Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 7: Mắt và các dụng cụ quang học - Chuyên đề 2: Thấu kính - Dạng 2: Xác định các đại lượng trong công thức tính độ tụ phương pháp chung (Có lời giải)

Nội dung text: Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 7: Mắt và các dụng cụ quang học - Chuyên đề 2: Thấu kính - Dạng 2: Xác định các đại lượng trong công thức tính độ tụ phương pháp chung (Có lời giải)

1. CHƯƠNG VII. MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC CHUYÊN ĐỀ 2: THẤU KÍNH B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG 2. Xác định các đại lượng trong công thức tính độ tụ phương pháp chung 1. Phương pháp: Áp dụng công thức tính độ tụ hoặc tiêu cự: Công thức độ tụ (tiêu cự) 1 ntk 1 1 D 1 f nmt R1 R2 Quy ước: mặt cầu lồi thì R 0 , mặt cầu lõm thì R 0 , mặt phẳng thì R , n là chiết suất của chất làm thấu kính, nmt là chiết suất của môi trường đặt thấu kính. 2. Ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Thủy tinh làm thấu kính có chiết suất n 1,5 . a) Tìm tiêu cự của các thấu kính khi đặt trong không khí. Nếu: - Hai mặt lồi có bán kính 10cm, 30 cm - Mặt lồi có bán kính 10cm, mặt lõm có bán kính 30cm. 20 10 A. f 15 cm; f 30 cm. B. f cm; f cm. 1 2 1 3 2 3 20 10 C. f cm; f cm. D. f 15 m; f 30 m. 1 3 2 3 1 2 4 b) Tính lại tiêu cự của thấu kính trên khi chúng được dìm vào trong nước có chiết suất n ? 3 5 5 A. f cm; f cm. B. f 60 cm; f 120 cm. 3 3 4 6 3 4 5 5 C. f 120 cm; f 60 cm. D. f m; f m. 3 4 3 3 4 6 Lời giải a) Tiêu cự của các thấu kính là 1 1 1 1 1 20 3 + n 1 0,5 f1 m 15cm f1 R1 R2 0,1 0,3 3 20 1 1 1 1 1 10 3 + n 1 0,5 f2 m 30cm f2 R1 R2 0,1 0,3 3 10 Đáp án A. b) Ta có 1 ntk 1 1 1 1 1 5 3 + 1 f3 m 60cm f3 n mt R1 R3 8 0,1 0,3 3 5 Trang 1
2. 1 ntk 1 1 1 1 1 5 6 + 1 f4 m 120cm f4 nmt R1 R2 8 0,1 0,3 6 5 Đáp án B. Ví dụ 2: Một thấu kính có dạng phẳng cầu, làm bằng thủy tinh có chiết suất n 1,5 . Đặt trong không khí. Một chùm tia sáng tới song song với trục chính cho chùm tia ló hội tụ tại điểm phía sau thấu kính, cách thấu kính 12 cm. a) Thấu kính thuộc loại lồi hay lõm? b) Tính bán kính mặt cầu? A. 6 cm.B. 9 cm.C. 3 cm. D. 4 cm. Lời giải a) Vì chùm tia ló hội tụ nên đó là thấu kính hội tụ, mặt cầu là mặt lồi. 1 1 1 1 1 1 b) n 1 0,5 R 6 cm f R1 R2 12 R Đáp án A. Ví dụ 3: Một thấu kính hai mặt lồi. Khi đặt trong không khí có độ tụ D1 , khi đặt trong chất lỏng có chiết D suất n 1,68 thấu kính lại có độ tụ D 1 . 2 5 a) Tính chiết suất n của thấu kính? A. 1,33.B. 1,2.C. 1,5. D. 1,8. b) Cho D1 2,5 dp và biết rằng một mặt có bán kính cong gấp 4 lần bán kính cong của mặt kia. Tính bán kính cong của hai mặt này? A. R1 25 cm; R2 100 cm. B. R1 30 cm; R2 120 cm. C. R1 20 cm; R2 80 cm. D. R1 15 cm; R2 60 cm. Lời giải 1 1 n 1 D R R n 1 a) 1 5 1 2 n D2 n 1 1 1 1 n n R1 R2 n 5n 5 5. n 1 n 6 0 n 1,5 n 1,68 Đáp án C. 1 1 R1 25 cm b) Theo đề bài ta được: 2,5 1,5 1 R1 4R1 R2 100 cm Đáp án A. Trang 2
