrow[d_2:d’_2]{L_2} A’_2B’_2 \)

2. Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau

Hệ hai thấu kính \(L_1\) và \(L_2\) có tiêu cự \(f_1\) và \(f_2\) tương đương với một thấu kính L có tiêu cự f:

\(\frac{1}{f}=\frac{1}{f_1}+\frac{1}{f_2}\) hay: \(D=D_1+D_2\)

⇒ Vật AB qua hệ cho ảnh như qua thấu kính L:

\(AB \xrightarrow[d:d’]{L(L_1,L_2)} A’B’ \)

II – Thực hiện tính toán

Gọi \(l\) là khoảng cách từ thấu kính \(L_1\) đến thấu kính \(L_2\)

Khoảng cách từ ảnh \(A_1’B_1’\) đến thấu kính \(L_1\): \(d_1’=\frac{d_1f_1}{d_1-f_1}\)

Khoảng cách từ \(A_1’B_1’\) (xem như là vật) đến thấu kính \(L_2\): \(d_2=l-d_1’\)

Khoảng cách từ ảnh \(A_2’B_2’\) đến thấu kính \(L_2\): \(d_2’=\frac{d_2f_2}{d_2-f_2}\)

Số phóng đại ảnh sau cùng:

\(k=\frac{A_2’B_2′}{AB}=\frac{A_2’B_2′}{A_1’B_1′}\frac{A_1’B_1′}{AB}\)

\(\Rightarrow k=k_1.k_2=\frac{d_1’d_2′}{d_1d_2}\)

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 192 Vật Lý 11

Chứng tỏ rằng, với hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau ta luôn có:

\({d_2} = – {d’_1}\)

Trả lời:

Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

\(\mathop {AB}\limits_{{d_1}} \to \mathop {{A_1}{B_1}}\limits_{{d_1}} \to \mathop {{A_2}{B_2}\left( {{L_1}} \right)}\limits_{{d_2}} \to \left( {{L_2}} \right)\) .

Trong đó: .\(\dfrac{1}{{{f_1}}} = \dfrac{1}{{{d_1}}} + \dfrac{1}{{{d_1}}};\,\dfrac{1}{{{f_2}}} = \dfrac{1}{{{d_2}}} + \dfrac{1}{{{d_2}}}\,\,\left( 1 \right)\) .

Trường hợp hai thấu kính ghép sát nhau hệ tương đương với một thấu kính có độ tụ:

\(D = {D_1} + {D_2} \Rightarrow \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{{{f_1}}} + \,\dfrac{1}{{{f_2}}}\,\,\,\left( 2 \right)\)

Có sơ đồ tạo ảnh:

\(\mathop {AB}\limits_{{d_1}} \to \mathop {{A_2}{B_2}}\limits_{{d_2}} \,\,\left( {{L_1}} \right)\)

\( \Rightarrow \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{{{d_1}}} + \dfrac{1}{{{d_2}}}\,\,\,\left( 3 \right)\)

Từ (1), (2) và (3) suy ra:

\(\dfrac{1}{{{d_1}}} + \dfrac{1}{{{d_2}}} = 0 \Rightarrow {d_2} = – {d_1}\) ( ĐPCM)

\({d_1} + {d_2} = {O_1}{O_2} = 1\)

(bằng khoàng cách giữa hai thấu kính)

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 193 Vật Lý 11

Hãy xét các trường hợp khác nhau và thiết lập hệ thức: \(d_2 = l – d_1’\)

Xét trường hợp \(l=0\)

Trả lời:

– Trường hợp 1:

Ta thấy: \(d_1’+d_2=l\)

– Trường hợp 2:

Ta thấy: \(|d2|-|d_1’|=l ⇒ d_2 +d_1’=l\)

– Trường hợp 3:

Ta thấy: \(d_1’+d_2=l\)

BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 trang 195 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

?

