Lý thuyết và bài tập về Ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng

1. Lý thuyết Ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng

Trong cuộc sống hằng ngày, khi soi mình trong gương thì ta thấy hình ảnh của mình trong gương. Tương tự, những đồ vật được chiếu tới gương thì trên gương xuất hiện hình ảnh của đồ vật đó. Hình ảnh bản thân mình hay đồ vật mà ta nhìn thấy trong gương chính là ảnh của vật qua gương phẳng.

Dựa vào thí nghiệm như hình dưới đây, ta sẽ xác định được một số tính chất ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng:

Dụng cụ thí nghiệm bao gồm: một tấm kính, một gương phẳng, một màn chắn, hai viên phấn, thước đo, giá đỡ, một tấm bìa hình tam giác.

Tiến hành thì nghiệm:

Đầu tiên, ta đặt gương phẳng đứng thẳng trên mặt bằng nằm ngang, sau đó đặt một viên phấn trước gương cách gương một khoảng nhất định và đưa tấm bìa dùng làm màn chắn ra sau gương. Khi nhìn vào thí nghiệm, ta thấy ảnh của viên phấn được tạo bởi gương phẳng không hứng được trên màn chắn.

Tiếp theo, thay gương phẳng bằng một tấm kính màu trong suốt. Dùng viên phấn thứ hai đúng bằng viên phấn thứ nhất, đưa ra sau tấm kính để kiểm tra dự đoán về độ lớn của ảnh. Từ thí nghiệm này, ta sẽ đo được độ lớn của ảnh của một tạo bởi gương phẳng lớn bằng độ lớn của vật.

Sau đó, kẻ đường thẳng MN đánh dấu vị trí của gương. Điểm A là đỉnh của miếng bìa hình tam giác và A' là ảnh của nó. Lấy bút chì đánh dấu vị trí A'. Kết quả đo được, AA' vuông góc với MN và A, A' có cách đều MN.

Cuối cùng, dựa vào hình dưới đây, vẽ điểm sáng S (nguồn sáng nhỏ) đặt trước gương phẳng và hai tia sáng xuất phát từ S tới gương.

+ Vẽ ảnh S' của S tạo bởi gương phẳng: biết rằng S và S' đối xứng với nhau qua gương nên ta sẽ từ S vẽ một đường thăng vuông góc với mặt phẳng rối xác định S' sao cho S' đối với S. 

+ Vẽ tia phản xạ: tia phản xạ luôn có đường kéo dài đi qua ảnh S' của S qua gương nên đối với tia tới SI thì ta nối S'I rồi vẽ tia đối của tia IS' và ta được tia phản xạ IR. Tương tự với tia tới SK thì ta nối S'K, sau vẽ tia đối của tia KS' và ta được tia phản xạ KM.

+ Mắt ta nhìn S' bởi các tia phản xạ lọt vào mắt ta như đi thẳng từ S' tới mắt. Do đó, để nhìn thấy được S' thì ta cần đặt mắt ở vị trí hứng chùm tia phản xạ truyền tới mắt như hình vẽ phía trên.

+ Không hứng được S' trên màn chắn vì chỉ có đường kéo dài của các tia phản xạ gặp nhau ở S' chứ không có ánh sáng thật đến S'.

Từ thí nghiệm trên, ta sẽ có được một số kết luận và đây cũng là tính chất ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng, cụ thể:

Thứ nhất, ảnh ảo được tạo bởi gương phẳng không hứng được trên màn chắn và lớn bằng vật.

Thứ hai, khoảng cách từ một điểm của vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương.

Thứ ba, các tia sáng từ điểm sáng S tới gương phẳng cho tia phản xạ có đường kéo dài đi qua ảnh ảo S'.

2. Dạng bài về Ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng

Dạng 1: Vẽ ảnh của một vật được tạo bởi gương phẳng

Khi vẽ ảnh của một vật được tạo bởi gương phẳng thì ta vẽ ảnh của các điểm đặc biệt trên ảnh, sau đó mình nối các điểm ảnh đó và cuối cùng ta sẽ được ảnh của vật.