3. Ví dụ 4: Một thấu kính thủy tinh có chiết suất n 1,5 . Khi đặt trong không khí nó có độ tụ 5 dp. Dìm thấu kính vào chất lỏng có chiết suất n thì thấu kính có tiêu cự f ' 1m . Tìm chiết suất của thấu kính? A. 1,33.B. 1,5.C. 1,67. D. 1,8. Lời giải D 5 1,5 1 7,5 4 1 5 5 0,5 n 1,67 D 1 1,5 n 3 2 1 f2 n Đáp án C. Ví dụ 5: Một thấu kính thủy tinh có chiết suất n 1,5 có một mặt phẳng và 1 mặt lồi có bán kính R 25cm. Tính tiêu cự của thấu kính trong 2 trường hợp: a) Thấu kính đặt trong không khí? A. f 25 cm. B. f 50 cm. C. f 75 cm. D. f 100 cm. 4 b) Thấu kính đặt trong nước có chiết suất ? 3 A. f 100 cm. B. f 300 cm. C. f 200 cm. D. f 150 cm. Lời giải 1 1 1 1 a) D n 1 0,5. 2 f 50 cm f R1 0,25 Đáp án B. 1 n 1 1 1 1 1 b) D 1 . f 2m 200 cm f n R1 8 0,25 2 Đáp án C. Ví dụ 6: Một thấu kính phẳng - lồi có n 1,6 và bán kính mặt cong là R 10 cm. a) Tính f và D? 1 1 1 1 A. f m. B. f m. C. f m. D. f m. 3 2 6 4 b) Điểm sáng S nằm trên trục chính cách thấu 1m. Xác định tính chất ảnh, vẽ hình? Lời giải 1 1 1 1 1 a) D n 1 0,6. 6 dp f m 16,7 cm f R1 0,1 6 Đáp án C. 1 1 1 b) Từ công thức của thấu kính d d f df 100.16,7 d 20 cm 0 : ảnh thật d f 100 16,7 Trang 3
4. Vậy: Ảnh của S qua thấu kính là ảnh thật cách thấu kính 20 cm Cách dựng ảnh: - Dựng tia Sx theo phương bất kì không song song với trục chính, vẽ một trục phụ Ox song song với tia Sx, 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 điểm ảnh chính) - Tia tới SO truyền thẳng - Giao điểm của 2 tia trên là S là ảnh của S Ví dụ 7: Một thấu kính phẳng - lõm có n 1,5 và bán kính mặt lõm là R 15 cm. Vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính và trước thấu kính. Ảnh qua thấu kính là ảnh ảo cách thấu kính 15 cm và cao 3 cm. Xác định vị trí vật và độ cao của vật? A. Vật cách thấu kính 30cm, AB 6 cm.B. Vật cách thấu kính 15cm, AB 12 cm. C. Vật cách thấu kính 60cm, AB 3 cm.D. Vật cách thấu kính 30cm, AB 12 cm. Lời giải 1 1 1 1 + n 1 0,5. f 30cm 0, vậy thấu kính là thấu kính phân kì f 0,15 0,15 d f 15. 30 + d 30 cm (do ảnh là ảnh ảo nên d 0) d f 15 30 d 15 1 AB + k AB 6 cm d 30 2 AB Đáp án A. Ví dụ 8: Một thấu kính phẳng - lồi có chiết suất n 1,5 và tiêu cự 40 cm. Đặt mắt sau thấu kính quan sát, ta thấy có một ảnh cùng chiều vật và có độ lớn bằng nửa vật. Xác định vị trí ảnh, vật, và bán kính của mặt cầu? A. R 20 cm.B. R 40 cm.C. R 30 cm.D. R 10 cm. Lời giải + Vì ảnh cùng chiều vật nên k 0 và thấu kính ở đây có mặt lồi nên thấu kính là thấu kính hội tụ có f 0 AB d 1 k AB d 2 2d 2 f 2d 40 cm d 20 cm dd d f d d 1 1 1 0,5 + n 1 R 0,5 f 20 cm. f R R Đáp án A. Trang 4
5. Ví dụ 9: Cho một thấu kính thuỷ tinh hai mặt lồi với bán kính cong là 30cm và 20cm. Hãy tính độ tụ và 4 tiêu cự của thấu kính khi nó đặt trong không khí, trong nước có chiết suất n và trong chất lỏng có 2 3 chiết suất n3 1,64 . Cho biết chiết suất của thuỷ tinh n1 1,5 A. f1 24cm; f2 96cm; f3 140,6cm. B. f1 24cm; f2 96cm; f3 140,6cm. C. f1 24cm; f2 96cm; f3 140,6cm. D. f1 24cm; f2 96cm; f3 140,6cm. Lời giải 1 1 1 1 1 25 n1 1 0,5 dp f1 R1 R2 0,2 0,3 6 f1 24cm 1 n1 1 1 1 1 1 25 1 dp f2 96cm f2 n2 R1 R2 8 0,2 0,3 24 f3 140,6cm n 1 1 1 1 7 1 1 175 1 dp f3 n3 R1 R2 82 0,2 0,3 246 Đáp án C. Ví dụ 10: Một thấu kính thuỷ tính (chiết suất n 1,5 ) giới hạn bởi một mặt lồi bán kính 20cm và một mặt lõm bán kính 10cm. Tính tiêu cự và độ tụ của thấu kính khi nó đặt trong không khí và trong chất lỏng có chiết suất n 1,8 . A. f1 40cm; f2 120cm. B. f1 40cm; f2 120cm. C. f1 120cm; f2 40cm. D. f1 80cm; f2 40cm. Lời giải 1 1 1 1 1 D1 n 1 0,5. 