BÍ QUYẾT CHINH PHỤC BÀI TẬP THẤU KÍNH VÀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG – KHTN 9
Chào các em học sinh Lớp 9 thân mến! Thầy/Cô rất vui khi đồng hành cùng các em trong lộ trình ôn thi vào lớp 10. Trong chương trình KHTN 9 (Phân môn Vật lý – Môn Khoa học tự nhiên mới), chủ đề Khúc xạ ánh sáng và Thấu kính là một trong những phần kiến thức quan trọng nhất, chắc chắn sẽ xuất hiện trong các bài kiểm tra định kỳ và đề thi tuyển sinh vào Lớp 10.
Bài viết này được thiết kế theo dạng chuẩn sư phạm: tóm tắt kiến thức, phương pháp giải chuẩn mực và bài tập mẫu lời giải từng bước để các em dễ dàng tra cứu, chép bài và tự học đạt điểm tuyệt đối.
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ CÔNG THỨC TRỌNG TÂM
1. Hiện tượng Khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị gãy khúc (bị lệch hướng) tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau khi truyền xiên góc.
2. Thấu kính hội tụ (TKHT) và Thấu kính phân kì (TKPK)
- Thấu kính hội tụ: Có phần rìa mỏng hơn phần giữa. Chùm sáng tới song song với trục chính cho chùm tia ló hội tụ tại tiêu điểm chính F’.
- Thấu kính phân kì: Có phần rìa dày hơn phần giữa. Chùm sáng tới song song với trục chính cho chùm tia ló phân kì (đường kéo dài đi qua tiêu điểm F).
3. Các tia sáng đặc biệt qua thấu kính
- Tia tới qua quang tâm O: Tiếp tục truyền thẳng.
- Tia tới song song với trục chính: Cho tia ló (hoặc đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm chính F’.
- Tia tới đi qua tiêu điểm F (hoặc hướng tới F): Cho tia ló song song với trục chính.
4. Ký hiệu quy ước dùng trong bài tập hình học
Để giải toán Quang hình học Lớp 9, chúng ta chủ yếu dùng phương pháp Tam giác đồng dạng. Hãy nhớ các ký hiệu sau:
- h = AB: Chiều cao của vật sáng.
- h’ = A’B’: Chiều cao của ảnh.
- d = OA: Khoảng cách từ vật đến thấu kính.
- d’ = OA’: Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính.
- f = OF = OF’: Tiêu cự của thấu kính.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP QUANG HÌNH HỌC TỪNG BƯỚC (STEP-BY-STEP)
Để đạt điểm tối đa bài tập Thấu kính trong đề thi vào 10, các em chỉ cần thực hiện đúng 4 bước chuẩn sau:
- Bước 1: Tóm tắt đề bài. Đổi toàn bộ đơn vị về cùng một chuẩn (thường là cm). Xác định rõ dữ kiện đề bài cho (d, f, h, d’, h’) và ẩn số cần tìm.
- Bước 2: Vẽ hình đúng quy tắc. Dựng vật AB vuông góc với trục chính. Sử dụng 2 trong 3 tia sáng đặc biệt để xác định ảnh A’B’.
- Bước 3: Lập các cặp tam giác đồng dạng.
- Cặp 1: Cặp tam giác vuông chứa vật và ảnh chung đỉnh O: Tam giác ABO đồng dạng với tam giác A’B’O.
- Cặp 2: Cặp tam giác vuông chứa tiêu điểm: Tam giác OI F’ đồng dạng với tam giác A’B’F’ (với I là điểm tới trên thấu kính, OI = AB = h).
- Bước 4: Biến đổi đại số, thay số và kết luận. Lập tỉ số đồng dạng, thế dữ kiện đề bài cho vào hệ phương trình để giải ra kết quả cuối cùng.
III. BÀI TẬP MẪU CHỌN LỌC – CÓ LỜI GIẢI CHI TIẾT
Bài tập 1: Thấu kính hội tụ cho ảnh thật (Dạng phổ biến nhất trong đề thi)
Đề bài: Một vật sáng AB có dạng đoạn thẳng cao h = 2 cm đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 12 cm. Điểm A nằm trên trục chính và cách thấu kính một khoảng d = 18 cm.
a) Hãy dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (không cần đúng tỉ lệ tuyệt đối nhưng phải đúng bản chất).
b) Xác định khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (d’) và chiều cao của ảnh A’B’ (h’).
BÀI LÀM CHI TIẾT:
Tóm tắt dữ kiện:
h = AB = 2 cm
f = OF = OF’ = 12 cm
d = OA = 18 cm
Tìm: d’ = OA’ = ? cm; h’ = A’B’ = ? cm
Lời giải:
a) Dựng ảnh A’B’:
– Từ B vẽ tia tới BI song song với trục chính, tia ló đi qua tiêu điểm F’.
– Từ B vẽ tia tới BO đi qua quang tâm O, tia ló tiếp tục truyền thẳng.