1. Giải bài 1 trang 195 Vật Lý 11

Một học sinh bố trí thí nghiệm theo sơ đố (Hình 30.5)

Thấu kính phân kỳ L₁ có tiêu cự f₁ = – 10 cm. Khoảng cách từ ảnh S’₁ tạo bởi L₁ đến màn có giá trị nào ?.

A. 60 cm. B. 80 cm.

C. Một giá trị khác A, B.

D. Không xác định được, vì không có vật nên L₁ không tạo được ảnh.

Bài giải:

Từ hình, ta thấy chùm tia tới là chùm song song:

\(\begin{array}{l}d = \infty \\ \Rightarrow d’ = {f_1} = – 10cm < 0\end{array}\)

⇒ \({S_1}’\) là ảnh ảo nằm tại tiêu điểm ảnh \(F’\), tức là trước thấu kính và cách thấu kính một đoạn \(10cm\)

Khoảng cách từ ảnh \({S_1}’\) tạo bởi \({L_1}\) đến màn bằng:

\({S_1}H = {S_1}O + OH = \left| {d’} \right| + l = 10 + 70 = 80cm\)

⇒ Đáp án: B.

2. Giải bài 2 trang 195 Vật Lý 11

Tiếp theo các giả thiết cho ở bài tập 1.

Đặt giữa L₁ và H một thấu kính hội tụ L₂. Khi xê dịch L₂, học sinh này nhận thấy chỉ có một vị trí duy nhất của L₂ tạo được điểm sáng tại H.

Tiêu cự của L₂ là bao nhiêu ?

A. 10 cm. B. 15 cm. C. 20 cm.

D. Một giá trị khác A, B, C.

Bài giải:

Gọi khoảng cách giữa hai thấu kính \({O_1}{O_2} = a\)

Sơ đồ tạo ảnh qua hệ thấu kính:

\(AB\xrightarrow[{{d_1};{d_1}’}]{{{L_1}}}{A_1}{B_1}\xrightarrow[{{d_2};{d_2}’}]{{{L_2}}}{A_2}{B_2}\)

Ta có:

\(\begin{array}{l}{d_1} = \infty \\ \Rightarrow {d_1}’ = {f_1} = – 10cm\end{array}\)

\({d_2} = {O_1}{O_2} – {d_1}’ = a – \left( { – 10} \right) = a + 10\)

Điều kiện để chỉ có một vị trí duy nhất của \({L_2}\) tạo được điểm sáng tại H là:

\(\left\{ \begin{array}{l}{d_2}’ = {d_2}\\{d_2}’ + {d_2} = {A_1}H\end{array} \right.\)

Ta có \({A_1}H = {A_1}{O_1} + {O_1}H = 10 + 70 = 80cm\) (cách tính ở bài 1)

Ta suy ra \({d_2}’ = {d_2} = 40cm\)

Tiêu cự của thấu kính \({L_2}\):

\({f_2} = \dfrac{{{d_2}'{d_2}}}{{{d_2}’ + {d_2}}} = \dfrac{{40.40}}{{40 + 40}} = 20cm\)

⇒ Đáp án: C.

3. Giải bài 3 trang 195 Vật Lý 11

Hai thấu kính, một hội tụ (f₁ = 20 cm), một phân kỳ (f₂ = -10 cm), có cùng trục chính. Khoảng cách hai quang tâm là l = 30 cm. Vật AB vuông góc với trục chính được đặt bên trái L₁ và cách L₁ một đoạn d₁.

a) Cho d₁= 20 cm, hãy xác định vị trí và tính số phóng đại ảnh cuối cùng cho bởi hệ hai thấu kính. Vẽ ảnh.

b) Tính d₁ để ảnh sau cùng là ảnh ảo và bằng hai lần vật.

