Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 54: Kính thiên văn (Nâng Cao)
Mục lục bài viết
Xem toàn bộ tài liệu Lớp 11: tại đây
Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 54: Kính thiên văn (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Câu c1 (trang 264 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Mộc tinh là hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời, có đường kính tại xích đạo khoảng 143 000 km. Khi Mộc tinh cách xa Trái đất 630 000 000 km. Từ Trái đất, nhìn bằng mắt thường có thể thấy rõ Mộc tinh không? Tại sao?
Lời giải:
Góc trông trực tiếp Mộc tinh nhìn từ Trái đất thỏa:
⇒ α0 ≈ 2,27.10-4 rad < αmin = 3.10-4 rad = năng suất phân li của mắt.
Vậy nhìn bằng mắt thường khó có thể thấy rõ Mộc tinh.
Câu c2 (trang 264 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Linh kiện quang học thứ nhất trong kính thiên văn có thể là các loại linh kiện nào? Khi vật AB coi như ở xa vô cùng, nếu ta nhìn thấy rõ qua linh kiện này, thì ảnh A1B1 của nó sẽ nằm ở đâu và có tính chất gì?
Lời giải:
Linh kiện quang học thứ nhất trong kính thiên văn là thấu kính hội tụ O1 có tiêu cự f1 rất lớn (cỡ mét) gọi là vật kính.
Khi vật AB coi như ở xa vô cùng, nếu ta nhìn nó qua linh kiện này thì ảnh A1B1 của nó sẽ nằm ở tiêu diện ảnh chính F’1 của vật kính là ảnh thật.
Câu c3 (trang 264 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Linh kiện quang học thứ hai có thể là các loại linh kiện nào? Khi nhìn A1B1 qua linh kiện quang học thứ hai, để thấy ảnh cuối cùng dưới góc trông lớn thì A1B1 phải đặt ở vị trí nào?
Lời giải:
Linh kiện quang học thứ 2 có thể là thấu kính hội tụ O2 tiêu cự là f2 nhỏ (cỡ cm) và gọi là thị kính.
Khi nhìn A1B1 qua thị kính, để thấy ảnh cuối cùng dưới góc trông lớn thì A1B1 phải được đặt ở vị trí cận cực Cc của mắt.
Câu c4 (trang 265 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy so sánh cấu tạo của kính thiên văn khúc xạ và kính hiển vi.
Lời giải:
* Giống nhau:
Bộ phận chính đều là 2 thấu kính hội tụ: Vật kính O1 và thị kính O2.
* Khác nhau
Kính hiển vi
Kính thiên văn
– Vật kính O1 có tiêu cự rất ngắn (cỡ vài mm).
– Thị kính O2 có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm).
– Khoảng cách O1O2 = const .
– Vật kính O1 có tiêu cự rất dài (cỡ dm)
– Thị kính O2 có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm)
– Khoảng cách O1O2 ≠ const
Câu c5 (trang 266 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy so sánh cách điều chỉnh kính khi ngắm chừng ở kính thiên văn khúc xạ và kính hiển vi. Tại sao lại có sự khác nhau đó?
Lời giải:
– Muốn điều chỉnh kính hiển vi, ta phải điều chỉnh khoảng cách từ vật đến kính d1 sao cho ảnh của vật kính nằm trong khoảng giới hạn thấy rõ CcCv của mắt.
– Để quan sát được ảnh của vật bằng kính thiên văn ta không phải dời toàn bộ kính như kính hiển vi mà chỉ phải điều chỉnh kính để ảnh qua thị kính A2B2 là ảnh ảo, nằm trong giới hạn thấy rõ CcCv của mắt.
– Kính thiên văn là để quan sát các vật ở rất xa, vì vậy khoảng cách d1 giữa vật với vật kính luôn được coi là vô cực. Vì vậy, ta không cần phải điều chỉnh khoảng cách này, tức là không cần chỉnh vật kính.
Câu 1 (trang 267 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Kính thiên văn dùng để làm gì? Tại sao kính thiên văn có thể làm được việc đó?
Lời giải:
Kính thiên văn là dụng cụ quang học hỗ trợ cho mắt để quan sát các vật ở rất xa, bằng cách làm tăng góc trông ảnh của các vật.
Câu 2 (trang 267 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy trình bày cấu tạo của kính thiên văn khúc xạ.
Lời giải:
• Cấu tạo:
Bộ phận chính: 2 thấu kính hội tụ
– Vật kính là một thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (cỡ dm, m)
– Thị kính là thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ cm)
• Sơ đồ tạo ảnh:
Câu 3 (trang 267 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy trình bày cách ngắm chừng ở kính thiên văn khúc xạ. Cho biết cách điều chỉnh kính ngắm chừng ở kính hiển vi và ở rất xa kính thiên văn khúc xạ. Giữa hai cách có điểm gì khác nhau?
Lời giải:
* Cách ngắm chứng ở kính thiên văn khúc xạ: vật ở AB ở rất xa qua vật kính sẽ cho ảnh A1B1 nằm tại tiêu diện ảnh F’1. Điều chỉnh thị kính để ảnh của A1B1 qua thị kính A2B2 là ảnh ảo, nằm trong giới hạn thấy rõ CcCv của mắt.
