Sách bài tập KHTN 9 Bài 8 (Kết nối tri thức): Thấu kính

Giải SBT KHTN 9 Bài 8: Thấu kính

Bài 8.1 trang 21 Sách bài tập KHTN 9: Tìm phát biểu sai.

A. Thấu kính là một khối chất trong suốt, giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng.

B. Thấu kính phân kì có phần rìa dày hơn phần ở giữa.

C. Thấu kính hội tụ có phần rìa mỏng hơn phần ở giữa.

D. Thấu kính hội tụ có phần rìa dày hơn phần ở giữa.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Thấu kính hội tụ có phần rìa mỏng hơn phần ở giữa.

Bài 8.2 trang 22 Sách bài tập KHTN 9: Hình 8.1 mô tả hệ thống thấu kính trong ống kính của một máy ảnh. Hãy chỉ rõ đâu là thấu kính hội tụ và đâu là thấu kính phân kì trong hệ thống này.

Lời giải:

(1) – Thấu kính hội tụ.

(2) – Thấu kính phân kì.

(3) – Thấu kính phân kì.

(4) – Thấu kính hội tụ.

Bài 8.3 trang 22 Sách bài tập KHTN 9: Tìm phát biểu sai.

A. Tia sáng qua quang tâm của thấu kính thì truyền thẳng.

B. Tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ cho tia ló truyền qua tiêu điểm chính của thấu kính.

C. Tia tới song song với trục chính của thấu kính phân kì cho tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm chính của thấu kính.

D. Tia tới song song với trục chính của thấu kính thì truyền thẳng.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

- Tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ cho tia ló truyền qua tiêu điểm chính của thấu kính.

- Tia tới song song với trục chính của thấu kính phân kì cho tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm chính của thấu kính.

Bài 8.4 trang 22 Sách bài tập KHTN 9: Chiếu một chùm tia sáng song song tới thấu kính hội tụ, chùm tia ló thu được là chùm

A. hội tụ.

B. song song.

C. phân kì.

D. sáng hội tụ tại quang tâm của thấu kính.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Chiếu một chùm tia sáng song song tới thấu kính hội tụ, chùm tia ló thu được là chùm hội tụ.

Bài 8.5 trang 22 Sách bài tập KHTN 9: Vật AB đặt trước và vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng OA, cho ảnh A'B' ngược chiều và cao bằng vật AB. Điều nào sau đây là đúng?

A. OA = f.

B. OA = 2f.

C. OA < f.

D. OA > f.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’ ngược chiều và cao bằng AB thì khi này vật cách thấu kính một khoảng bằng 2 lần tiêu cự (OA = 2f).

Bài 8.6 trang 22 Sách bài tập KHTN 9: Vật AB đặt trước và vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng $OA=\frac{f}{2}$, cho ảnh A'B' có tính chất

A. là ảnh thật, ngược chiều, cao gấp hai lần vật.

B. là ảnh thật, cùng chiều, cao gấp hai lần vật.

C. là ảnh ảo, cùng chiều, cao gấp hai lần vật.

D. là ảnh ảo, ngược chiều, cao gấp hai lần vật.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

- $OA=\frac{f}{2}$ nên vật nằm trong khoảng tiêu cự. Ảnh A'B' có tính chất:

+ Ảnh A'B' là ảnh ảo: Vì các tia ló không thực sự cắt nhau mà chỉ là đường kéo dài của chúng cắt nhau.

+ Ảnh A'B' cùng chiều với vật AB.

+ Ảnh A'B' lớn hơn vật AB: Khoảng cách từ A' đến trục chính lớn hơn khoảng cách từ A đến trục chính.

Vậy ảnh A'B' có tính chất là ảnh ảo, cùng chiều, cao gấp hai lần vật.

Bài 8.7 trang 23 Sách bài tập KHTN 9: Vật AB đặt trước và vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f, cho ảnh thật A'B' nhỏ hơn vật. Vị trí của vật AB nằm cách thấu kính một đoạn

A. OA > f.

B. OA < 2f.

C. OA > 2f.

D. f < OA < 2f.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

- Vì đề bài cho biết ảnh A'B' là ảnh thật và nhỏ hơn vật nên vật AB phải đặt ngoài khoảng tiêu cự (OA > f).

- Mặt khác, để ảnh nhỏ hơn vật thì vật phải đặt cách thấu kính một đoạn lớn hơn 2f.

Vị trí của vật AB nằm cách thấu kính một đoạn f < OA < 2f.

Bài 8.8 trang 23 Sách bài tập KHTN 9: Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính của một thấu kính phân kì, chùm tia ló thu được là chùm

A. hội tụ.

B. song song.

C. phân kì, đường kéo dài của các tia ló cắt nhau tại tiêu điểm chính F của thấu kính.

D. phân kì, đường kéo dài của các tia ló cắt nhau tại quang tâm của thấu kính.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính của một thấu kính phân kì, chùm tia ló thu được là chùm phân kì, đường kéo dài của các tia ló cắt nhau tại tiêu điểm chính F của thấu kính.

