Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều Bài 6: Sự tạo ảnh qua thấu kính. Kính lúp có đáp án

- Người bị cận thị đeo thấu kính phân kì có thể nhìn vật ở xa.

- Người bị mắt lão, mắt viễn thị đeo thấu kính hội tụ để nhìn được những vật ở gần.

Ở trường hợp này, cho S’ là ảnh ảo, cùng chiều vật, lớn hơn vật.

Ở trường hợp này, ảnh thật, ngược chiều vật, lớn bằng vật.

Ở trường hợp này, ảnh ảo, cùng chiều vật, nhỏ hơn vật.

- Bước 1: Ta cần dựng đường thẳng vuông góc đi qua tiêu điểm chính F, đó là đường tiêu diện chứa các tiêu điểm trên trục phụ.

- Bước 2: Vẽ tia sáng BI tới thấu kính cắt thấu kính tại điểm I.

- Bước 3: Kẻ trục phụ đi qua quang tâm O song song với tia tới BI và cắt tiêu diện tại F$_{1}$.

- Bước 4: Nối điểm I với F$_{1}$ và kéo dài IF$_{1}$ trên đường truyền.

- Bước 5: Dựng tiếp BO tia sáng đi qua quang tâm O cho tia ló truyền thẳng cắt IF$_{1}$ tại đâu thì đó là B’ là ảnh của B.

- Bước 6: Vẽ tia sáng AK tới thấu kính cắt thấu kính tại điểm K

- Bước 7: Kẻ trục phụ đi qua quang tâm O sao cho song song với tia tới AK và cắt tiêu diện tại F$_{2}$.

- Bước 8: Nối điểm K với F$_{2}$ và kéo dài KF$_{2}$ trên đường truyền.

- Bước 9: Dựng tiếp AO tia sáng đi qua quang tâm O cho tia ló truyền thẳng cắt KF$_{2}$ tại đâu thì đó là A’ là ảnh của A.

Nối B’ với A’ ta được A’B’ là ảnh thật, ngược chiều AB, lớn hơn AB.

- Thí nghiệm 1: Thấu kính hội tụ

Dịch chuyển thấu kính sao cho khoảng cách từ khe chữ F đến thấu kính lớn hơn tiêu cự thấu kính, ta quan sát thu được ảnh thật, ngược chiều vật:

f < d < 2f thì ảnh lớn hơn vật.

d = 2f thì ảnh bằng vật.

d > 2f thì ảnh nhỏ hơn vật.

- Thí nghiệm 2: Thấu kính phân kì

Dịch chuyển thấu kính tới một số vị trí khác nhau. Tại các vị trí khác nhau đó ta đều không thu được ảnh trên màn chắn.

- Kết quả thu được ở 2 thí nghiệm khớp với kết quả ở bảng 6.1.

- Đối với thấu kính hội tụ khi dịch chuyển thấu kính sao cho khoảng cách từ khe chữ F đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự được ghi trên thấu kính thì ta không thu được ảnh trên màn chắn vì khi đó ảnh của vật là ảnh ảo.

- Đối với thấu kính phân kì khi dịch chuyển thấu kính tại mọi vị trí khác nhau ta đều không thu được ảnh trên màn chắn vì thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo của vật.

- Các cặp tam giác đồng dạng:

+ $ΔOAB\sim ΔOA'B'$(tam vuông có góc nhọn bằng nhau)

Tỉ số đồng dạng: $\frac{OA'}{OA}=\frac{A'B'}{AB}=\frac{OB'}{OB}$

+$ΔFA'B'\sim ΔFOI$ (tam vuông có góc nhọn bằng nhau)

Tỉ số đồng dạng: $\frac{FA'}{FO}=\frac{A'B'}{OI}=\frac{FB'}{FI}$

Vì $ΔOAB\sim ΔOA'B'$ (tam vuông có góc nhọn bằng nhau)

Nên $\frac{OA'}{OA}=\frac{A'B'}{AB}=1\Rightarrow OA'=OA$

Vì $ΔFA'B'\sim ΔFOI$ (tam vuông có góc nhọn bằng nhau)

Tỉ số đồng dạng: $\frac{FO}{FA'}=\frac{OI}{A'B'}\Leftrightarrow \frac{FO}{A'O-FO}=\frac{AB}{A'B'}$ (OI = AB vì OIBA hình chữ nhật)

$\Rightarrow \frac{FO}{OA'-OF}=1\Rightarrow OA'=2OF=2.10=20cm$

Ta có: OA’ = 12 cm, A’B’ = 3,2 cm, AB = 8 mm = 0,8 cm

a. Vì $ΔOAB\sim ΔOA'B'$ (tam vuông có góc nhọn bằng nhau). Suy ra $\frac{OA'}{OA}=\frac{A'B'}{AB}$

Khoảng cách từ vật tới thấu kính là: $OA=\frac{OA'.AB}{A'B'}=\frac{12.0{,}8}{3{,}2}=3cm$

b. Vì $ΔFA'B'\sim ΔFOI$ (tam vuông có góc nhọn bằng nhau)

Tỉ số đồng dạng: $\frac{FO}{FA'}=\frac{OI}{A'B'}\Leftrightarrow \frac{FO}{A'O-FO}=\frac{AB}{A'B'}$ (OI = AB vì OIBA hình chữ nhật)

$\Rightarrow \frac{FO}{A'O-FO}=\frac{0{,}8}{3{,}2}=\frac{1}{4}\Rightarrow 5FO=A'O$

Tiêu cự của thấu kính là $FO=\frac{A'O}{5}=\frac{12}{5}=2{,}4cm$

Cách 1:

Ta có: BI = AO = 2f = 2OF, nên OF là đường trung bình của tam giác B'BI.

