Giải Khoa học tự nhiên 9 trang 53
Lời giải chi tiết SGK Lớp 9 · Môn Khoa Há»c Tá»± NhiĂªn · Trang 53–54
⚠️ Lưu ý: Các trang ảnh hiển thị số 51 – 52, nội dung gồm bài học về Kính lúp và Vẽ sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính hội tụ (Bài 10).
🟡 Hoạt động trang 51 (mục II – Cách quan sát một vật nhỏ qua kính lúp)
Câu 1
Đề bài: Để quan sát được ảnh qua kính lúp, ta phải đặt vật trong khoảng nào trước kính?
Cách giải
Kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn. Muốn quan sát được ảnh của vật qua kính lúp, ảnh phải là ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật.
Theo tính chất của thấu kính hội tụ:
- Khi vật đặt trong khoảng tiêu cự (tức là khoảng cách từ vật đến kính d nhỏ hơn tiêu cự f), thấu kính sẽ tạo ra ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật.
- Khi vật đặt ngoài khoảng tiêu cự (d > f), thấu kính tạo ra ảnh thật, ngược chiều, không quan sát được trực tiếp bằng mắt qua kính.
📌 Đáp án: Phải đặt vật trong khoảng từ quang tâm O đến tiêu điểm chính F của kính lúp, tức là khoảng cách từ vật tới kính phải nhỏ hơn tiêu cự f (d < f).
💡 Mẹo nhớ: "Vật trong tiêu cự – ảnh ảo phóng to" (d < f thì có ảnh ảo cùng chiều, lớn hơn vật).
Câu 2
Đề bài: Vẽ ảnh của vật qua kính lúp khi ngắm chừng ở cực cận.
Cách giải — Dựng ảnh bằng hai tia đặc biệt
Các bước vẽ:
Bước 1: Vẽ thấu kính hội tụ (kính lúp) với trục chính nằm ngang, quang tâm O, hai tiêu điểm F (trước kính) và F' (sau kính).
Bước 2: Đặt vật AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, B ở phía trên. Vật phải đặt trong khoảng OF (tức là d < f).
Bước 3: Từ điểm B, vẽ hai tia sáng đặc biệt:
- Tia 1: Đi song song với trục chính → sau khi qua thấu kính, tia ló đi qua tiêu điểm F' (bên kia thấu kính).
- Tia 2: Đi qua quang tâm O → tia ló tiếp tục thẳng, không đổi hướng.
Bước 4: Hai tia ló này không cắt nhau ở phía sau kính, ta phải kéo dài hai tia ló về phía trước kính (theo đường nét đứt). Giao điểm của hai đường kéo dài chính là B' (ảnh của B).
Bước 5: Từ B', hạ đường vuông góc xuống trục chính, được điểm A'. Đoạn A'B' chính là ảnh ảo của vật AB.
Bước 6: Khi ngắm chừng ở cực cận, ảnh A'B' phải nằm đúng tại điểm cực cận của mắt (cách mắt 25 cm với mắt thường).
📌 Đặc điểm ảnh: Ảnh A'B' là ảnh ảo, cùng chiều với vật, lớn hơn vật, nằm cùng phía với vật so với thấu kính.
💡 Mẹo nhớ: Hai tia đặc biệt qua thấu kính hội tụ: - Tia ∥ trục chính → ló qua F' - Tia qua O → đi thẳng
🟡 Hoạt động trang 54 (mục III – Vẽ sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính hội tụ)
Đề bài: Một vật AB cao 2 cm được đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính một khoảng 7,5 cm, A nằm trên trục chính. Thấu kính có tiêu cự là 5 cm.
a) Sử dụng giấy kẻ ô và vẽ ảnh của vật AB qua thấu kính theo tỉ lệ 1 cạnh của ô vuông tương ứng với 1 cm như Hình 10.6.
b) Xác định vị trí và đặc điểm của ảnh (ảnh thật hay ảnh ảo, cùng chiều hay ngược chiều với vật).
Tóm tắt: h = AB = 2 cm; d = OA = 7,5 cm; f = OF = OF' = 5 cm.
Câu a
Cách giải — Vẽ theo tỉ lệ trên giấy kẻ ô
Bước 1: Chọn tỉ lệ: 1 ô vuông = 1 cm.
Bước 2: Vẽ trục chính nằm ngang. Đánh dấu:
- Quang tâm O
- Tiêu điểm F (cách O 5 ô về bên trái) và F' (cách O 5 ô về bên phải)
- Điểm A cách O 7,5 ô về bên trái (A nằm ngoài F)
- Điểm B phía trên A, cách A 2 ô (AB cao 2 cm, vuông góc trục chính)
Bước 3: Vẽ hai tia sáng đặc biệt từ B:
- Tia 1: Từ B song song trục chính → gặp thấu kính tại I → ló qua F'.
- Tia 2: Từ B qua quang tâm O → đi thẳng.
Bước 4: Hai tia ló cắt nhau tại B' (phía sau thấu kính, ngược phía trên-dưới so với B).
Bước 5: Hạ B' vuông góc xuống trục chính, ta có A'. Đoạn A'B' chính là ảnh.
📌 Trên hình vẽ (Hình 10.6), A' nằm cách O khoảng 15 ô (15 cm) bên phải thấu kính, B' nằm phía dưới trục chính.
