Bài 6. Sự tạo ảnh qua thấu kính. Kính lúp trang 33, 34, 35 Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều

CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 33 SGK KHTN 9 Cánh diều

Quan sát bông hoa qua thấu kính hội tụ, ta thấy bông hoa lớn hơn so với khi nhìn trực tiếp (hình 6.1). Vì sao lại như vậy?

Hình 6.1. Quan sát bông hoa qua thấu kính hội tụ

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức về đặc điểm của kính lúp (Ở lớp 6, các em đã biết kính lúp là một dụng cụ hỗ trợ cho mắt để quan sát các vật nhỏ. Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm) có vành kính gắn với tay cầm (hình 6.7) hoặc chân để.

Kính lúp được sử dụng để tạo ảnh ảo lớn hơn và cùng chiều với vật. Đặt mắt để đón chùm tia ló và quan sát ảnh này.

Mỗi kính lúp có các thông số khác nhau được ghi trên kính lúp: 2x, 3x,... Thông số này cho biết khả năng phóng to ảnh của vật qua kính lúp. Vì vậy, khi sử dụng cần phải chọn loại kính lúp phù hợp.) từ đó đưa ra kết luận vì sao khi dùng kính lúp nhìn bông hoa thì bông hoa lớn hơn so với khi nhìn trực tiếp.

Lời giải chi tiết:

Kính lúp được sử dụng để tạo ảnh ảo lớn hơn và cùng chiều với vật. Đặt mắt để đón chùm tia ló và quan sát ảnh này.

Mỗi kính lúp có các thông số khác nhau được ghi trên kính lúp: 2x, 3x,... Thông số này cho biết khả năng phóng to ảnh của vật qua kính lúp. Vì vậy, khi dùng kính lúp nhìn bông hoa thì bông hoa lớn hơn so với khi nhìn trực tiếp.

CH

Trả lời câu hỏi trang 33 SGK KHTN 9 Cánh diều

Lấy ví dụ về các trường hợp nhìn được ảnh của vật qua thấu kính trong thực tế.

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức về sự tảo ảnh của thấu kính (Khi đặt một vật trước gương phẳng, các tia sáng từ vật đến gương sẽ bị phản xạ trở lại. Ta nhìn thấy ảnh của vật khi các tia phản xạ đi tới mắt ta.

Tương tự, khi đặt vật trước thấu kính, các tia sáng từ vật đến thấu kính cho các tia ló giao nhau hoặc có đường kéo dài giao nhau tạo nên ảnh của vật qua thấu kính. Ta có thể nhìn ảnh của vật khi các tia ló đi tới mắt ta.

Ví dụ, ở hình 6.1 ta nhìn thấy ảnh của bông hoa qua thấu kính hội tụ.) và vận dụng các trường hợp ngoài thực tế đời sống (kính cận, ống nhòm,…) để lấy được ví dụ về các trường hợp nhìn được ảnh của vật qua thấu kính trong thực tế.

Lời giải chi tiết:

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

- Ta nhìn thấy các vật ở xa qua ống nhòm (thấu kính hội tụ).

LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 34 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Vẽ ảnh của điểm sáng S và vật sáng AB vào vở trong một số trường hợp sau:

Trong mỗi trường hợp, chỉ ra đâu là ảnh thật, đâu là ảnh ảo. Nhận xét về chiều và độ lớn của ảnh so với vật.

2. Từ kết quả xác định ảnh trong mỗi trường hợp trên, nêu điều kiện về vị trí đặt vật trước thấu kính để có ảnh thật hoặc ảnh ảo.

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức về cách vẽ ảnh để vẽ ảnh của điểm sáng S và vật sáng AB vào vở trong một số trường hợp được nêu.

Từ hình ảnh của vật trong mỗi trường hợp trên, học sinh nêu điều kiện về vị trí đặt vật trước thấu kính để có ảnh thật hoặc ảnh ảo.

Vẽ ảnh của điểm sáng S (vật sáng nhỏ) nằm ngoài trục chính

• Từ điểm sáng S, ta vẽ hai tia tới thấu kính là tia tới đi qua quang tâm và tia tới song song trục chính của thấu kính.

• Vẽ hai tia ló tương ứng.

• Xác định điểm cắt nhau (hoặc kéo dài cắt nhau) S' của hai tia ló. S' là ảnh của S qua thấu kính (hình 6.2).

