Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 8 Đề và đáp án tham khảo (20)

¤n lun HSG phÇn Quang häc

Các bài tập tham khảo:
Bài 1:
Hai gương phẳng G1, G2 có mặt phản xạ quay
vào nhau và hợp với nhau một góc nhọn α
như hình 1.
Chiếu tới gương G1 một tia sáng SI hợp với
mặt gương G1 một góc β.
a) Vẽ tất cả các tia sáng phản xạ lần lượt trên
hai gương trong trường hợp α=450, β=300 .
b) Tìm điều kiện để SI sau khi phản xạ hai lần
trên G1 lại quay về theo đường cũ.

Bài giải:
1

NguyÔn Anh TuÊn

I

O

α

β

G1

S

G2


¤n lun HSG phÇn Quang häc

a. Gọi I, K, M, N lần lượt là các điểm tới trên
các gương, tính các góc:
∠OIK=β =300; ∠IKO=1050;
∠IKM =300; ∠KMI=1200;
∠KMN =600;
∠MNO =ϕ= 150 từ đó suy ra NS’ khơng thể
tiếp tục cắt G1 Vậy tia sáng chỉ phản xạ hai
lần trên mỗi gương
b. Tia sáng SI sau khi phản xạ trên gương G1
thì chiếu tới G2 theo đường IN và phản xạ tới
G1 theo đường NK
Để tia sáng phản xạ trở lại theo đường cũ thì
NK phải vng góc với G1, Gọi NM là pháp
tuyến của G2 tại N (M ∈G1)
2

NguyÔn Anh TuÊn

G1
I

M

ϕ

α

O

S

β

K

G2 S’

N

I

G1

β

S

M
K
O

G2

α
N

¤n lun HSG phÇn Quang häc

Xét tam giác vng OMN (vng tại N)có
∠OMN=90o- α
Xét tam giác MNI có: ∠OMN=∠MNI+∠MIN
90 − β
mà ∠MIN = β và ∠MNI = 2
(Tam giác
INM vuông tại K)
β
90 − β
o
0
Suy ra: 90 - α =β+ 2 ⇔ 45 - α = 2
⇔β=900-2α
Vậy để có hiện tượng trên thì điều kiện là:
α <450 và ⇔β=900-2α.
o

o

Bài 2:
Có hai gương phẳng G1, G2 đặt vng góc với nhau sao cho hai
gương có mặt phản xạ hướng vào nhau. A là điểm sáng ở giữa hai
gương (hình bên). Hãy xác định số ảnh của A qua hệ hai gương.
3

NguyÔn Anh TuÊn

¤n lun HSG phÇn Quang häc

Giải
+ Điểm sáng A nằm giữa hai gương nên có ảnh là A 1 qua gương
G1 và có ảnh là điểm A2 qua gương G2; trong đó A và A1 đối xứng
nhau qua G1, A và A2 đối xứng nhau qua G2.
+ A1 nằm trước G2 nên cho ảnh A3 đối xứng với A1 qua G2;
tương tự A2 cho ảnh A4 đối xứng với A2 qua G1.
+ Dễ thấy rằng các ảnh A3 và A4 trùng nhau và cùng nằm sau cả
hai gương nên không tiếp tục cho ảnh
(KT Hình học).
+ Vậy qua hệ hai gương, điểm sáng A có 3 ảnh là A 1, A2 và A3
trong đó các điểm A, A1, A2, A3 lập thành một hình chữ nhật.
Bài 3: Mặt trời chiếu xuống mặt sân nằm ngang những tia sáng song
song, hợp với mặt sân một góc α = 600.

4

Ngun Anh Tn


¤n lun HSG phÇn Quang häc

1) Một người cầm cây gậy mảnh, thẳng có chiều dài h = 1,2 m.
Bóng của cây gậy in trên mặt sân có chiều dài L. Tính L khi cây gậy ở
vị trí sao cho:
a.gậy thẳng đứng.
b.bóng của nó trên mặt sân có chiều dài lớn nhất. Tính góc hợp bởi cây

gậy với phương ngang khi đó.
2) Đặt một chiếc gương phẳng hợp với mặt sân một góc β sao cho
ánh sáng phản xạ từ gương có phương song song với mặt sân và chiếu
vng góc vào một bức tường thẳng đứng. Trên tường có một lỗ trịn
bán kính R1 = 5 cm có gắn một thấu kính phân kỳ có tiêu cự f = 50 cm
vừa khít lỗ trịn sao cho chùm sáng tới từ gương phủ đầy mặt thấu kính
và song song trục chính của thấu kính.
a.Xác định giá trị β.

5

Ngun Anh Tn


¤n lun HSG phÇn Quang häc

b.Chùm sáng khúc xạ qua thấu kính tạo ra trên bức tường thứ hai
song song với bức tường đã nêu trên một vết sáng tròn có bán kính
là R2 = 40 cm. Tìm khoảng cách d giữa hai bức tường.
Bài giải
1) Hình vẽ:
h

h

α

α
L

Hinh 2

Lmax

a) Khi gậy đặt thẳng đứng, bóng của gậy có chiều dài:

L = h / tan α = 1, 2 / 3 = 0, 4. 3 ( m )
6

NguyÔn Anh TuÊn


¤n lun HSG phÇn Quang häc

b) Để bóng cây gậy dài nhất, gậy phải được đặt theo phương vng góc
với phương truyền sáng. ⇒ Góc tạo bởi cây gậy và phương ngang là
300.
Chiều dài lớn nhất của bóng: L max = h / sin α = 0,8. 3 ( m ) .
2) Hình vẽ minh họa:
S

S

G’

α

R1

K

I

I

F

C

O

α

β
G
Hinh 2c

R2

G’

K

β
G
Hinh 2d

Do tia phản xạ có phương nằm ngang nên
SˆG ' = KˆG = β .
I
I

7

NguyÔn Anh TuÊn

d
Hinh 2e

(so le trong) ⇒

KˆG =
I
β


¤n lun HSG phÇn Quang häc

I
TH1, hình 2c: SˆG '+β = α = 60 0 ⇒ β = 30 0

TH2, hình 2b:
Từ hình vẽ:

α+ 2β =180 0 ⇒β = 60 0

5 R1 FO
=
=
⇒ FC = 8.FO = 4, 0 ( m ) ⇒ d = OC = 3,5 ( m )
40 R 2 FC

.

