Giáo án môn Vật lý 9 - Quang học

Ngày soạn : Ngày dạy : Tiết : 34 - 41 QUANG HỌC I.Tóm tắt lý thuyết: Định luật về sự truyền thẳng ánh sáng: Trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền đi theo dường thẳng. Định luật phản xạ ánh sáng: + Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến. + Góc phản xạ bằng góc tới: i’ = i. Gương phẳng: a/ Định nghĩa: Những vật có bề mặt nhẵn, phẳng , phản xạ tốt ánh sáng chiếu tới nó gọi là gương phẳng. b/ Đặc điểm của ảnh tạo bởi gương phẳng: - Aûnh của vật là ảnh ảo. - Aûnh có kích thước to bằng vật. - Aûnh và vật đối xứng nhau qua gương, Vật ở trước gương còn ảnh ở sau gương. - Aûnh cùng chiều với vật khi vật đặt song song với gương. c/ Cách vẽ ảnh của một vật qua gương: - Chọn từ 1 đến 2 điểm trên vật. - Chọn điểm đối xứng qua gương. - Kẻ các tia tới bất kỳ, các tia phản xạ được xem như xuất phát từ ảnh của điểm đó. - Xác định vị trí và độ lớn của ảnh qua gương. II. Phương pháp giải bài tập: Bài 1. Một điểm sng1 cách màn một khoảng SH= 1m. Tại M khoảng giữa SH người ta đặt một tấm bìa hình tròn vuông góc với SH. a/ Tím bán kính vùng tối trên màn nếu bán kính tấm bìa là R=10cm. b/ Thay điểm áng S bằng nguồn sáng hình cầu có bán kính r= 2cm. Tím bán kính vùng tối và vùng nửa tối. Giải: Tóm tắt: SH=1m=100cm SM=MH=SH/2= 50cm I P R=MI= 10cm S M H a/ Tính PH: Xét hai tam giác đồng dạng SIM và SPH ta có: Q b/ Tính PH và PQ: A’ I P Xét hai tam giác bằng nhau IA’A và IH’P A H’ Ta có: PH’ = AA’ S M H =>AA’ =SA’ – SA =MI – SA B PH = R –r = 10 – 2 = 8cm. và ta có:PH = PH’ + H’H = PH’ + IM = PH’ + R = AA’ + R = 8+10 = 18cm Tương tự ta thấy hai tam giác IA’B và IHQ bằng nhau => A’B = H’Q = A’A +AB = A’A +2r = 8 + 2.2 = 12cm => PQ = H’Q + H’P = 12-8= 4 cm Bài 2. Cho hai gương phẳng M và M’ đặt song song có mặt phản xạ quay vào nhau va 2cách nhau một khoảng AB = d = 30cm. Giữa hai gương có một điểm sáng S trên đường thẳng AB cách gương M là 10cm. Một điểm sáng S’ nằm trên đường thẳng song song với hai gương, cách S 60cm. a/ Trình bày cách vẽ tia sáng xuất phát từ S đến S’ trong hai trường hợp: + Đến gương M tại I rồi phản xạ đến S’. + Phản xạ lần lượt trên gương M tại J đến gương M’ tại K rồi truyền đến S’ b/ Tính