Người ta quy ước, đường kéo dài của tia sáng được biểu diễn bằng nét đứt.

Vẽ ảnh của vật sáng AB

Ảnh của một vật là tập hợp ảnh của các điểm trên vật. Trong trường hợp đơn giản, ta xét vật sáng AB có dạng phăng nhỏ, đặt vuông góc với trục chính của thấu kính. Khi đó, ảnh A'B' của AB cũng nằm vuông góc với trục chính của thấu kính.

• Để vẽ ảnh của vật sáng AB ta cần xác định ảnh của điểm A và ảnh của điểm B. Vì điểm A nằm trên trục chính nên ảnh A' của điểm A cũng nằm trên trục chính.

• Vẽ ảnh B' của điểm B.

• Từ B' hạ đường vuông góc xuống trục chính, cắt trục chính tại A' ta được ảnh A'B' của vật sáng AB (hình 6.3).

Ảnh A'B' của vật AB có thể là ảnh thật hoặc ảnh ảo.

Ảnh thật của vật được biểu diễn bằng đường nét liền, ảnh ảo của vật được biểu diễn bằng đường nét đứt.

Lời giải chi tiết:

Ảnh ảo, cùng chiều với vật. Ảnh lớn hơn vật.

Ảnh thật, ngược chiều với vật. Ảnh nhỏ hơn vật.

Ảnh ảo, cùng chiều với vật. Ảnh nhỏ hơn vật.

- Điều kiện về vị trí đặt vật trước thấu kính để có ảnh thật hoặc ảnh ảo.

CH

Trả lời câu hỏi trang 34 SGK KHTN 9 Cánh diều

Tìm hiểu cách vẽ ảnh của vật sáng AB không vuông góc với trục chính của thấu kính ở hình 6.4.

Hình 6.4.

Phương pháp giải:

Cách vẽ ảnh qua thấu kính hội tụ: Trường hợp vật sáng AB đặt theo phương bất kỳ và tia tới thấu kính là bất kỳ

Bước 1: Dựng ảnh B’ của điểm B qua thấu kính với tia bất kỳ

+ Tia tới từ B (tia Bx) theo phương bất kỳ không song song với trục chính, vẽ một trục phụ Ox song song với tia Bx, tia đi qua thấu kính là tia đi qua tiêu điểm phụ F’1 (giao điểm của Ox với tiêu diện là đường thẳng hạ vuông góc với trục chính đi qua tiêu diểm ảnh chính F’).

+ Tia tới BO truyền thẳng.

+ Giao điểm của hai tia trên là điểm B’ ảnh của B.

Bước 2: Dựng ảnh A’ của điểm A qua thấu kính với tia bất kỳ làm tương tự như cách dựng ảnh B’ của B.

Bước 3: Nối A’B’ thu được ảnh của AB

Lời giải chi tiết:

TN

Trả lời câu hỏi thí nghiệm trang 35 SGK KHTN 9 Cánh diều

Thí nghiệm 1. Thấu kính hội tụ

• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt.

Thí nghiệm 2. Thấu kính phân kì

• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt.

So sánh tính chất ảnh trong các trường hợp trên với kết quả ở bảng 6.1.

Phương pháp giải:

Dựa vào kết quả thí nghiệm sự tạo ảnh qua thấu kính và tính chất ảnh của vật qua thấu kính ở bảng 6.1. Từ đó, mô tả tính chất ảnh quan sát khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt thường và đưa ra được trường hợp không tìm được vị trí cho ảnh rõ nét trên màn chắn.

Lời giải chi tiết:

Thí nghiệm 1. Thấu kính hội tụ

- Tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt: ảnh ngược chiều với vật, lúc nhỏ lúc lớn hơn vật.

Thí nghiệm 2. Thấu kính hội tụ

- Tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt: không nhìn thấy ảnh.

Giống tính chất ảnh trong các trường hợp trên với kết quả ở bảng 6.1.

CH

Trả lời câu hỏi trang 35 SGK KHTN 9 Cánh diều

Khi dịch chuyển màn chắn trong thí nghiệm trên, trường hợp nào không tìm được vị trí cho ảnh rõ nét trên màn chắn?