Bài 4: Hai gương phẳng G1 và G2 được đặt vng góc với mặt bàn thí
nghiệm, góc hợp bởi hai mặt phản xạ của hai gương là ϕ . Một điểm
sáng S cố định trên mặt bàn, nằm trong khoảng giữa hai gương. Gọi I
và J là hai điểm nằm trên hai đường tiếp giáp giữa mặt bàn lần lượt với
các gương G1 và G2 (như hình vẽ). Cho gương G1 quay quanh I, gương
G2 quay quanh J, sao cho trong khi quay mặt phẳng các gương vẫn ln
vng góc với mặt bàn. Ảnh của S qua G1 là S1, ảnh của S qua G2 là S2.
Biết các góc SIJ = α và SJI = β.
Tính góc ϕ hợp bởi hai gương sao cho khoảng cách S1S2 là lớn nhất.
Bài giải:
8

NguyÔn Anh TuÊn


¤n lun HSG phÇn Quang häc

Theo tính chất đối xứng của ảnh qua gương, ta có:
IS = IS1 = khơng đổi
JS = JS2 = không đổi
nên khi các gương G1, G2 quay quanh I, J thì: ảnh S1
di chuyển trên đường trịn tâm I bán kính IS; ảnh S2
di chuyển trên đường trịn tâm J bán kính JS.
- Khi khoảng cách S1S2 lớn nhất:
Lúc này hai ảnh S1; S2 nằm hai bên đường nối
tâm JI.
Tứ giác SMKN:
ϕ = 1800 – MSN =

1800 – (MSI + ISJ + JSN)
9

NguyÔn Anh TuÊn

S
G2
M

G1

α

N

β

J

I
ϕ

S1

S’

S2
K

S

G1
S1

N

M
β

α

J

I

ϕ
K

G2

S2


¤n lun HSG phÇn Quang häc

=1800 – (α/2 + 1800 - α - β + β/2) = (α+β)/2

Bài 5:Hai gương phẳng AB và CD cùng chiều A
B
dài l=50cm, đặt đối diện nhau, mặt phản xạ
hướng vào nhau, song song với nhau và cách 

M
S
nhau một khoảng a. Một điểm sáng S nằm giữa
hai gương, cách đều hai gương, ngang với hai
D
mép AC (như hình vẽ). Mắt người quan sát đặt C
tại điểm M cách đều hai gương và cách S một khoảng SM = 59cm sẽ
trông thấy bao nhiêu ảnh của S?

Gợi ý cách giải:
Có hai q trình tạo ảnh:
10

Ngun Anh TuÊn


¤n lun HSG phÇn Quang häc

1)

S

(G1 )

S1

(G 2 )

S2

(G1 )

S3...

(G )
2) S (G 2 ) Sa (G1 ) Sb 1

P

•

Sd

S3•
• Sb

Sc ...

S1 •
A

S•

Vì hai gương đặt song song nên số ảnh là vơ hạn,
tuy nhiên mắt chỉ nhìn thấy những ảnh nào có tia phản
tới mắt, nghĩa là chỉ nhìn thấy những ảnh nằm trên
đoạn thẳng PQ, trong đó P và Q là giao điểm của các
đường thẳng MB và MD với đường thẳng qua A và C.
Ta có: ∆PSM : ∆PAB
11

Ngun Anh Tn

C
•

Sa

S2•
• Sc

Q
S4 •

B
M
D

xạ


SM
SP
SP
=
=
a
AB AP
SP2

Ôn luyện HSG phần Quang học

=>

59
SP= 18 3,3a

Vỡ lý do đối xứng ta cũng có: SQ =SP ≈ 3,3a
Vậy: mắt chỉ nhìn thấy ảnh thứ n cho bởi mỗi quá trình nếu SSn<=3,3a
Xét quá trình 1:
AB
S1

S

a

: AS1 = AS = 2
a
a
=> SS1 = AS+AS1 = 2 + 2 = a

CD
S2

S1

a

: CS2 = CS1 = CA + AS1 = a+ 2 =

a
3a
=> SS2 = SC+CS2 = 2 + 2 = 2a

3a
2

AB
S3

S2

S3

CD

S4

3a
2

5a
2

: AS3=AS2=AC+CS2=a+ =
a
5a
=> SS3 =SA + AS3 = 2 + 2 =3a
5a
7a

: CS4 + CS3 =CA +AS3 = a + 2 = 2
12

NguyÔn Anh TuÊn


¤n lun HSG phÇn Quang häc

a

7a

=> SS4 =SC +CS4 = 2 + 2 = 4a
Như thế :
SS4 > 3,3a
Vậy mắt khơng nhìn thấy ảnh S4 và chỉ nhìn thấy 3 ảnh S1 , S2 , S3
Với quá trình 2, tương tự như quá trình 1 mắt sẽ nhìn thấy 3 ảnh Sa , Sb ,
Sc
Kết luận:
Mắt chỉ nhìn được 6 ảnh qua hệ hai gương

13

NguyÔn Anh TuÊn