Để làm được dạng bài này, ta sẽ áp dụng một số kiến thức sau:

Thứ nhất, định luật phản xạ ánh sáng: "Hiện tượng phản xạ ánh sáng là hiện tượng xảy ra khi chiếu một tia sáng vào gương mà bị gương hắt trở lại môi trường cũ".

Trong đó: 

SI: Tia tới; IR: Tia phản xạ; IN: Tiếp tuyến

 = i: Góc tới và  = i': Góc phản xạ

Theo hình, tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của gương ở điểm tới; đồng thời góc phản xạ bằng góc tới (i = i').

Thứ hai, tính chất của ảnh được tạo bởi gương phẳng:

+ Ảnh ảo tạo bởi gương phẳng không hứng được trên màn chắn và lớn bằng vật.

+ Khoảng cách từ một điểm của vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương.

+ Các tia sáng từ điểm sáng S tới gương phẳng cho tia phản xạ có đường kéo dài đi qua ảnh ảo S'.

Cụ thể, ta có 02 cách để vẽ ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng:

Cách 1: Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng

Bước 1: Từ điểm S vẽ hai tia tới bất kỳ đến gương phẳng bằng nét liền.

Bước 2: Ta sẽ sử dụng định luật phản xạ ánh sáng để vẽ các tia phản xạ bằng nét liền.

Bước 3: Tạo một đường thẳng kéo dài của các tia phản xạ bằng nét đứt.

Bước 4: Xác định ảnh ảo S' - là giao điểm của các đường kéo dài đã được thực hiện từ các bước trên.

Cách 2: Sử dụng tính chất của ảnh của gương phẳng

Ảnh của một vật chính là tập hợp ảnh của tất cả các điểm trên vật đó. Do đó, khi vẽ ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng thì xác định ảnh đối xứng với vật qua gương phẳng.

Dạng 2: Tính khoảng cách từ vật tới ảnh của vật qua gương phẳng

Dạng toán này ta cần áp dụng tính chất ảnh của vật qua gương phẳng: Khoảng cách từ một điểm của vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương. Tức là, khoảng cách từ vật tới ảnh gấp hai lần so với khoảng cách từ vật tới gương.

3. Bài tập ôn luyện

Bài 1: Nói về tính chất ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng, câu phát biểu nào dưới đây là đúng?

A. Hứng được trên màn và lớn bằng vật

B. Không hứng được trên màn và bé hơn vật

C. Không hứng được trên màn và lớn bằng vật

D. Hứng được trên màn và lớn hơn vật

=> Đáp án: C. Vì theo tính chất ảnh của vật tạo bởi gương phẳng: ảnh ảo, không hứng được trên màn và có độ lớn bằng vật.

Bài 2: Ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng không có tính chất nào dưới đây?

A. Hứng được trên màn và lớn bằng vật

B. Không hứng được trên màn

C. Không hứng được trên màn và lớn bằng vật

D. Cách gương một khoảng bằng khoảng cách từ vật đến gương

=> Đáp án: A. Vì ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng có tính chất là hứng được trên màn và lớn bằng vật.

Bài 3: Một điểm sáng S đặt trước một gương phẳng một khoảng d cho một ảnh S' cách gương một khoảng d'. So sánh d và d'?

A. d = d'

B. d > d'

C. d < d'

D. Không có so sánh được vì ảnh là ảnh ảo, vật là thật

=> Đáp án: A. Vì khoảng cách từ một điểm của vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó đến gương, do đó d = d'.

Bài 4: Cho một điểm sáng S đặt trước một gương phẳng cách gương 5cm

1. Hãy vẽ ảnh của S tạo bởi gương theo hai cách: áp dụng tính chất ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng và áp dụng định luật phản xạ ánh sáng.

