Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9: Bài tập Quang học có đáp án chi tiết

Trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9, chuyên đề Quang học luôn được xem là phần kiến thức trọng tâm, đòi hỏi khả năng tư duy logic và kỹ năng vận dụng công thức linh hoạt. Bài viết này tổng hợp hệ thống bài tập Quang học Vật lý 9 có đáp án chi tiết, giúp các em học sinh nắm chắc kiến thức, rèn luyện kỹ năng giải nhanh và nâng cao tư duy khoa học. Với hướng dẫn cụ thể, từng bước giải rõ ràng, đây sẽ là tài liệu hữu ích cho các em đang trong quá trình ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 cũng như giáo viên cần tài liệu tham khảo để hỗ trợ học sinh.

A. Bài tập ví dụ minh họa chủ đề quang học có hướng dẫn

Hướng dẫn giải

Dựng ảnh A'B' của AB như hình vẽ:

+ Từ B vẽ tia BO, cho tia ló truyền thẳng trên đường kéo dài cắt BI tại B^’

+ Từ B^’ dựng đường vuông góc với trục chính, cắt trục chính tại A^’, ta dựng được ảnh A^’B^’

Do \(AB = \frac{1}{2}OI\) ⇒ AB là đường trung bình của ∆ B'OI vì vậy B' là trung điểm của B'O

⇒ AB là đường trung bình của ∆ A'B'O

⇒ OA' = 2OA = A'B' = 20 (cm)

Do \(OH = AB = \frac{1}{2}A'B'\) nên OH là đường trung bình của ∆FA'B'

⇒ OA' = 20 (cm)

Vậy tiêu cự của thấu kính là: f = 20 (cm)

Hướng dẫn giải

a. Hình vẽ minh họa

∆OAB ~ ∆OA’B’ ⇒ \(\frac{A'B'}{AB} = \frac{OA'}{OA}\) (1)

∆F’OI ~ ∆F’A’B’ ⇒ \(\frac{A'B'}{OI} = \frac{A'F'}{OF'} = \frac{A'B'}{AB}\) (2)

Từ (1) và (2)\(\rightarrow \frac{OA'}{OA} = \frac{A'F'}{OF'} = \frac{OA' - OF'}{OF'}\ \rightarrow \ OA' = \frac{OA.OF'}{OA - OF'}\) (3)

Đặt AA^’ = L, suy ra \(L = OA + OA' = OA + \frac{OA.O{F'}_{}}{OA - OF'}\) (4)

\(\Leftrightarrow OA^{2} - L.OA + L.OF'\ = \ 0\) (5)

Để có vị trí đặt vật, tức là phương trình (5) phải có nghiệm, suy ra:

\(\Delta \geq 0\ \Leftrightarrow \ L^{2} - 4L.OF'\ \geq \ 0\ \Leftrightarrow \ L\ \geq \ 4.OF'\)

Vậy khoảng cách nhỏ nhất giữa vật và ảnh thật của nó L_min = 4.OF^’ = 4f

Khi L_min thì phương trình (5) có nghiệm kép:

\(OA\ = \ \frac{L}{2}\ = 2.OF'\ = 80\ cm\)

\(OA' = L_{\min} - OA\ = \ 80\ cm\)

Thay OA và OA^’ vào (1) ta có: \(\frac{A'B'}{AB}\ = \ \frac{OA'}{OA}\ = \ 1\).

Vậy ảnh cao bằng vật.

b. Khi tịnh tiến vật trước L₁ thì tia tới từ B song song với trục chính không thay đổi nên tia ló ra khỏi hệ của tia này cũng không đổi, ảnh B^’ của B nằm trên tia ló này.

Để ảnh A^’B^’ có chiều cao không đổi với mọi vị trí của vật AB thì tia ló khỏi hệ của tia trên phải là tia song song với trục chính.

Điều này xảy ra khi hai tiêu điểm chính của hai thấu kính trùng nhau (\(F_{1}' \equiv F_{2}^{}\))

Khi đó: O₁F₁^’ + O₂F₂ = O₁O₂ = 40 cm (1)

Mặt khác: \(\frac{O_{2}F_{2}}{O_{1}F_{1}'} = \frac{O_{2}J}{O_{1}I} = \frac{A'B'}{AB} = 3\ \rightarrow \ O_{2}F_{2}^{} = 3.O_{1}F_{1}'\) (2)

Từ (1) và (2) suy ra: f₁ = O₁F₁^’ = 10 cm, f₂ = O₂F₂ = 30 cm.