Bài giải:

Sơ đồ tạo ảnh:

\(AB\buildrel {{L_1}} \over
\longrightarrow {A_1}{B_1}\buildrel {{L_2}} \over
\longrightarrow {A_2}{B_2}\)

a) Ta có:

\(\displaystyle{d_1}’ = {{{d_1}{f_1}} \over {{d_1} – {f_1}}} = {{20.20} \over {20 – 20}} = \infty\)

\({d_2} = 1 – {d_1}’ = 30 – \infty = – \infty \)

\(\displaystyle{1 \over {{f_2}}} = {1 \over {{d_2}}} + {1 \over {{d_2}’}} = {1 \over \infty } + {1 \over {{d_2}’}} = {1 \over {{d_2}’}}\)

\(\Rightarrow {d_2}’ = {f_2} = – 10cm\)

\(k = \displaystyle{{{d_1}'{d_2}’} \over {{d_1}{d_2}}} = {\displaystyle{{d_2}’} \over {{d_1}}}.{{{d_1}’} \over {l – {d_1}’}} = {{{d_2}’} \over {{d_1}}}.{1 \over \displaystyle{{l \over {{d_1}’}} – 1}} = 0,5\)

b) Ta có:

\({d_1}’ = \displaystyle{{{d_1}{f_1}} \over {{d_1} – {f_1}}} = {{20{d_1}} \over {{d_1} – 20}}\)

\(\displaystyle{d_2} = 1 – {d_1}’ = 30 – {{20{{\rm{d}}_1}} \over {{d_1} – 20}} = {{10{{\rm{d}}_1} – 600} \over {{d_1} – 20}}\)

\(\displaystyle{d_2}’ = \displaystyle{{{d_2}{f_2}} \over {{d_2} – {f_2}}} = {\displaystyle{{{10{d_1} – 600} \over {{d_1} – 20}}.( – 10)} \over {\displaystyle{{10{d_1} – 600} \over {{d_1} – 20}} + 10}} = {{600 – 10{{\rm{d}}_1}} \over {2{{\rm{d}}_1} – 80}} < 0\)

Ta suy ra điều kiện của \(d_1\):

\(\left[ \begin{array}{l}\left\{ \begin{array}{l}600 – 10{d_1} < 0\\2{d_1} – 80 > 0\end{array} \right.\\\left\{ \begin{array}{l}600 – 10{d_1} > 0\\2{d_1} – 80 < 0\end{array} \right.\end{array} \right. \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}{d_1} > 60cm\\{d_1} < 40cm\end{array} \right.\)

Theo đầu bài, ta có hệ số phóng đại:

\(k = \displaystyle{{{d_1}'{d_2}’} \over {{d_1}{d_2}}}.{\displaystyle{{{20{{\rm{d}}_1}} \over {{d_1} – 20}}.{{600 – 10{{\rm{d}}_1}} \over {2{{\rm{d}}_1} – 90}}} \over \displaystyle{{d_1}.{{10{{\rm{d}}_1} – 600} \over {{d_1} – 20}}}} = {{10} \over {40 – {d_1}}} = \pm 2\)

Giải ra ta có \(d_1= 35cm\) (thỏa mãn) hoặc \(d_1=45cm\) (loại)

Vậy \(d_1=35cm\) thì ảnh sau cùng là ảnh ảo và bằng hai lần vật.

4. Giải bài 4 trang 195 Vật Lý 11

Một hệ thấu kính gồm hai thấu kính L₁ và L₂ đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của L₁ trùng với tiêu điểm vật chính của L₂. Chiếu một chùm tia sáng song song với L₁ theo phương bất kì.

a) Chứng minh chùm tia ló ra khỏi L₂ cũng là chùm tia song song.

b) Vẽ đường đi của chùm tia sáng ứng với các trường hợp:

• L₁ và L₂ đều là thấu kính hội tụ.

• L₁ là thấu kính hội tụ; L₂ là thấu kính phân kỳ.

• L₁ là thấu kính phân kỳ; L₂ là thấu kính hội tụ.

