Bai giang BDHSG vat li- phan quang-THCS

Ôn thi HSG

phần quang học
Riêng kiến thức về định luật truyền thẳng của áng sáng và gương phẳng
Ta nhìn thấy được một vật khi có ánh sáng từ vật đó mang đến mắt ta. ánh sáng ấy có thể do vật tự nó phát ra (Nguồn sáng) hoặc hắt lại ánh sáng chiếu vào nó. Các vật ấy được gọi là vật sáng.
Ta nhận biết được ánh sáng khi có ánh sáng đi vào mắt ta.
Trong môi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền đi theo 1 đường thẳng.
Các khái niệm cơ bản
Đường truyền của ánh sáng được biểu diễn bằng một đường thẳng có hướng gọi là tia sáng.
Nếu nguồn sáng có kích thước nhỏ, sau vật chắn sáng sẽ có vùng tối.
Nếu nguồn sáng có kích thước lớn, sau vật chắn sáng sẽ có vùng tối và vùng nửa tối.
Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và đường pháp tuyến với gương ở điểm tới.
Góc phản xạ bằng góc tới.
Nếu đặt một vật trước gương phẳng thì ta quan sát được ảnh của vật trong gương.
ảnh trong gương phẳng là ảnh ảo, lớn bằng vật, đối xứng với vật qua gương.
Vùng quan sát được là vùng chứa các vật nằm trước gương mà ta thấy ảnh của các vật đó khi nhìn vào gương.
Vùng quan sát được phụ thuộc vào kích thước của gương và vị trí đặt mắt.
Định luật phản xạ ánh sáng
Lo?i 1 : B�i t?p v? s? truy?n th?ng c?a ỏnh sỏng.
Phân loại bài tập

Cách giải:
- D?a trờn d?nh lu?t truy?n th?ng ỏnh sỏng.
- V?n d?ng ki?n th?c v? t?m giỏc d?ng d?ng, t/c t? l? th?c.
- Cụng th?c tớnh di?n tớch, chu vi cỏc hỡnh.
- HD HS bi?t s? d?ng ki?n th?c v? hỡnh chi?u b?ng dó h?c trong mụn cụng ngh? l?p 8 d? tu?ng tu?ng hỡnh khụng gian.
Thớ d? 1 (200 b�i t?p v?t lớ): M?t di?m sỏng d?t cỏch m�n m?t kho?ng 2m, gi?a di?m sỏng v� m�n ngu?i ta d?t 1 dia ch?n sỏng hỡnh trũn sao cho dia song song v?i m�n v� di?m sỏng n?m trờn tr?c di qua tõm v� vuụng gúc v?i dia.
a) Tỡm du?ng kớnh c?a búng den in trờn m�n bi?t du?ng kớnh c?a dia d = 20cm v� dia cỏch di?m sỏng 50 cm.
b) C?n di chuy?n dia theo phuong vuụng gúc v?i m�n m?t do?n bao nhiờu, theo chi?u n�o d? du?ng kớnh búng den gi?m di m?t n?a?
c) Bi?t dia di chuy?n d?u v?i v?n t?c v = 2m/s. Tỡm v?n t?c thay d?i du?ng kớnh c?a búng den.
d) Gi? nguyờn v? trớ c?a dia v� m�n nhu cõu b thay di?m sỏng b?ng v?t sỏng hỡnh c?u du?ng kớnh d1 = 8cm. Tỡm v?
trớ d?t v?t sỏng d? du?ng kớnh búng den v?n nhu cõu a.
Tỡm di?n tớch c?a vựng n?a t?i xung quanh búng den?
Hướng dẫn cách giải
+)HD HS biết áp dụng KT về tam giác đồng dạng để rút ra tỷ số về các cạnh.
+)Xác định k/c thay đổi 1 nửa là đường kính bóng đen nên bán kính tương ứng giảm 1 nửa từ đó xđ được k/c cần dịch chuyển.
+)Xác định được vận tốc nhờ ct: v=s/t(HDHS tính s?)
+)Lưu ý thay điểm sáng bằng vật sáng và giữ k/c không đổi- Tính diện tích hình tròn.
Lời giải cụ thể










a, Gọi AB, A’B’ lần lượt là đường kính của đĩa và của bóng đen.
Theo tam giác đồng dạng ta có:






b) Gọi A2, B2 lần lượt là trung điểm của I’A’ và I’B’. Để đường kính bóng đen giảm đi một nửa(tức là A2B2) thì đĩa AB
phải nằm ở vị trí A1B1. Vì vậy đĩa AB phải dịch chuyển về phía màn .
Theo tam giác đồng dạng ta có :