Bài 8.9 trang 23 Sách bài tập KHTN 9: Vật AB đặt trước và vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng OA, cho ảnh A'B' cao bằng nửa vật AB. Điểu nào dưới đây là đúng?

A. OA > f.

B. OA < 2f.

C. OA > 2f.

D. f < OA < 2f.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

- Vì đề bài cho biết ảnh A'B' là ảnh thật và nhỏ hơn vật nên vật AB phải đặt ngoài khoảng tiêu cự (OA > f).

- Mặt khác, để ảnh nhỏ hơn vật thì vật phải đặt cách thấu kính một đoạn lớn hơn 2f.

Vị trí của vật AB nằm cách thấu kính một đoạn f < OA < 2f.

Bài 8.10 trang 23 Sách bài tập KHTN 9: Phát biểu nào sau đây không phù hợp với thấu kính phân kì?

A. Ảnh luôn lớn hơn vật.

B. Vật đặt trước thấu kính luôn cho ảnh ảo.

C. Ảnh ảo nhỏ hơn vật.

D. Ảnh nằm gần thấu kính hơn vật.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Với thấu kính phân kì, ảnh luôn nhỏ hơn vật.

Bài 8.11 trang 24 Sách bài tập KHTN 9: Hãy vẽ tia ló ứng với các tia tới trong Hình 8.2.

Lời giải:

Bài 8.12 trang 24 Sách bài tập KHTN 9: Hãy dựng ảnh A'B' của AB trong Hình 8.3 và cho nhận xét về đặc điểm của ảnh.

Lời giải:

Bài 8.13 trang 24 Sách bài tập KHTN 9: Vận dụng kiến thức hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh tới thấu kính và chiều cao của ảnh trong hai trường hợp Hình 8.3a, b. Cho biết vật AB có chiều cao h = 1 cm; tiêu cự f = 12 cm; khoảng cách OA trong Hình 8.3a là 36 cm và trong trường hợp Hình 8.3b là 8 cm.

Lời giải:

a) Khi OA = 36 cm:

Xét $\Delta ABO~\Delta A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}O:\frac{A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}}{AB}=\frac{O{A}^{\text{'}}}{OA}$ (1)

$\Delta {\text{OIF}}^{\text{'}}~\Delta A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}{F}^{\text{'}}:\frac{A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}}{OI}=\frac{A^{\text{'}}{F}^{\text{'}}}{O{F}^{\text{'}}}$, vì OI = AB, nên ta có:

$\frac{A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}}{AB}=\frac{A^{\text{'}}{F}^{\text{'}}}{O{F}^{\text{'}}}=\frac{O{A}^{\text{'}}{\text{- OF}}^{\text{'}}}{O{F}^{\text{'}}}$ (2)

Từ (1) và (2) ta xác định được A’B’ = 0,5 cm; OA’ = 18 cm.

b) Khi OA = 8 cm:

Xét $\Delta ABO~\Delta A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}O:\frac{A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}}{AB}=\frac{O{A}^{\text{'}}}{OA}$ (1)

$\Delta {\text{OIF}}^{\text{'}}~\Delta A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}{F}^{\text{'}}:\frac{A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}}{OI}=\frac{A^{\text{'}}{F}^{\text{'}}}{O{F}^{\text{'}}}$, vì OI = AB, nên ta có:

$\frac{A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}}{AB}=\frac{A^{\text{'}}{F}^{\text{'}}}{O{F}^{\text{'}}}=\frac{O{A}^{\text{'}}{\text{+ OF}}^{\text{'}}}{O{F}^{\text{'}}}$ (2)

Từ (1) và (2) ta xác định được A’B’ = 3 cm; OA’ = 24 cm.

Bài 8.14 trang 24 Sách bài tập KHTN 9: Đặt vật AB trước một thấu kính có tiêu cự f = 12 cm. Vật AB cách thấu kính một khoảng OA = 8 cm, A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A'B'cua AB. Dựa vào hình vẽ để nêu nhận xét về độ lớn của ảnh so với vật trong hai trường hợp:

a) Thấu kính là hội tụ.

b) Thấu kính là phân kì.

Lời giải:

OA = 8 cm mà f = 12 cm có nghĩa là vật nằm trong khoảng tiêu cự.

a) L là thấu kính hội tụ (tương tự Hình 8.2Gb).

Ảnh A’B’ tạo bởi thấu kính hội tụ là ảnh ảo lớn hơn vật.

b) L là thấu kính phân kì (tương tự Hình 8.2Gc).

Ảnh A’B’ tạo bởi thấu kính phân kì là ảnh ảo nhỏ hơn vật.

Bài 8.15 trang 24 Sách bài tập KHTN 9: Một bạn khi quan sát kính đeo của bố thì thấy có rìa dày, còn khi quan sát kính đeo của ông thì thấy có rìa mỏng. Hãy cho biết kính của bố và ông dùng là thấu kính hội tụ hay phân kì. Tìm hiểu và cho biết công dụng của chúng.