khoảng cách từ I; J ; K đến AB. Giải: a/ Vẽ tia sáng: Lấy S đối xứng với S1 qua gương M. Đường thẳng SS’ cắt gương M tại I. SIS’ là tia cần vẽ. Lấy S1 đối xứng với S’ qua M’.Nối S1S2 cắt M tại J và cắt M’ tại K. Tia SJKS’ là tia cần vẽ. b/ Tính IA; JA và KB: M’ M Xét tam giác S’SS1 , ta có II’ là đường trung S2 H S’ A’ bình của tam giác S’SS1 nên: I’S’ = I’S = IA = SS’/2 = 60/2 = 30cm K Xét 2 tam giác đồng dạng S1AJ và S1BK, ta có: I’ I => BK = 4 AJ ( 1) J Xét hai tam giác đồng dạng S2HK và S2A’J, ta có: B S A S1 2. Hai gương phẳng có mặt phản xạ hôp thành I D R một góc , chiếu một tia sáng Si đến gương N S thứ nhất phản xạ theo phương IJ đến gương thứ hai rồi phản xạ tiếp theo phương JR. Tìm góc J hợp bởi hai tia SI và JR khi: a/ là góc nhọn. b/ là góc tù. S N Giải: a/ Khi là góc nhọn, theo hình vẽ ta có góc ngoài của I R INJ = => = Xét DIJ có góc ngoài là B D . C©u4.(2,5®iÓm) G1 Hai g­¬ng ph¼ng G1 vµ G2 ®­îc bè trÝ hîp víi nhau mét gãc nh­ h×nh vÏ. Hai ®iÓm s¸ng A . A . B vµ B ®­îc ®Æt vµo gi÷a hai g­¬ng. a/ Tr×nh bµy c¸ch vÏ tia s¸ng suÊt ph¸t tõ A ph¶n x¹ lÇn l­ît lªn g­¬ng G2 ®Õn g­¬ng G1 råi ®Õn B. b/ NÕu ¶nh cña A qua G1 c¸ch A lµ 12cm vµ ¶nh cña A qua G2 c¸ch A lµ 16cm. G2 Bµi 4/ (4 ®iÓm) Hai g­¬ng ph¼ng G1 , G2 quay mÆt ph¶n x¹ vµo nhau vµ t¹o víi nhau mét gãc 600. Mét ®iÓm S n»m trong kho¶ng hai g­¬ng. a) H·y nªu c¸ch vÏ ®­êng ®i cña tia s¸ng ph¸t ra tõ S ph¶n x¹ lÇn l­ît qua G1, G2 råi quay trë l¹i S ?. b) TÝnh gãc t¹o bëi tia tíi xuÊt ph¸t tõ S vµ tia ph¶n x¹ ®i qua S ? C©u 2. Mét ng­êi tiÕn l¹i gÇn mét g­¬ng ph¼ng AB trªn ®­êng trïng víi ®­êng trung trùc cña ®o¹n th¼ng AB. Hái vÞ trÝ ®Çu tiªn ®Ó ng­êi ®ã cã thÓ nh×n thÊy ¶nh cña mét ng­êi thø hai ®øng tr­íc g­¬ng AB (h×nh vÏ). BiÕt AB = 2m, BH = 1m, HN2 = 1m, N1 lµ vÞ trÝ b¾t ®Çu xuÊt ph¸t cña ng­êi thø nhÊt, N2 lµ vÞ trÝ cña ng­êi thø hai. . N2 (Ng­êi thø hai) H . N1 (Ng­êi thø nhÊt) A B 900 I Hai g­¬ng ph¼ng M1 , M2 ®Æt song song cã mÆt ph¶n x¹ quay vµo nhau. C¸ch nhau mét ®o¹n d. Trªn ®­êng th¼ng song song víi hai g­¬ng cã hai ®iÓm S, O víi c¸c kho¶ng c¸ch ®­îc cho nh­ h×nh vÏ a) H·y tr×nh bµy c¸ch vÏ mét tia s¸ng tõ S ®Õn g­¬ng M1 t¹i I, ph¶n x¹ ®Õn g­¬ng M2 t¹i J råi ph¶n x¹ ®Õn O b) TÝnh