– Hai tia ló cắt nhau tại B’. Từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính tại A’. Ta được A’B’ là ảnh thật, ngược chiều với vật AB.
b) Tính d’ và h’:
Xét tam giác ABO và tam giác A’B’O có:
– Góc A = Góc A’ = 90 độ
– Góc AOB = Góc A’OB’ (hai góc đối đỉnh)
=> Tam giác ABO đồng dạng với tam giác A’B’O (g.g)
Ta có tỉ số đồng dạng thứ nhất:
AB / A’B’ = OA / OA’ <=> h / h’ = d / d’ (Phương trình 1)
Xét tam giác OIF’ và tam giác A’B’F’ có:
– Góc O = Góc A’ = 90 độ
– Góc IF’O = Góc B’F’A’ (hai góc đối đỉnh)
=> Tam giác OIF’ đồng dạng với tam giác A’B’F’ (g.g)
Ta có tỉ số:
OI / A’B’ = OF’ / A’F’
Vì OI = AB, và quan sát hình vẽ ta có A’F’ = OA’ – OF’ (do ảnh thật nằm khác phía với vật). Do đó:
AB / A’B’ = OF’ / (OA’ – OF’) <=> h / h’ = f / (d’ – f) (Phương trình 2)
💡 Gợi ý lựa chọn tốt nhất cho: Sản Phẩm Đề Xuất
Đang có chương trình ưu đãi và giảm giá độc quyền trên BỘ DỤNG CỤ 46 CHI TIẾT, BỘ DỤNG CỤ MỞ BU LÔNG ỐC VÍT ĐA NĂNG. Khám phá ngay!
Xem Chi Tiết & Nhận Ưu Đãi →Từ (1) và (2) suy ra:
d / d’ = f / (d’ – f)
Thay số d = 18 cm và f = 12 cm vào phương trình trên:
18 / d’ = 12 / (d’ – 12)
<=> 18 * (d’ – 12) = 12 * d’
<=> 18d’ – 216 = 12d’
<=> 6d’ = 216
<=> d’ = 36 (cm)
Thay d’ = 36 cm vào phương trình (1):
2 / h’ = 18 / 36
<=> 2 / h’ = 1 / 2
<=> h’ = 4 (cm)
Kết luận: Ảnh A’B’ là ảnh thật, cách thấu kính một khoảng d’ = 36 cm và có độ cao h’ = 4 cm.
Bài tập 2: Thấu kính hội tụ cho ảnh ảo (Khi vật nằm trong khoảng tiêu cự: d < f)
Đề bài: Cho một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 10 cm. Vật sáng AB cao h = 3 cm đặt vuông góc với trục chính, cách thấu kính một khoảng d = 6 cm.
Tính khoảng cách từ ảnh A’B’ đến thấu kính và chiều cao của ảnh.
BÀI LÀM CHI TIẾT:
Tóm tắt dữ kiện:
h = 3 cm; f = 10 cm; d = 6 cm. Tìm: d’ = ?; h’ = ?
Lời giải:
Vì d = 6 cm < f = 10 cm nên vật nằm trong khoảng tiêu cự, qua thấu kính hội tụ sẽ cho ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật.
Tương tự như Bài 1, áp dụng cặp tam giác đồng dạng thứ nhất (ABO và A’B’O), ta có:
h / h’ = d / d’ (1)
Áp dụng cặp tam giác đồng dạng thứ hai (OIF’ và A’B’F’), chú ý vì là ảnh ảo nên điểm A’ nằm cùng phía với A, ta có đoạn A’F’ = OA’ + OF’ = d’ + f.
Ta có tỉ số:
OI / A’B’ = OF’ / A’F’ <=> h / h’ = f / (d’ + f) (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ thức cho trường hợp ảnh ảo qua TKHT:
d / d’ = f / (d’ + f)
Thay số d = 6 cm, f = 10 cm vào:
6 / d’ = 10 / (d’ + 10)
<=> 6 * (d’ + 10) = 10 * d’
<=> 6d’ + 60 = 10d’
<=> 4d’ = 60
<=> d’ = 15 (cm)
Thay d’ = 15 cm vào (1):
3 / h’ = 6 / 15 => h’ = (3 * 15) / 6 = 7.5 (cm)
Kết luận: Ảnh A’B’ là ảnh ảo, cách thấu kính 15 cm và có độ cao 7.5 cm.
IV. MỘT SỐ LƯU Ý BẮT BUỘC ĐỂ KHÔNG MẤT ĐIỂM OAN
- Chú ý bản chất ảnh: Đối với TKHT, nếu d > f cho ảnh thật (A’F’ = d’ – f); nếu d < f cho ảnh ảo (A'F' = d' + f). Lập tỉ số sai đoạn này sẽ dẫn đến kết quả sai toàn bộ.
- Hình vẽ: Đường kéo dài của tia phân kì hoặc ảnh ảo BẮT BUỘC phải vẽ bằng nét đứt. Vẽ nét liền sẽ bị trừ nửa số điểm của bài toán.
- Kết luận: Luôn ghi rõ tính chất ảnh (thật/ảo, cùng chiều/ngược chiều, lớn hơn/nhỏ hơn vật) kèm đơn vị rõ ràng (cm).
Chúc các em học sinh K9 ôn tập thật tốt, làm chủ kiến thức Quang học KHTN 9 và đạt điểm 9+ trong kỳ thi vào Lớp 10 sắp tới!