Bài giải:

a) Sơ đồ tạo ảnh:

\(AB\buildrel {{L_1}} \over
\longrightarrow {A_1}{B_1}\buildrel {{L_2}} \over
\longrightarrow {A_2}{B_2}\)

Hệ gồm hai thấu kính L₁ và L₂ đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của (L₁) trùng với tiêu điểm vật chính của L₂

\(⇒ {\rm{ }}a = {O_1}{O_2} = {f_1} + {f_2}\)

Chùm tia sáng tới song song:

\( ⇒ {d_1} = \infty ⇒ d{‘_1} = {f_1} ⇒ {d_2} = a – d{‘_1} = {f_2} \)

\(⇒ {\rm{ }}d{‘_2} = \infty \)

⇒ chùm tia ló ra khỏi (L₂) cũng là chùm tia song song.

b) Vẽ đường đi của chùm tia sáng ứng với các trường hợp:

• Trường hợp (L₁ ) và (L₂ ) đều là thấu kính hội tụ:

• Trường hợp: L₁ là thấu kính hội tụ; L₂ là thấu kính phân kì:

• Trường hợp: L₁ là thấu kính phân kì; L₂ là thấu kính hội tụ:

5. Giải bài 5 trang 195 Vật Lý 11

Một thấu kính mỏng phẳng – lõi L₁ có tiêu cự f₁ = 60 cm được ghép sát đồng trục với một thấu kính mỏng phẳng – lồi khác L₂ có tiêu cự f₂ = 30 cm. Mặt phẳng của hai thấu kính sát nhau.

Thấu kính L₁ có đường kính rìa gấp đôi đường kính rìa của thấu kính L₂. Một điểm sáng S nằm trên trục chính của hệ, trước L₁.

a) Chứng tỏ có hai ảnh của S được tạo bởi hệ.

b) Tìm điều kiện về vị trí của S để hai ảnh đều thật và hai ảnh đều ảo.

Bài giải:

a) Khi chùm tia sáng từ S tới các điểm tới từ miền vành ngoài của thấu kính L₂ trở ra thì chỉ đi qua thấu kính L₁ và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S₁

Còn chùm tia sáng từ S tới các điểm tới trong trong khoảng từ tâm thấu kính tới miền vành của thấu kính L₂ thì đi qua cả hai thấu kính L₁ và L₂ và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S₂.

Sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính L₁:

\(\mathop {S}\limits_{{d_1}} \overset{L_1}{→} \mathop {S’}\limits_{{d’_1}} \)

Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

\(\mathop {S}\limits_{{d_1}} \overset{L_1}{→} \mathop {S’_1}\limits_{{d’_1:d_2}} \overset{L_2}{→} \mathop {S’_2}\limits_{{d’_2}} \)

Trong đó: \(\displaystyle{1 \over {{d_1}}} + {1 \over {{d_1}’}} = {1 \over {{f_2}}}\)

f₂ = 30cm

Trong đó: \(\displaystyle{1 \over {{d_2}}} + {1 \over {{d_2}’}} = {1 \over {{f_{12}}}}\)

D₁₂ = D₁ + D₂

\( \Rightarrow \displaystyle{1 \over {{f_{12}}}} = {1 \over {{f_1}}} + {1 \over {{f_2}}} \Rightarrow {f_{12}} = 20cm\)

Vì f₂ ≠ f₁₂ ⇒ d₁’ ≠ d₂’

⇒ Hai hình ảnh S₁ và S₂ không trùng nhau.

b) Vì \(f_1> f_2 >f_{12}\) nên:

– Điều kiện để hai ảnh S₁, S₂ đều thật là: d₁ và d₂> f_max= f₁= 60cm

– Điều kiện để hai ảnh S₁, S₂ đều ảo là∶d₁ và d₂< f_min= f₁₂= 20cm

Bài trước:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 trang 189 190 sgk Vật Lí 11

Bài tiếp theo:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 trang 203 sgk Vật Lí 11

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 trang 195 sgk Vật Lí 11 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 11 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“