Phương pháp giải:

Dựa vào kết quả thí nghiệm sự tạo ảnh qua thấu kính và tính chất ảnh của vật qua thấu kính ở bảng 6.1. Từ đó, mô tả tính chất ảnh quan sát khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt thường và đưa ra được trường hợp không tìm được vị trí cho ảnh rõ nét trên màn chắn.

Lời giải chi tiết:

- Thấu kính hội tụ: dịch chuyển thấu kính sao cho khoảng cách từ khe chữ F đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự được ghi trên thấu kính.

- Thấu kính phân kì: dịch chuyển thấu kính tại mọi vị trí khác nhau.

CH

Trả lời câu hỏi trang 36 SGK KHTN 9 Cánh diều

Với hình 6.3, chỉ ra các cặp tam giác đồng dạng. Viết các tỉ số đồng dạng của mỗi cặp tam giác đó.

Phương pháp giải:

Sử dụng định nghĩa về tam giác đồng dạng (Hai tam giác gọi là đồng dạng với nhau nếu chúng có ba cặp góc bằng nhau từng đôi một và ba cặp cạnh tương ứng tỉ lệ) từ đó chỉ ta các cặp tam giác đồng dạng và viết các tỉ số đồng dạng của mỗi cặp tam giác đó.

Lời giải chi tiết:

LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 36 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Một thấu kính hội tụ tiêu cự f = 10 cm. Đặt vật ở đâu để thu được ảnh cao bằng vật? Nhận xét tính chất ảnh.

2. Đặt một vật cao 8 mm trước thấu kính hội tụ. Ảnh hứng được trên màn cách thấu kính 12 cm, cao 3,2 cm, vuông góc trục chính.

a) Xác định khoảng cách từ vật tới thấu kính.

b) Tìm tiêu cự của thấu kính.

Phương pháp giải:

Bước 1. Tóm tắt để bài, ghi các kích thước đã cho.

Bước 2. Vẽ ảnh của vật qua thấu kính. (Các khoảng cách và chiều cao vật cần vẽ theo tỉ lệ thích hợp)

Bước 3. Dựa theo hai cặp tam giác đồng dạng thiết lập các tỉ số.

Bước 4. Giải các phương trình thu được.

Lời giải chi tiết:

1.

Ta có: OF = 10 cm, A'B' = AB. Tìm OA và nhận xét tính chất ảnh

Vì ảnh bằng vật nên ảnh sẽ là ảnh thật (vì TKHT chỉ cho ảnh ảo lớn hơn vật)

Từ (1), (2) và (3) ta có:

\(\begin{array}{l}\frac{{OF}}{{OA' - \;OF}} = \frac{{OI}}{{A'B'}} =  > \frac{{OF}}{{OA' - OF}} = \frac{{AB}}{{A'B'}} =  > \frac{{OF}}{{OA' - \;OF}} = \frac{{OA}}{{OA'}}\\ =  > OF.OA' = OA.OA' - OA.OF\\ =  > OF(OA' + OA) = OA.OA'\\ =  > \frac{1}{{\;OF}} = \frac{{OA' + OA}}{{OA'.OA}} =  > \frac{1}{{\;OA}} + \frac{1}{{\;OA'}} = \frac{1}{{OF}}\end{array}\)

Ta có:  \(\frac{{OA'}}{{OA}} = \frac{{A'B'}}{{AB}} = 1 =  > OA = OA'\)

Thay số vào ta được:

\(\frac{1}{{\;OA}} + \frac{1}{{\;OA'}} = \frac{1}{{OF}} =  > \frac{1}{{\;OA}} + \frac{1}{{\;OA}} = \frac{1}{{OF}} =  > OA = 2OF = 2.10 = 20\,cm\)

2.

Ta có: AB = 8 mm = 0,8 cm, OA' = 12 cm, A'B' = 3,2 cm. Tìm OA, OF.

Từ (1), (2) và (3) ta có:

\(\frac{1}{{\;OA}} + \frac{1}{{\;OA'}} = \frac{1}{{OF}}\)

a) Tính OA.

 \(\begin{array}{l}\frac{{OA'}}{{OA}} = \frac{{A'B'}}{{AB}} = \frac{{3,2}}{{0,8}} = 4\\ =  > \frac{{OA'}}{{OA}} = 4 =  > OA = \frac{{OA'}}{4} = \frac{{12}}{4} = 3\,cm\end{array}\)

b) Tính OF.