kho¶ng c¸ch tõ I ®Õn A vµ tõ J ®Õn B C©u 3: Mét ng­êi cao 1,65m ®øng ®èi diÖn víi mét g­¬ng ph¼ng h×nh ch÷ nhËt ®­îc treo th¼ng ®øng. M¾t ng­êi ®ã c¸ch ®Ønh ®Çu 15cm. a) MÐp d­íi cña g­¬ng c¸ch mÆt ®Êt Ýt nhÊt lµ bao nhiªu ®Ó ng­êi ®ã nh×n thÊy ¶nh cña ch©n trong g­¬ng? b) MÐp trªn cña g­¬ng c¸ch mÆt ®Êt nhiÒu nhÊt bao nhiªu ®Ó ng­êi ®ã thÊy ¶nh cña ®Ønh ®Çu trong g­¬ng? c) T×m chiÒu cao tèi thiÓu cña g­¬ng ®Ó ng­êi ®ã nh×n thÊy toµn thÓ ¶nh cña m×nh trong g­¬ng. d) C¸c kÕt qu¶ trªn cã phô thuéc vµo kháang c¸ch tõ ng­êi ®ã tíi g­¬ng kh«ng? v× sao? Ba g­¬ng ph¼ng (G1), (G21), (G3) ®­îc l¾p thµnh mét l¨ng trô ®¸y tam gi¸c c©n nh­ h×nh vÏ Trªn g­¬ng (G1) cã mét lç nhá S. Ng­êi ta chiÕu mét chïm tia s¸ng hÑp qua lç S vµo bªn trong theo ph­¬ng vu«ng gãc víi (G1). Tia s¸ng sau khi ph¶n x¹ lÇn l­ît trªn c¸c g­¬ng l¹i ®i ra ngoµi qua lç S vµ kh«ng bÞ lÖch so víi ph­¬ng cña tia chiÕu ®i vµo. H·y x¸c ®Þnh gãc hîp bëi gi÷a c¸c cÆp g­¬ng víi nhau C©u 1: ChiÕu mét tia s¸ng hÑp vµo mét g­¬ng ph¼ng. NÕu cho g­¬ng quay ®i mét gãc a quanh mét trôc bÊt k× n»m trªn mÆt g­¬ng vµ vu«ng gãc víi tia tíi th× tia ph¶n x¹ sÏ quay ®i mét gãc bao nhiªu? Theo chiÒu nµo? C©u 2: Hai g­¬ng ph¼ng M1 , M2 ®Æt song song cã mÆt ph¶n x¹ quay vµo nhau. C¸ch nhau mét ®o¹n d. Trªn ®­êng th¼ng song song víi hai g­¬ng cã hai ®iÓm S, O víi c¸c kho¶ng c¸ch ®­îc cho nh­ h×nh vÏ a) H·y tr×nh bµy c¸ch vÏ mét tia s¸ng tõ S ®Õn g­¬ng M1 t¹i I, ph¶n x¹ ®Õn g­¬ng M2 t¹i J råi ph¶n x¹ ®Õn O b) TÝnh kho¶ng c¸ch tõ I ®Õn A vµ tõ J ®Õn B C©u 3: Mét ng­êi cao 1,65m ®øng ®èi diÖn víi mét g­¬ng ph¼ng h×nh ch÷ nhËt ®­îc treo th¼ng ®øng. M¾t ng­êi ®ã c¸ch ®Ønh ®Çu 15cm. a) MÐp d­íi cña g­¬ng c¸ch mÆt ®Êt Ýt nhÊt lµ bao nhiªu ®Ó ng­êi ®ã nh×n thÊy ¶nh cña ch©n trong g­¬ng? b) MÐp trªn cña g­¬ng c¸ch mÆt ®Êt nhiÒu nhÊt bao nhiªu ®Ó ng­êi ®ã thÊy ¶nh cña ®Ønh ®Çu trong g­¬ng? c) T×m chiÒu cao tèi thiÓu cña g­¬ng ®Ó ng­êi ®ã nh×n thÊy toµn thÓ ¶nh cña m×nh trong g­¬ng. d) C¸c kÕt qu¶ trªn cã phô thuéc vµo kháang c¸ch tõ ng­êi ®ã tíi g­¬ng kh«ng? v× sao? C©u 4: Ng­êi ta dù ®Þnh ®Æt bèn bãng ®iÖn trßn ë bèn gãc cña mét trÇn nhµ h×nh vu«ng mçi c¹nh 4m vµ mét qu¹t trÇn ë chÝnh gi÷a trÇn nhµ. Qu¹t trÇn cã s¶i c¸nh (Kho¶ng