Câu b
Cách giải — Dùng tam giác đồng dạng để xác định vị trí và đặc điểm ảnh
Vì d = 7,5 cm > f = 5 cm nên ảnh tạo bởi thấu kính là ảnh thật, nằm ở phía bên kia thấu kính so với vật.
Xét hai cặp tam giác đồng dạng:
🔹 Tam giác OAB ~ tam giác OA'B' (vì AB ∥ A'B', tia BO đi thẳng):
A'B' / AB = OA' / OA → h'/h = d'/d (1)🔹 Tam giác F'OI ~ tam giác F'A'B' (với I là điểm thấu kính, OI = AB = h):
A'B' / OI = F'A' / F'O → h'/h = (d' - f) / f (2)Từ (1) và (2):
d' / d = (d' - f) / f⟺ d' × f = d × (d' - f)
⟺ d' × f = d × d' - d × f
⟺ d × f = d × d' - d' × f = d'(d - f)
⟺ d' = (d × f) / (d - f)
Thay số:
d' = (7,5 × 5) / (7,5 - 5) = 37,5 / 2,5 = 15 (cm)Tính chiều cao của ảnh:
h' = h × (d'/d) = 2 × (15/7,5) = 2 × 2 = 4 (cm)📌 Đặc điểm ảnh A'B': - Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính: d' = 15 cm - Chiều cao ảnh: h' = 4 cm - Là ảnh thật, ngược chiều với vật, lớn hơn vật (vì d' > d).
🟡 Câu hỏi trang 54 (cuối mục III)
Đề bài: Vật AB có độ cao h = 3 cm được đặt vuông góc trước một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 5 cm, điểm A nằm trên trục chính và cách thấu kính một khoảng d = 2f.
a) Dựng ảnh A'B' của AB tạo bởi thấu kính hội tụ theo đúng tỉ lệ.
b) Vận dụng kiến thức hình học tính chiều cao của ảnh (h') và khoảng cách từ ảnh tới quang tâm (d').
Tóm tắt: h = 3 cm; f = 5 cm; d = 2f = 10 cm.
Câu a
Cách giải — Vẽ ảnh theo tỉ lệ
Bước 1: Chọn tỉ lệ: 1 ô vuông = 1 cm.
Bước 2: Trên trục chính, đánh dấu:
- Quang tâm O
- Tiêu điểm F (cách O 5 ô bên trái), F' (cách O 5 ô bên phải)
- Điểm A cách O 10 ô về bên trái (đúng vị trí d = 2f)
- Vẽ vật AB vuông góc trục chính tại A, cao 3 ô (3 cm), B ở phía trên.
Bước 3: Từ B, vẽ hai tia đặc biệt:
- Tia 1: Từ B song song trục chính → qua thấu kính → ló đi qua F'.
- Tia 2: Từ B qua O → đi thẳng.
Bước 4: Hai tia ló cắt nhau tại B' (phía sau thấu kính, dưới trục chính).
Bước 5: Hạ B' vuông góc xuống trục, được A'. Vẽ đoạn A'B' chính là ảnh thật của vật.
📌 Quan sát hình vẽ ta thấy: A' cách O đúng 10 ô (10 cm), A'B' dài đúng 3 ô (3 cm), ngược chiều với AB.
Câu b
Cách 1 — Dùng tam giác đồng dạng
🔹 Tam giác OAB ~ tam giác OA'B' (do AB ∥ A'B'):
h'/h = d'/d (1)🔹 Tam giác F'OI ~ tam giác F'A'B' (với OI = h là chiều cao thấu kính tại I):
h'/h = (d' - f)/f (2)Từ (1) và (2):
d'/d = (d' - f)/f
⟹ d' × f = d × (d' - f)
⟹ d' = (d × f) / (d - f)Thay số: d = 10 cm; f = 5 cm:
d' = (10 × 5) / (10 - 5) = 50 / 5 = 10 (cm)Chiều cao ảnh:
h' = h × (d'/d) = 3 × (10/10) = 3 (cm)Cách 2 — Áp dụng tính chất đặc biệt khi d = 2f
Đây là một trường hợp đặc biệt rất hay gặp:
💡 Mẹo nhớ: Khi vật đặt cách thấu kính hội tụ đúng 2f, ảnh thu được sẽ: - Cách thấu kính cũng đúng 2f (d' = 2f) - Bằng đúng vật về độ lớn (h' = h) - Là ảnh thật, ngược chiều.
Áp dụng: d = 2f = 10 cm ⟹ d' = 2f = 10 cm, h' = h = 3 cm.
📌 Đáp án câu b: - Chiều cao ảnh: h' = 3 cm - Khoảng cách từ ảnh đến quang tâm: d' = 10 cm - Ảnh là ảnh thật, ngược chiều, bằng vật.
🎯 Ghi nhớ chung
🎯 Ghi nhớ: - Kính lúp là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (f < 25 cm), dùng quan sát vật nhỏ. - Phải đặt vật trong khoảng tiêu cự (d < f) để thu được ảnh ảo lớn hơn vật. - Công thức thấu kính: 1/f = 1/d + 1/d' và h'/h = d'/d - Trường hợp đặc biệt d = 2f: ảnh thật, ngược chiều, bằng vật, d' = 2f. - Hai tia đặc biệt khi vẽ ảnh: tia ∥ trục chính → ló qua F'; tia qua O → đi thẳng.