2,5 dp f1 R1 R2 0,2 0,1 f1 40cm 1 n 1 1 1 1 1 5 f2 120cm D2 1 dp f2 n R1 R2 6 0,2 0,1 6 Đáp án A. Ví dụ 11: Một thấu kính bằng thuỷ tinh (chiết suất n 1,5 ) đặt trong không khí có độ tụ 8 điôp. Khi nhúng thấu kính vào một chất lỏng nó trở thành một thấu kính phân kì có tiêu cự lm. Tính chiết suất của chất lỏng. A. 1,5.B. 1,6.C. 1,33. D. 1,8. Lời giải D 8 n 1 12 8 1 8 8 0,5 n 1,6 D 1 n n 5 2 1 f2 n Đáp án B. Trang 5
6. Ví dụ 12: Một thấu kính hai mặt lồi cùng bán kính R, khi đặt trong không khí có tiêu cự f 30 cm. Nhúng chìm thấu kính vào một bể nước, cho trục chính của nó thẳng đứng, rồi cho một chùm sáng song song rọi thẳng đứng từ trên xuống thì thấy điểm hội tụ cách thấu kính 80cm. Tính R, cho biết chiết suất 4 của nước bằng 3 A. 30 cm.B. 20 cm.C. 40 cm. D. 25 cm. Lời giải + Khi đặt thấu kính trong nước thì điểm hội tụ cách thấu kính 80 cm f1 80 cm D f n 1 8 n 1 5 1 n D f n 3 n 3 1 1 1 n1 4 3 1 5 1 1 1 R 40 cm 30 3 R R Đáp án C. Ví dụ 13: Thấu kính có chiết suất n 1,5 , hai mặt cầu có bán kính 20 cm và 30cm. Tìm tiêu cự của thấu 4 kính khi thấu kính đặt trong không khí và thấu kính đặt trong nước có chiết suất n trong 2 trường 3 hợp: a) Hai mặt cầu là hai mặt lồi. A. f1 24 cm; f2 96 cm. B. f1 20 cm; f2 30 cm. C. f1 30 cm; f2 20 cm. D. f1 10 cm; f2 50 cm. b) Hai mặt cầu gồm mặt lồi - mặt lõm. A. f3 120 cm; f4 240 cm. B. f3 120 cm; f4 480 cm. C. f3 240 cm; f4 480 cm. D. f3 240 cm; f4 240 cm. Lời giải 1 1 1 n 1 f1 R1 R2 f1 24 cm a) 1 n 1 1 f2 96 cm 1 f2 n R1 R2 Đáp án A. 1 1 1 n 1 f3 R1 R2 f3 120 cm b) 1 n 1 1 f4 480 cm 1 f4 n R1 R2 Đáp án B. Trang 6
7. Ví dụ 14: Thấu kính thủy tinh có chiết suất n 1,5 , mặt phẳng và mặt lồi đặt trong không khí có độ tụ D 2 đp. a) Tính bán kính mặt lồi. A. 25 cm.B. 20 cm.C. 30 cm. D. 50 cm. b) Đặt thấu kính vào cacbon sunfua chiết suất n 1,75. Tính độ tụ của thấu kính. 4 4 2 2 A. dp.B. dp. C. dp.D. dp. 7 7 3 3 Lời giải 1 1 1 0,5 0,5 a) D n 1 R 0,25m 25cm f R R1 D Đáp án A. 1 n 1 1 4 b) D 1 dp. f n R 7 Đáp án B. Ví dụ 15: Thấu kính thủy tinh đặt trong không khí, tiêu cự của thấu kính là f1 . Đặt thấu kính trong chất lỏng n 1,6 , tiêu cự của thấu kính là f2 8. f1 . Tính chiết suất của chất làm thấu kính. A. 1,5.B. 1,33.C. 1,6. D. 1,8. Lời giải f n 1 2 8 8 5n n 1 n 1,5 f n 1 1 1,6 Đáp án A. Ví dụ 16: Một thấu kính thủy tinh chiết suất n 1,5 , một mặt lồi và một mặt lõm, bán kính mặt lõm gấp đôi bán kính mặt lồi. Biết rằng khi đặt thấu kính hứng ánh sáng mặt trời thì thấy một điểm sáng cách thấu kính 20cm. Hãy tính bán kính các mặt cầu của thấu kính. A. 15 cm.B. 5 cm.C. 10 cm. D. 20 cm. Lời giải Khi thấu kính hứng ánh sáng mặt trời có 1 điểm sáng cách thấu kính 20 cm f 20 cm 1 1 1 1 1 n 1 5 10 R1 0,05m 5cm f R1 2R1 2R1 20 Đáp án B. Trang 7