2. Ảnh vẽ theo hai cách có trùng nhau không?

Giải:

1. Vẽ ảnh của S theo hai cách:

Cách 1: Áp dụng tính chất ảnh của một vật tạo bởi gương phẳng

Vì ảnh S' và S đối xứng với nhau qua mặt gương nếu ta vẽ ảnh S', cụ thể: từ điểm S vẽ tia SH vuông góc với mặt gương tại H; trên tia đối với tia HS lấy điểm S' sao cho S'H = SH, S' là ảnh của S qua gương cần vẽ.

Cách 2: Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng

Đầu tiên, vẽ hai tia tới SI, SK và các pháp tuyến IN1 và KN2.

Tiếp đó, vẽ hai tia phản xạ IR và KR' dựa vào tính chất góc tới bằng góc phản xạ.

Cuối cùng, kéo dài hai tia phản xạ IR và KR' gặp nhau ở đúng điểm S' mà ta đã vẽ như trong cách 1.

2. Ảnh vẽ theo hai cách trên trùng nhau.

Bài 5: Một vật sáng AB đặt trước một gương phẳng như hình dưới đây. Góc tạo bởi vật và mặt phẳng gương bằng 60°. Hãy vẽ ảnh của một vật tạo bởi gương và tìm góc tạo bởi ảnh và mặt gương.

Giải:

Vì ảnh và vật đối xứng nhau qua gương nên ta xác định ảnh của vật AB bằng cách sau:

+ Xác định ảnh A' của A bằng cách dựng AH vuông góc với gương, trên tia đối của tia HA lấy điểm A' sao cho A'H = HA. Vậy A' là ảnh của A qua gương cần vẽ.

Tương tự, ta xác định ảnh B' của B qua gương.

+ Nối A' và B' thì ta được ảnh A'B' của AB qua gương (thể hiện bằng nét đứt).

Bài 6: Cho một điểm sáng S đặt trước gương phẳng

a) Vẽ ảnh S' của S tạo bởi gương (dựa vào tính chất của ảnh)

b) Vẽ tia tới SI cho một tia phản xạ đi qua một điểm A ở trước gương (hình ảnh dưới đây)

Giải:

a) Vẽ như hình dưới đây: SS' vuông góc với gương tại điểm H sao cho SH = S'H

b) Các tia phản xạ kéo dài đều đi qua ảnh S'. Sau đó, vẽ S'A cắt gương ở I, SI là tia tới cho tia phản xạ IR đi qua A.

Bài 7: Một đồ vật được đặt cách gương phẳng 1,5m. Sau đồ vật này được bạn Lan dịch chuyển lại gần gương một khoảng là 0,5m. Tính khoảng cách của đồ vật tới ảnh của đồ vật được tạo bởi gương phẳng là bao nhiêu?

Giải:

Khi dịch chuyển đồ vật đến gần với gương phẳng một đoạn là 0,5m thì khoảng cách giữa đồ vật với gương là: 1,5 - 0,5 = 1(m).

Khoảng cách từ đồ vật đến ảnh của đồ vật đó được tạo bởi gương phẳng là: 1 x 2 = 2 (m).

Vậy khoảng cách từ đồ vật đến ảnh của đồ vật được tạo bởi gương phẳng là 2m.

Nội dung bài viết về "Lý thuyết và bài tập về ảnh của vật tạo bởi gương phẳng" mà Luật Minh Khuê đề cập trên đây là những kiến thức cơ bản của Vật lý lớp 7. Mặc dù là kiến thức cơ bản nhưng cũng đã gây ra rất nhiều trở ngại trong quá trình tiếp thu của học sinh, Luật Minh Khuê mong rằng bài viết này có thể giúp đỡ các em học sinh trong quá trình học và vận dụng kiến thức này vào đời sống. Xin chân thành cảm ơn bạn đọc đã theo dõi đến hết!