Thay số vào ta được: \(\frac{1}{{\;OA}} + \frac{1}{{\;OA'}} = \frac{1}{{OF}} =  > \frac{1}{{\;3}} + \frac{1}{{\;12}} = \frac{1}{{OF}} =  > OF = 2,4\,cm.\)

CH

Trả lời câu hỏi trang 37 SGK KHTN 9 Cánh diều

Dựa vào hình vẽ, em chứng tỏ trong trường hợp vật cách thấu kính d = 2f thì ảnh cách thấu kính d' = 2f và ảnh có độ cao bằng vật.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ 6.6 trang 37 SGK, đọc độ dài các đoạn tương ứng (AB, A'B', OA, OA',OF) và so sánh chúng. Từ đó, học sinh chứng tỏ trong trường hợp vật cách thấu kính d = 2f thì ảnh cách thấu kính d' = 2f và ảnh có độ cao bằng vật.

Lời giải chi tiết:

Quy ước: 1 ô = 1 cm

Ta có: OF = 3 cm; AB = 2 cm; OA = 6 cm = 2.OF hay d = 2f

Dựa vào hình vẽ, ta nhận thấy

OA' = 6 cm = 2.OF hay d' = 2f

A'B' = 2 cm = AB

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

CH

Trả lời câu hỏi trang 38 SGK KHTN 9 Cánh diều

Nêu một số trường hợp dùng kính lúp.

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức về đặc điểm của kính lúp (Ở lớp 6, các em đã biết kính lúp là một dụng cụ hỗ trợ cho mắt để quan sát các vật nhỏ. Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm) có vành kính gắn với tay cầm (hình 6.7) hoặc chân để.

Kính lúp được sử dụng để tạo ảnh ảo lớn hơn và cùng chiều với vật. Đặt mắt để đón chùm tia ló và quan sát ảnh này.

Mỗi kính lúp có các thông số khác nhau được ghi trên kính lúp: 2x, 3x,... Thông số này cho biết khả năng phóng to ảnh của vật qua kính lúp. Vì vậy, khi sử dụng cần phải chọn loại kính lúp phù hợp.) từ đó đưa ra một số trường hợp dùng kính lúp.

Lời giải chi tiết:

Các trường hợp dùng kính lúp: quan sát các mẫu vật nhỏ (sợi tóc, các vết nứt trên bề mặt,…)

VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 38 SGK KHTN 9 Cánh diều

Người già thường đeo kính là thấu kính hội tụ để đọc sách. Nếu thấu kính có tiêu cự f = 50 cm thì cần đặt sách cách thấu kính bao nhiêu để ảnh của các dòng chữ trên sách cách thấu kính 50 cm?

Phương pháp giải:

Bước 1. Tóm tắt để bài, ghi các kích thước đã cho.

Bước 2. Vẽ ảnh của vật qua thấu kính. (Các khoảng cách và chiều cao vật cần vẽ theo tỉ lệ thích hợp)

Bước 3. Dựa theo hai cặp tam giác đồng dạng thiết lập các tỉ số.

Bước 4. Giải các phương trình thu được.

Lời giải chi tiết:

Ta có: OF = 50 cm, OA' = 50 cm. Tìm OA.

Từ (1), (2) và (3) ta có:

\[\frac{1}{{\;OA}} - \frac{1}{{\;OA'}} = \frac{1}{{OF}}\]

Thay số vào ta được: \[\frac{1}{{\;OA}} - \frac{1}{{\;OA'}} = \frac{1}{{OF}} =  > \frac{1}{{\;OA}} - \frac{1}{{\;50}} = \frac{1}{{50}} =  > OA = 25\,cm.\]

TN

Trả lời câu hỏi thí nghiệm trang 38 SGK KHTN 9 Cánh diều

• Trong môi trường hợp, đặt mắt ở vị trí thích hợp để nhìn rõ ảnh của vật. Mô tả tính chất hình ảnh quan sát được.

Phương pháp giải:

Dựa vào kết quả thí nghiệm sự tạo ảnh qua thấu kính và tính chất ảnh của vật qua thấu kính ở bảng 6.1. Từ đó, mô tả tính chất ảnh quan sát được

Lời giải chi tiết:

Tính chất ảnh: ảnh ngược chiều với vật, ảnh lớn hơn vật.F