Từ đó suy ra OB = OB'.

Xét hai tam giác vuông: $ΔBAO$ và $ΔB'A'O$ có:

+ OB = OB'

+ $\widehat{BOA}=\widehat{B'OA'}$(đối đỉnh)

Vậy $ΔBAO=ΔB'A'O$ (cạnh huyền – góc nhọn)

Suy ra, OA = OA’ = d’ = 2f (khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và khoảng cách từ vật đến thấu kính bằng nhau).

Suy ra A’B’ = AB (ảnh có độ cao bằng vật).

Cách 2:

Dựa vào hình vẽ, ta nhận thấy:

OA' = 6 ô = 2.OF hay d' = 2f

A'B' = 2 ô = AB

Vậy, vật cách thấu kính d = 2f thì ảnh cách thấu kính d' = 2f và ảnh có độ cao bằng vật.

Báo cáo thực hành

Ngày … tháng … năm

Tên thí nghiệm: Thí nghiệm thực hành đo tiêu cự của thấu kính hội tụ.

Tên học sinh/ nhóm học sinh: ………………..

1. Mục đích thí nghiệm: Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ.

2. Chuẩn bị thí nghiệm:

Dụng cụ: Nguồn sáng, vật sáng (khe chữ F), thấu kính hội tụ, màn chắn, giá quang học.

3. Các bước tiến hành

- Bố trí dụng cụ như hình 6.5, đặt màn chắn và vật sát thấu kính.

- Dịch màn chắn và vật ra xa thấu kính với d = d’ cho đến khi có ảnh rõ nét trên màn và chiều cao của ảnh bằng chiều cao của vật.

- Đo, ghi khoảng cách giữa vật và ảnh theo bảng 6.2.

- Lặp lại các bước thí nghiệm thêm 2 lần và ghi lại kết quả theo bảng 6.2.

Tính giá trị trung bình của khoảng cách giữa vật và ảnh AA’.

$\overline{AA'}=\frac{{l}_{1}+{l}_{2}+{l}_{3}}{3}$

Từ đó, tính tiêu cự của thấu kính và so sánh với giá trị tiêu cự được ghi trên thấu kính.

$\overline{f}=\frac{\overline{AA'}}{4}$

Thảo luận khi làm thí nghiệm, cần chú ý điều gì để kết quả đo khoảng cách giữa vật và ảnh AA’ được chính xác?

4. Kết quả:

Bảng 6.2. Kết quả thí nghiệm đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

Giá trị trung bình của khoảng cách giữa vật và ảnh AA’:

$\overline{AA'}=\frac{{l}_{1}+{l}_{2}+{l}_{3}}{3}=\frac{396+400+404}{3}=400(mm)$

Tiêu cự của thấu kính: $\overline{f}=\frac{\overline{AA'}}{4}=\frac{400}{4}=100(mm)$

5. Nhận xét:

- Tiêu cự của thấu kính bằng với giá trị tiêu cự được ghi trên thấu kính.

- Để kết quả đo khoảng cách giữa vật và ảnh AA’ được chính xác: Xê dịch đồng thời vật và màn ảnh ra xa dần thấu kính, nhưng phải luôn luôn giữ sao cho d = d', cho đến khi thu được một ảnh rõ nét, cao bằng vật.

6. Kết luận:

Khi vật ở vị trí cách thấu kính d = 2f ta thu được khoảng cách từ ảnh tới thấu kính d’ = 2f, ảnh có độ cao bằng vật và tiêu cự $f=\frac{d+d'}{4}=\frac{AA'}{4}$ .

Một số trường hợp dùng kính lúp:

- Đọc sách chữ nhỏ.

- Sửa chữa đồng hồ, máy tính, ….

- Quan sát côn trùng nhỏ (kiến, bọ chó, …)

Theo đề bài ta có: OF = f = 50 cm, OA’ = 50 cm.

- Xét 2 tam giác: $ΔABO$ và $ΔA'B'O$ có:

Góc O chung

$\widehat{B'A'O}=\widehat{BAO}={90}^{0}$

$\Rightarrow ΔABO\sim ΔA'B'O$(tam giác vuông có 1 góc bằng nhau)

$\Rightarrow \frac{AO}{A'O}=\frac{AB}{A'B'}$ (1)

- Xét 2 tam giác: $ΔOIF'$ và $ΔA'B'F'$ có:

Góc F’ chung

$\widehat{B'A'F'}=\widehat{IOF'}={90}^{0}$

$\Rightarrow ΔOIF'\sim ΔA'B'F'$(tam giác vuông có 1 góc bằng nhau)

$\Rightarrow \frac{IO}{A'B'}=\frac{AB}{A'B'}=\frac{OF'}{A'F'}=\frac{OF'}{OA'+OF'}$(2)

Từ (1) và (2) $\Rightarrow \frac{AO}{A'O}=\frac{OF'}{OA'+OF'}$

Vật cần đặt sách cách thấu kính một khoảng để OA’ = 50 cm là

$OA=\frac{OA'.OF'}{OA'+OF'}=\frac{50.50}{50+50}=25cm$

- Khoảng cách từ vật đến kính lúp nhỏ hơn tiêu cự:

Ảnh quan sát được là ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật.

- Khoảng cách từ vật đến kính lúp bằng tiêu cự:

Không thu được ảnh.