* Muốn điều chỉnh kính hiển vi, ta phải điều chỉnh khoảng cách từ vật đến kính d1 sao cho ảnh của A1B1 qua thị kính A2B2 là ảnh ảo, nằm trong khoảng giới hạn thấy rõ CcCv của mắt.
* Khác nhau:
– Trong kính hiển vi khoảng cách giữa vật kính O1 và thị kính O2 được giữ không đổi: O1O2 ≠ const
Câu 4 (trang 267 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy thiết lập công thức về số bội giác của kính thiên văn khúc xạ trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
Lời giải:
Vật ở rất xa: d1 = ∞ ⇒ d1‘ ≡ f1
Ngắm chừng ở vô cực: d2‘ ≡ ∞ ⇒ d2 = f2
Số bội giác của kính thiên văn khúc xạ trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực:
Bài 1 (trang 267 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Trong các trường hợp sau, trường hợp nào sử dụng kính thiên văn khúc xạ để quan sát vật là đúng?
A. Thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách giữ nguyên vật kính, dịch chuyển thị kính sao cho nhìn thấy ảnh của vật to và rõ nhất.
B. Thay đổi khoảng cách giữa vật và kính bằng cách dịch chuyển kính so với vật sao cho nhìn thấy ảnh của vật to và rõ nhất.
C. Thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách giữ nguyên thị kính, dịch chuyển vật kính sao cho nhìn thấy ảnh vật to và rõ nhất.
D. Dịch chuyển thích hợp cả vật kính và thị kính sao cho nhìn thấy ảnh của vật to và rõ nhất.
Lời giải:
Sử dụng thiên văn khúc xạ để quan sát rõ vật, ta có thể thay đổi khoảng cách giữa vật kính và thị kính bằng cách giữ nguyên vật kính, dịch chuyển thị kính sao cho nhìn thấy ảnh của vật to và rõ nhất.
Đáp án: A
Bài 2 (trang 267 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Vật kính của một kính thiên văn học sinh có tiêu cự f1 = 1,2m, thị kính là thấu kính hội tụ có tiêu cự f2 = 4 cm. Tính khoảng cách giữa hai kính và số bội giác của kính thiên văn trong trường hợp ngắm chừng ở vô cực.
Lời giải:
Sơ đồ tạo ảnh
Ta có: d1 = ∞ ⇒ d1‘ = f1 = 1,2 m = 120 cm
Trường hợp ngắm chừng ở vô cực: d2‘ = -∞ ⇒ d2 = 4cm
Khoảng cách giữa hai kính khi đó bằng: O1O2 = d1‘ + d2 = f1 + f2‘ = 124 cm
Số bội giác của kính bằng:
Đáp số: a) O1O2 = 124cm
b) G∞ = 30
Bài 3 (trang 268 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một kính thiên văn khúc xạ được điều chỉnh cho một người có mắt bình thường nhìn được ảnh rõ nét của vật ở vô cực mà không phải điều tiết. Khi đó vật kính và thị kính cách nhau 62cm và số bội giác G = 3.
a) Xác định tiêu cự của vật kính và thị kính.
b) Vật quan sát là mặt trăng có góc trông α0 = (1/100) rad. Tính đường kính của ảnh Mặt Trăng cho bởi vật kính.
Lời giải:
Sơ đồ tạo ảnh
a) Trong điều kiện ngắm chừng ở vô cực:
Khoảng cách giữa hai kính đó bằng: O1O2 = f1 + f2 = 62cm (1)
Số bội giác của kính bằng: G∞ = f1/f2 = 30 ⇒ f1 = 30f2 (2)
Từ (1) và (2) suy ra: O1O2 = 31.f2 = 62 ⇒ f2 = 2cm; f1 = 60cm
b) Vì mặt trăng ở rất xa nên ảnh A1B2 nằm tại tiêu điểm ảnh F1‘ của vật kính đó. Do đó:
Đường kính của ảnh Mặt Trăng cho bởi vật kính là:
Đáp số: a) f1 = 60cm; f2 = 2 cm
b) A1B1 = 0,6 cm
Bài 4 (trang 268 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Năm 1610, Ga-li-lê đã quan sát thấy bốn vệ tinh của Mộc tinh, Ganymede là một trong bốn vệ tinh đó là vệ tinh lớn nhất trong số các vệ tinh của các hành tinh trong hệ Mặt trời. Đường kính xích đạo của nó khoảng 5 262 km, nếu Ga-li-lê muốn quan sát thấy vệ tinh này khi nó cách xa Trái Đất là 630 000 000 km thì ông phải dùng kính thiên văn có số bội giác là bao nhiêu?
Lời giải:
Số bội giác:
Trong đó:
Với AB = 5 262 km; d = 630 000 000 km
Điều kiện của kính thiên văn có số bội giác nhỏ nhất là tương ứng với góc trông ảnh α bằng năng suất phân li của mắt αmin
G = Gmin ⇒ α = αmin = 3.10-4 rad
Đáp số: Gmin = 35,9