Hướng dẫn giải

a. - Vẽ A^’ là ảnh của A qua gương G₂ bằng cách lấy A^’ đối xứng với A qua G₂

- Vẽ B^’ là ảnh của B qua gương G₁ bằng cách lấy B^’ đối xứng với B qua G₁

- Nối A^’ với B^’ cắt G₂ ở I, cắt G₁ ở J

- Nối A với I, I với J, J với B ta được đường đi của tia sóng cần vẽ.

Hình vẽ minh họa

b. Gọi A₁ là ảnh của A qua gương G₁

A₂ là ảnh của A qua gương G₂

Theo giả thiết: AA₁=12cm; AA₂=16cm, A₁A₂= 20cm

Ta thấy: 20²=12²+16²

Vậy tam giỏc AA₁A₂ là tam giỏc vuông tại A suy ra góc A = 90⁰

Hình vẽ minh họa

B. Bài tập tự rèn luyện có đáp án chi tiết

Bài tập 1: Hai điểm sáng S₁ và S₂ đặt trước một gương phẳng G như hình vẽ:

a) Đặt mắt tại vùng nào sẽ nhìn thấy đồng thời ảnh của S₁ và S₂?

b) Đặt mắt tại vị trí nào sẽ thấy các ảnh của S₁ và S₂ lồng vào nhau?

Bài tập 2: Hai gương phẳng G₁, G₂ quay mặt phản xạ vào nhau và tạo với nhau một góc 60⁰. Một điểm S nằm trong khoảng hai gương.

a) Hãy vẽ hình và nêu cách vẽ đường đi của tia sáng phát ra từ S phản xạ lần lượt qua G₁, G₂ rồi quay trở lại S.

b) Tính góc tạo bởi tia tới xuất phát từ S và tia phản xạ đi qua S.

Bài tập 3: Chùm tia sáng mặt trời chiếu xuống một gương phẳng G đặt nằm ngang trên mặt đất (Hình 3), chùm phản xạ hắt lên bức tường T. Trên mặt gương có vật AB đặt thẳng đứng có chiều cao là h.

Tìm chiều cao của bóng của AB trên bức tường.

Bài tập 4: Hai gương phẳng hợp với nhau một góc \(\alpha\), mặt phản xạ quay vào nhau. Khoảng giữa hai gương có một điểm sáng S. (Hình vẽ).

a. Hãy trình bày cách vẽ đường đi của tia sáng phát ra từ S đến gương 1, phản xạ lần lượt trên hai gương và tia phản xạ ra khỏi gương 2 đi qua S.

b. Biết \(\alpha\) < 180⁰. Chứng tỏ rằng góc hợp bởi tia tới ban đầu và tia phản xạ ra khỏi gương 2 không phụ thuộc góc tới mà chỉ phụ thuộc góc hợp bởi hai gương.

Bài tập 5: Có 2 gương (I) và (II) hợp với nhau một góc \(\alpha\) = 30⁰ và hai mặt phản xạ quay vào nhau như hình vẽ. Một tia sáng SI đến gương thứ (II) phản xạ theo IJ đến gương thứ (I) rồi phản xạ tiếp theo theo phương JR.

a. Trình bày cách vẽ tia sáng xuất phát từ S phản xạ lần lượt qua hai gương trên.

b. Tính độ lớn góc hợp bởi tia tới SI và tia phản xạ JR.

Tài liệu quá dài để hiển thị hết — hãy nhấn Tải về để xem trọn bộ!

-----------------------------------------------------------------------

Qua hệ thống bài tập Quang học Vật lý 9 có đáp án chi tiết trên đây, các em học sinh không chỉ được rèn luyện kỹ năng giải bài tập mà còn củng cố kiến thức nền tảng vững chắc, sẵn sàng cho các kỳ thi quan trọng. Tài liệu này là nguồn tham khảo hiệu quả cho quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9, giúp các em tự tin chinh phục điểm cao và đạt thành tích xuất sắc. Hãy luyện tập thường xuyên, kết hợp phương pháp học thông minh để nâng cao tư duy và phát triển năng lực toàn diện trong môn Vật lý.