Vậy cần dịch chuyển đĩa một đoạn II1 = SI1 – SI = 100-50 = 50 cm
c) Thời gian để đĩa đi được quãng đường I I1 là:
t = S/v = I I1/v = 0.5/2 = 0,25 s
Tốc độ thay đổi đường kính của bóng đen là:

v’ = = = 1,6m/s
d) Gọi CD là đường kính vật sáng, O là tâm .Ta có:
MI3 =

Mặt khác :
=> OI3 = MI3 - MO =
Vậy đặt vật sáng cách đĩa một khoảng là 20 cm
Diện tích vùng nửa tối

S =
Thớ d? 2: (200 b�i t?p v?t lớ)
Ngu?i ta d? d?nh m?c 4 búng dốn trũn ? 4 gúc
c?a m?t tr?n nh� hỡnh vuụng, m?i c?nh 4 m v� m?t
qu?t tr?n ? dỳng gi?a tr?n nh�, qu?t tr?n cú s?i
cỏnh l� 0,8 m ( kho?ng cỏch t? tr?c d?n d?u cỏnh), bi?t tr?n
nh� cao 3,2 m tớnh t? m?t s�n. Hóy tớnh toỏn thi?t k? cỏch
treo qu?t tr?n d? khi qu?t quay, khụng cú di?m n�o trờn m?t
s�n loang loỏng.

Gợi ý cách giải
Để khi quạt quay, không một điểm nào trên sàn sáng loang loáng thì bóng của đầu mút cánh quạt chỉ in trên tường và tối đa là đến chân tường C, D vì nhà hình hộp vuông, ta chỉ xét trường hợp cho một bóng, còn lại là tương tự
(Vận dụng kiến thức về định lí Pi-ta-go
Kết hợp kiến thức về tam giác đồng dạng để tính đướng chéo của h.vuông tỷ số các cạnh tương ứng, t/c 2 đường chéo của tam giác vuông)
Lo?i 2: V? du?ng di c?a tia sỏng qua guong ph?ng, ?nh c?a v?t qua guong ph?ng, h? guong ph?ng.
Phương pháp giải:
*Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng.
+ Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.
+ Góc phản xạ bằng góc tới.
* Dựa vào tính chất ảnh của vật qua gương phẳng:
+ Tia phản xạ có đường kéo dài đi qua ảnh của điểm sáng phát ra tia tới.
Thí dụ 1:
Cho 2 gương phẳng M và N có hợp với nhau một góc và có mặt phản xạ hướng vào nhau. A, B là hai điểm nằm trong khoảng 2 gương. Hãy trình bày cách vẽ đường đi của tia sáng từ A phản xạ lần lượt trên 2 gương M, N rồi truyền đến B trong các trường hợp sau:
a) Là góc nhọn
b) Là góc tù
c) Nêu điều kiện để phép vẽ thực hiện được.