c¸ch tõ trôc quay ®Õn ®Çu c¸nh) lµ 0,8m. BiÕt trÇn nhµ cao 3,2m tÝnh tõ mÆt sµn. Em h·y tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸ch treo qu¹t ®Ó sao cho khi qu¹t quay. Kh«ng cã ®iÓm nµo trªn mÆt sµn bÞ s¸ng loang lo¸ng. C©u 5: Ba g­¬ng ph¼ng (G1), (G21), (G3) ®­îc l¾p thµnh mét l¨ng trô ®¸y tam gi¸c c©n nh­ h×nh vÏ Trªn g­¬ng (G1) cã mét lç nhá S. Ng­êi ta chiÕu mét chïm tia s¸ng hÑp qua lç S vµo bªn trong theo ph­¬ng vu«ng gãc víi (G1). Tia s¸ng sau khi ph¶n x¹ lÇn l­ît trªn c¸c g­¬ng l¹i ®i ra ngoµi qua lç S vµ kh«ng bÞ lÖch so víi ph­¬ng cña tia chiÕu ®i vµo. H·y x¸c ®Þnh gãc hîp bëi gi÷a c¸c cÆp g­¬ng víi nhau H­íng dÉn gi¶i C©u 1: * XÐt g­¬ng quay quanh trôc O tõ vÞ trÝ M1 ®Õn vÞ trÝ M2 (Gãc M1O M1 = a) lóc ®ã ph¸p tuyÕn còng quay 1 gãc N1KN2 = a (Gãc cã c¹nh t­¬ng øng vu«ng gãc). * XÐt DIPJ cã: Gãc IJR2 = hay: 2i’ = 2i + b Þ b = 2(i’-i) (1) * XÐt DIJK cã hay i’ = i + a Þ a = 2(i’-i) (2) Tõ (1) vµ (2) ta suy ra b = 2a Tãm l¹i: Khi g­¬ng quay mét gãc a quanh mét trôc bÊt k× th× tia ph¶n x¹ sÏ quay ®i mét gãc 2a theo chiÒu quay cña g­¬ng C©u 2 a) Chän S1 ®èi xøng S qua g­¬ng M1 ; Chän O1 ®èi xøng O qua g­¬ng M2 , nèi S1O1 c¾t g­¬ng M1 t¹i I , g­¬ng M2 t¹i J. Nèi SIJO ta ®­îc tia cÇn vÏ b) DS1AI ~ D S1BJ Þ Þ AI = .BJ (1) XÐt DS1AI ~ D S1HO1 Þ Þ AI = thau vµo (1) ta ®­îc BJ = C©u 3 : a) §Ó m¾t thÊy ®­îc ¶nh cña ch©n th× mÐp d­íi cña g­¬ng c¸ch mÆt ®Êt nhiÒu nhÊt lµ ®o¹n IK XÐt DB’BO cã IK lµ ®­êng trung b×nh nªn : IK = b) §Ó m¾t thÊy ®­îc ¶nh cña ®Ønh ®Çu th× mÐp trªn cña g­¬ng c¸ch mÆt ®Êt Ýt nhÊt lµ ®o¹n JK XÐt DO’OA cã JH lµ ®­êng trung b×nh nªn : JH = MÆt kh¸c : JK = JH + HK = JH + OB Þ JK = 0,075 + (1,65 – 0,15) = 1,575m c) ChiÒu cao tèi thiÓu cña g­¬ng ®Ó thÊy ®­îc toµn bé ¶nh lµ ®o¹n IJ. Ta cã : IJ = JK – IK = 1,575 – 0,75 = 0,825m d) C¸c kÕt qu¶ trªn kh«ng phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch tõ ng­êi ®Õn g­¬ng do trong c¸c kÕt qu¶ kh«ng phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch ®ã. Nãi c¸ch kh¸c, trong viÖc gi¶i bµi to¸n dï ng­êi soi g­¬ng ë bÊt cø vÞ trÝ nµo th× c¸c tam gi¸c ta xÐt ë phÇn a, b th× IK, JK ®Òu lµ ®­êng trung b×nh nªn chØ phô thuéc vµo chiÒu cao cña ng­êi ®ã. C©u 4 : §Ó khi qu¹t