Lời giải:

Kính của bố đeo là thấu kính phân kì, còn kính của ông đeo là thấu kính hội tụ.

- Bố bị mắc tật cận thị, chỉ quan sát được các vật ở gần nhưng không quan sát được những vật ở xa như người có mắt không bị tật. Điểm cực viễn Cv (điểm xa nhất mà mắt còn nhìn rõ vật) ở gần mắt hơn bình thường nên bố phải đeo thấu kính phân kì có tiêu cự phù hợp (tiêu điểm F trùng với điểm cực viễn của mắt).

- Ông bị mắc tật lão thị, chỉ nhìn rõ những vật ở xa mà không nhìn rõ những vật ở gần như người có mắt không bị tật. Điểm cực cận Cc (điểm gần nhất mà mắt còn có thể nhìn rõ vật) ở xa mắt hơn bình thường nên ông phải đeo thấu kính hội tụ có tiêu cự phù hợp để tạo ảnh xa mắt hơn vật.

Lý thuyết KHTN 9 Bài 8: Thấu kính

I. Cấu tạo thấu kính và phân loại

- Thấu kính là một khối đồng chất trong suốt (thủy tinh, nhựa, …) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc một mặt cong và một mặt phẳng.

- Có hai loại thấu kính:

+ Thấu kính rìa mỏng (có phần rìa thấu kính mỏng hơn phần giữa) là thấu kính hội tụ, khi chiếu chùm sáng song song qua thấu kính ta thu được chùm tia ló hội tụ.

+ Thấu kính rìa dày (có phần rìa thấu kính dày hơn phần giữa).

II. Trục chính, quang tâm, tiêu điểm chính và tiêu cự của thấu kính

- Quang tâm O của thấu kính là mọi tia sáng tới O đều truyền thẳng qua thấu kính.

- Trục chính của thấu kính là đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với tiết diện thẳng của thấu kính.

- Tiêu điểm chính của thấu kính F:

+ Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính đối với thấu kính hội tụ.

+ Đường kéo dài của chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính đối với thấu kính phân kì.

- Tiêu cự của thấu kính (OF = f) là khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm chính F của thấu kính.

III. Đường truyền của tia sáng qua thấu kính

- Giải thích sự truyền ánh sáng qua thấu kính hội tụ: Thấu kính được tạo thành bởi các lăng kính nhỏ ghép liền nhau, ở giữa là một khối trong suốt có hai mặt song song. Các lăng kính có đáy hướng về trục chính. Do các tia sáng qua lăng kính bị lệch về đáy, còn tia sáng chính giữa vuông góc với hai mặt của khối trong suốt nên truyền thẳng. Vì vậy, chùm sáng song song qua thấu kính hội tụ trở thành chùm sáng hội tụ.

- Giải thích sự truyền ánh sáng qua thấu kính phân kì: Thấu kính được tạo thành bởi các lăng kính nhỏ ghép liền nhau, ở giữa là một khối trong suốt có hai mặt song song. Các lăng kính có đáy hướng ra xa trục chính. Do các tia sáng qua lăng kính bị lệch về đáy, còn tia sáng chính giữa vuông góc với hai mặt của khối trong suốt nên truyền thẳng. Vì vậy, chùm sáng song song qua thấu kính phân kì trở thành chùm sáng phân kì.

IV. Sự tạo ảnh của một vật qua thấu kính

Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:

- Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới.

- Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.

- Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

1. Cách vẽ ảnh tạo bởi thấu kính

Để vẽ ảnh của một điểm sáng S nằm ngoài trục chính (nguồn sáng rất nhỏ) qua thấu kính, ta thường xét các tia sáng sau đây:

- Tia sáng từ S tới quang tâm O của thấu kính thì truyền thẳng.

- Tia sáng từ S song song với trục chính của thấu kính thì tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm chính F.

Giao điểm S’ của chùm tia ló (hoặc đường kéo dài của chùm tia ló) tương ứng với chùm tia tới xuất phát từ S chính là ảnh của S.

2. Dựng ảnh của một vật qua thấu kính

Để dựng ảnh của một vật nhỏ, phẳng AB đặt vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính của thấu kính, ta làm như sau:

- Sử dụng tia sáng đi qua quang tâm và tia sáng song song với trục chính xuất phát từ B. Điểm B là điểm sáng trên vật nằm ngoài trục chính. Giao điểm của hai tia ló là ảnh B’ của điểm B.

- Từ B’ hạ vuông góc với trục chính, cắt trục chính tại A’, ta thu được ảnh A’B’ của vật.

- Ảnh của vật qua thấu kính phân kì:

- Ảnh của vật qua thấu kính hội tụ:

Quy ước: Ảnh thật được biểu diễn bằng mũi tên nét liền, ảnh ảo được biểu diễn bằng mũi tên nét đứt.