Góc nhọn
Góc tù
(HDHS biết xác định ảnh của A qua gương M;của B qua gương N, tuân theo định luật phản xạ ánh sáng và đặc tính: đường kéo dài của tia phản xạ đi qua ảnh của từng điểm sáng...
Cách vẽ cụ thể :
Dựng ảnh A’ của A qua (M)
(A’ đối xứng A qua (M)
Dựng ảnh B’ của B qua (N)
(B’ đối xứng B qua (N)
-Nối A’B’ cắt (M) và (N) lần lượt tại I và J
Tia A IJB là tia cần vẽ.
*)Lưu ý:
Đối với hai điểm A, B cho trước. Bài toán chỉ vẽ được khi A’B’cắt cả hai gương (M) và (N)
Dựng ảnh A’ của A qua (M)
Dựng ảnh A’’ của A’ qua (N)
Nối A’’B cắt (N) tại J
Nối JA’ cắt (M) tại I
Tia AIJB là tia cần vẽ.
*)Cách vẽ khác:
(M)
(N)
Thớ d? 2: ( 500 b�i t?p): Hai guong ph?ng (M) v� (N) d?t song song quay m?t ph?n x? v�o nhau v� cỏch nhau m?t kho?ng AB = d. Trờn do?n th?ng AB cú d?t m?t di?m sỏng S cỏch guong (M) m?t do?n SA = a. Xột m?t di?m O n?m trờn du?ng th?ng di qua S v� vuụng gúc v?i AB cú kho?ng cỏch OS = h.
a) V? du?ng di c?a m?t tia sỏng xu?t phỏt t? S ph?n x? trờn guong (N) t?i I v� truy?n qua O.
b) V? du?ng di c?a m?t tia sỏng xu?t phỏt t? S ph?n x? l?n lu?t trờn guong (N) t?i H, trờn guong (M) t?i K r?i truy?n qua O.
c) Tớnh cỏc kho?ng cỏch t? I, K, H t?i AB.
*O
*
S
(N)
(M)
Cách giải
HDHD biết vẽ ảnh của điểm sáng qua gương phẳng và t/c: Tia phản xạ có đường kéo dài đi qua ảnh của điểm sáng
Cách vẽ cụ thể:
a) Vẽ đường đi của tia SIO
- Vì tia phản xạ từ IO phải có đường kéo
dài đi qua S’ (là ảnh của S qua (N).
- Cách vẽ: Lấy S’ đối xứng với S qua (N).
Nối S’O’ cắt (N) tại I. Tia SIO là tia sáng
cần vẽ.
b) Vẽ đường đi của tia sáng SHKO.
- Đối với gương (N) tia phản xạ HK phải có đường kéo dài đi qua ảnh S’ của S qua (N).
- Đối với gương (M) để tia phản xạ từ KO đi qua O thì tia tới HK phải có đường kéo dài đi qua ảnh O’ của O qua (M).
Vì vậy ta có cách vẽ:
- Lấy S’ đối xứng với S qua (N); O’ đối xứng với O qua (M). Nối O’S’ cắt (N) tại H cắt (M) tại K. Tia SHKO là tia cần vẽ.
Thớ d? 3:
a, B?n guong ph?ng G1, G2, G3, G4 quay m?t sỏng v�o nhau l�m th�nh 4 m?t bờn c?a m?t hỡnh h?p ch? nh?t. Chớnh gi?a guong G1 cú m?t l? nh? A.V? du?ng di c?a m?t tia sỏng (trờn m?t ph?ng gi?y v?)
di t? ngo�i v�o l? A sau khi ph?n x? l?n lu?t trờn cỏc guongG2 ; G3; G4 r?i l?i qua l? A di ra ngo�i.

b, Tớnh du?ng di c?a tia sỏng trong tru?ng h?p núi trờn. Quóng du?ng di cú ph? thu?c v�o v? trớ l? A hay khụng?

Cách giải
a) Vẽ đường đi tia sáng.
Tia tới G2 là AI1 cho tia phản xạ I1I2 có đường kéo dài đi qua A2 (là ảnh A qua G2)
Tia tới G3 là I1I2 cho tia phản xạ I2I3 có đường kéo dài đi qua A4 (là ảnh A2 qua G3)

- Tia t?i G4 l� I2I3 cho tia ph?n x? I3A cú du?ng kộo d�i di qua A6 (l� ?nh A4 qua G4)
- M?t khỏc d? tia ph?n x? I3A di qua dỳng di?m A thỡ tia t?i I2I3 ph?i cú du?ng kộo d�i di qua A3 (l� ?nh c?a A qua G4).
- Mu?n tia I2I3 cú du?ng kộo d�i di qua A3 thỡ tia t?i guong G3 l� I1I2 ph?i cú du?ng kộo d�i di qua A5 (l� ?nh c?a A3 qua G3).
Cỏch v?:
L?y A2 d?i x?ng v?i A qua G2; A3 d?i x?ng v?i A qua G4
L?y A4 d?i x?ng v?i A2 qua G3; A6 D?i x?ng v?i A4 qua G4
L?y A5 d?i x?ng v?i A3 qua G3
N?i A2A5 c?t G2 v� G3 t?i I1, I2
N?i A3A4 c?t G3 v� G4 t?i I2, I3, tia AI1I2I3A l� tia c?n v?.
Thí dụ 4:

Cho hai gương phẳng vuông góc với nhau. Đặt 1 điểm sáng S và điểm M trước gương sao cho SM // G2
a) Hãy vẽ một tia sáng từ S tới G1 sao cho
khi qua G2 sẽ lại qua M. Giải thích cách vẽ.
b) Nếu S và hai gương cố định thì điểm M
phải có vị trí thế nào để có thể vẽ được tia sáng như câu a.
c) Cho SM = a; SA = b, AO = a, vận tốc ánh sáng là v
Hãy tính thời gian truyền của tia sáng từ S -> M theo con đường của câu a.
Đây là bài đã thi HSG Huyện
(Cách vẽ ảnh của điểm sáng qua hệ 2 gương vuông góc), tính vận tốc theo công thức tính vận tốc của CĐ
Lo?i 3 : Xỏc d?nh s? ?nh, v? trớ ?nh c?a m?t v?t qua guong ph?ng?
Phương pháp giải: Dựa vào tính chất ảnh của một vật qua gương phẳng: “ảnh của một vật qua gương phẳng bằng vật và cách vật một khoảng bằng từ vật đến gương” (ảnh và vật đối xứng nhau qua gương phẳng)
Thí dụ 1: Hai gương phẳng M và N đặt hợp với nhau một góc < 1800 , mặt phản xạ quay vào nhau. Một điểm sáng A nằm giữa hai gương và qua hệ hai gương cho n ảnh. Chứng minh rằng nếu :


thì n = (2k – 1) ảnh.
HD cách giải:
Đây là BT khái quát: 2 gương hợp với nhau 1 góc nên HS phải biết cách xđ ảnh của điểm sáng với hệ gương, biết khái quát để chứng minh được sau số lần tạo ảnh thì có 2 ảnh cuối cùng trùng nhau.
Cỏch gi?i
Sơ đồ tạo ảnh
A
A