quay, kh«ng mét ®iÓm nµo trªn sµn bÞ s¸ng loang lo¸ng th× bãng cña ®Çu mót qu¹t chØ in trªn t­êng vµ tèi ®a lµ ®Õn ch©n t­êng C vµ D. V× nhµ h×nh hép vu«ng, ta chØ xÐt tr­êng h¬ph cho mét bãng, c¸c bãng cßn l¹i lµ t­¬ng tù (Xem h×nh vÏ bªn) Gäi L lµ ®­êng chÐo cña trÇn nhµ : L = 4 » 5,7m Kho¶ng c¸ch tõ bãng ®Ìn ®Õn ch©n t­êng ®èi diÖn lµ : S1D = T lµ ®iÓm treo qu¹t, O lµ t©n quay cña c¸nh qu¹t. A, B lµ c¸c ®Çu mót khi c¸nh qu¹t quay. XÐt DS1IS3 ta cã : Kho¶ng c¸ch tõ qu¹t ®Õn ®iÓm treo lµ : OT = IT – OI = 1,6 – 0,45 = 1,15m VËy qu¹t ph¶i treo c¸ch trÇn nhµ tèi ®a lµ 1,15m C©u 5 : V× sau khi ph¶n x¹ lÇn l­ît trªn c¸c g­¬ng, tia ph¶n x¹ lã ra ngoµi lç S trïng ®óng víi tia chiÕu vµo. §iÒu ®ã cho thÊy trªn tõng mÆt ph¶n x¹ cã sù trïng nhau cña tia tíi vµ tia lã. §iÒu nµy chØ x¶y ra khi tia KR tíi g­¬ng G3 theo h­íng vu«ng gãc víi mÆt g­¬ng. Trªn h×nh vÏ ta thÊy : T¹i I : = T¹i K: MÆt kh¸c = Do KR^BC Þ Trong DABC cã Û C©u4.(2,5®iÓm) G1 Hai g­¬ng ph¼ng G1 vµ G2 ®­îc bè trÝ hîp víi nhau mét gãc nh­ h×nh vÏ. Hai ®iÓm s¸ng A . A . B vµ B ®­îc ®Æt vµo gi÷a hai g­¬ng. a/ Tr×nh bµy c¸ch vÏ tia s¸ng suÊt ph¸t tõ A ph¶n x¹ lÇn l­ît lªn g­¬ng G2 ®Õn g­¬ng G1 råi ®Õn B. b/ NÕu ¶nh cña A qua G1 c¸ch A lµ 12cm vµ ¶nh cña A qua G2 c¸ch A lµ 16cm. G2 a/-VÏ A’ lµ ¶nh cña A qua g­¬ng G2 b»ng c¸ch lÊy A’ ®èi xøng víi A qua G2 - VÏ B’ lµ ¶nh cña B qua g­¬ng G1 b»ng c¸ch lÊy B’ ®èi xøng víi B qua G1 - Nèi A’ víi B’ c¾t G2 ë I, c¾t G1 ë J . A . B . B’ . A’ J I - Nèi A víi I, I víi J, J víi B ta ®­îc ®­êng ®i cña tia s¸ng cÇn vÏ G1 G2 . A .A2 .A1 b/ Gäi A1 lµ ¶nh cña A qua g­¬ng G1 A2 lµ ¶nh cña A qua g­¬ng G2 Theo gi¶ thiÕt: AA1=12cm AA2=16cm, A1A2= 20cm Ta thÊy: 202=122+162 VËy tam gi¸c AA1A2 lµ tam gi¸c vu«ng t¹i A suy ra HÕt Caâu 3:Moät chuøm tia saùng chieáu leân maët göông phaúng theo phöông naèm ngang, muoán coù chuøm tia phaûn xaï chieáu xuoáng ñaùy gieáng theo phôg thaúng ñöùng ta caàn phaûi ñaët göông nhö theá naøo? Caâu 3: Tia tôùi SI coù phöông naèm ngang. Tia phaûn xaï coù phöông thaúng ñöùng. I Do ñoù : goùc SIâR = 900 S Suy ra : SIââN=NIâR =450 Vaäy ta phaûi ñaët göông hôïp vôùi phöông naèm ngang moät N goùc 450, coù maët phaûn chieáu quay xuoáng döôùi nhö hình veõ 2