Góc A1OA2 = 2
Góc A3OA4 = 4
......
Góc A2k-1OA2k = 2k
Theo điều kiện bài toán thì 3600/ = 2k
=> 2k = 3600. Vậy góc A2k-1OA2k = 2k = 3600
Tức là ảnh A2k-1 và ảnh A2k trùng nhau
Trong hai ảnh này một ảnh sau gương (M) và một ảnh sau gương (N) nên không tiếp tục cho ảnh nữa.
Vậy số ảnh của A cho bởi hai gương là: n = 2k – 1 ảnh
Thí dụ 3: ( Thi HSG)
Hai gương phẳng AB và CD đặt song song đối diện và cách nhau a=10 cm. Điểm sáng S đặt cách đều hai gương. Mắt M của người quan sát cách đều hai gương (hình vẽ). Biết AB = CD = 89 cm, SM = 100 cm.
a) Xác định số ảnh S mà người quan sát thấy được.
b) Vẽ đường đi của tia sáng từ S đến mắt M sau khi:
- Phản xạ trên mỗi gương một lần.
- Phản xạ trên gương AB hai lần, trên gương CD 1 lần.
Cách giải: Xét ánh sáng từ S truyền theo chiều tới AB trước
ảnh ảo đối xứng với vật qua gương nên ta có:
S
SS1 = a; SS3 = 3a , SS5 = 5a..... SSn = n a
M?t t?i M th?y du?c ?nh th? n, n?u tia ph?n x?
trờn guong AB t?i K l?t v�o m?t v� cú du?ng kộo
d�i qua ?nh Sn. V?y di?u ki?n m?t th?y ?nh Sn l�:
AK AB
Vẽ đường đi của tia sáng:
Lo?i 4: Xỏc d?nh th? tru?ng c?a guong.
Phuong phỏp: (Nh?ng can c?)
- " Ta nhỡn th?y ?nh c?a v?t khi tia sỏng truy?n v�o m?t ta cú du?ng kộo d�i di qua ?nh c?a v?t "
- V? tia t?i t? v?t t?i mộp c?a guong. T? dú v? cỏc tia ph?n x? sau dú ta s? xỏc d?nh du?c vựng m� d?t m?t cú th? nhỡn th?y du?c ?nh c?a v?t.
Thí dụ 1: Hai người A và B đứng trước một gương phẳng (hình vẽ)
a) Hai người có nhìn thấy nhau trong gương không?
b) Một trong hai người đi dẫn đến gương theo phương vuông góc với gương thì khi nào họ thấy nhau trong gương?
c) Nếu cả hai người cùng đi dần tới gương theo phương vuông góc với gương thì họ có thấy nhau qua gương không?
Biết MA = NH = 50 cm; NK = 100 cm, h = 100 cm.
Hướng dẫn cách giải
Điều kiện để nhìn thấy trong gương: Người này phải ở trong thị trường(Vùng nhìn thấy của người kia)
Cách giải:
*)- Thị trường của A giới hạn bởi góc MA’N, của B giới hạn bởi góc MB’N.
- Hai người không thấy nhau vì người này ở ngoài thị trường của người kia.
*)cách gương bao nhiêu mét.
Cho A tiến lại gần. Để B thấy được ảnh A’của A thì thị trường của A phải như hình vẽ sau:
*) Hai người cùng đi tới gương thì họ không nhìn thấy nhau trong gương vì người này vẫn ở ngoài thị trường của người kia.
Thí dụ 2: bằng cách vẽ hãy tìm vùng không gian mà mắt đặt trong đó sẽ nhìn thấy ảnh của toàn bộ vật sáng AB qua gương G.
Gợi ý giải:
AB(G)A’B’
Dựng ảnh A’B’ của AB qua gương. Từ A’ và B’ vẽ các tia qua hai mép gương. Mắt chỉ có thể nhìn thấy cả A’B’ nếu được đặt trong vùng gạch chéo.
Loại 5: Tính các góc.
Thí dụ 1: Chiếu một tia sáng hẹp vào một gương phẳng. Nếu cho gương quay đi một góc quanh một trục bất kỳ nằm trên mặt gương và vuông góc với tia tới thì tia phản xạ sẽ quay đi một góc bao nhiêu? theo chiều nào?
Giải : Xét gương quay quanh trục O
từ vị trí M1 đến M2 (góc M1OM2 = )
lúc đó pháp tuyến cũng quay 1 góc N1KN2 = 
(góc có cạnh tương ứng vuông góc).
Xét tam giác IPJ có IJR2 = JIP + IPJ
Hay 2i’ = 2i +  =>  = 2( i’ – i ) (1)
Xét IJK có IJN2 = JIK + IKJ Hay i’ = i +  =>  = ( i’ – i ) (2)
Từ (1) và (2) =>  = 2  .Vậy khi gương quay một góc  quanh một trục bất kỳ vuông góc với tia tới thì tia phản xạ sẽ quay đi một góc
2 theo chiều quay của gương.
Gợi ý: Khi gương quay quanh trục thì pháp tuyến cũng quay quanh trục một góc đúng bằng góc quay, xác định góc phản xạ quay theo góc của gương căn cứ vào t/c các góc trong và ngoài của tam giác.
Thí dụ 2: Hai gương phẳng hình chữ nhật giống nhau được ghép chung theo một cạnh tạo thành góc như hình vẽ (OM1 = OM2). Trong khoảng giữa hai gương gần O có một điểm sáng S. Biết rằng tia sáng từ S đặt vuông góc vào G1 sau khi phản xạ ở G1 thì đập vào G2, sau khi phản xạ ở G2 thì đập vào G1 và phản xạ trên G1 một lần nữa. Tia phản xạ cuối cùng vuông góc với M1M2. Tính .
*)Gợi ý
Vẽ tia phản xạ SI1 vuông góc với (G1)
Tia phản xạ là I1SI2 đập vào (G2)
Dựng pháp tuyến I2N1 của (G2)
Dựng pháp tuyến I3N2 của (G1)
Vẽ tia phản xạ cuối cùng I3K
Dễ thấy góc I1I2N1 =  ( góc có cạnh tương ứng vuông góc) => góc I1I2I3 = 2
Theo định luật phản xạ ánh sáng ta có:
 KI3 M1 =  I2I3O = 900 - 2 =>  I3 M1K = 2
M1OM cân ở O =>  + 2 + 2 = 5 = 1800 =>  = 360
Thí dụ 3: Chiếu một tia sáng hẹp vào một gương phẳng. Nếu cho gương quay đi một góc quanh một trục bất kỳ nằm trên mặt gương và vuông góc với tia tới thì tia phản xạ sẽ quay đi một góc bao nhiêu? theo chiều nào?
Cách giải: * Xét gương quay quanh trục O từ vị trí M1 đến vị trí M2 (Góc M1O M1 = ) lúc đó pháp tuyến cũng quay 1 góc N1KN2 =  (Góc có cạnh tương ứng vuông góc).
* Xét IPJ có:
Góc IJR2 = hay:
2i’ = 2i +    = 2(i’-i) (1)
* Xét IJK có Góc IJR2 =
hay: i’ = i +    = 2(i’-i) (2)
Từ (1) và (2) ta suy ra  = 2
Tóm lại: Khi gương quay một góc  quanh một trục bất kì thì tia phản xạ sẽ quay đi một góc 2 theo chiều quay của gương
Chúc các đ/c thành công trong việc BDHSG
Quang học