Một điểm sáng đặt cách màn 2m. Giữa điểm sáng và màn người ta đặt một đĩa chắn sáng hình tròn sao cho đĩa song song với màn và điểm sáng mằn trên trục của đĩa.
a) Tìm đường kính bóng đen trên màn biết đường kính của đĩa d =20 cm và đĩa cách điểm sáng 50 cm.
b) Cần di chuyển đĩa theo phương vuông góc với màn một khoảng bằng bao nhiêu và theo chiều nào để đường kính của bóng tối giảm đi một nửa.
c) Biết đĩa di chuyển đều với vận tốc v = 2m/s tìm tốc độ thay đổi đường kính của bóng đen.
d) Giữ nguyên vị trí của đĩa và màn như câu b) thay điểm sáng bằng vật sáng hình cầu đường kính d1 =8cm. Tìm vị trí đặt vật sáng để đường kính của bóng đen vẫn như câu a). Tìm diện tích của vùng nửa tối xung quanh bóng đen.
Tóm tắt:
D = ST = 2m;
a) tìm dtối biết d = 20 cm và SM = 50 cm.
b) MM1 =? Để d’tối = ½ dtối.
c) v = 2m/s tìm Vtối =?
d) vật sáng d1 =8cm. Tìm SM để dtối . Tìm Stối và Snửa tối.
Bài giải:
a) Ta có hình vẽ:
a) Bán kính vùng tối trên tường là PT. ST = 2m = 200 cm.
∆SIM và ∆SPT là 2 tam giác vuông đồng dạng nên bán kính vùng tối là
⇒ I M P T = S M S T ⇔ P T = S T S M . I M = 200 50 . d 2 = 40 c m
Vậy đường kính vùng tối là dtối = 2.PT = 80 cm
b) Từ hình vẽ ta thấy để bán kính vùng tối giảm xuống ta phải di chuyển tấm bìa về phía tường đến vị trí M1
Gọi P1T là bán kính bóng đen lúc này P1T = 1/2PT = 20 cm
∆SIM và ∆SPT là 2 tam giác vuông đồng dạng nên
⇒ I 1 M 1 P 1 T = S M 1 S T ⇔ S M 1 = I 1 M 1 P 1 T . S T = 20 40 .200 = 100
Vậy cần di chuyển tấm bìa về phía tường một đoạn
M1M = SM1 - SM = 100-50=50 cm.
c) Khi tấm bìa di chuyển đều với vận tốc v = 2m/s = 200 cm/s
và đi được quãng đường M1M = 50cm
thì mất thời gian t = M 1 M v = 50 200 = 0 , 25 ( s ) .
Cũng trong khoảng thời gian đó đường kính của vùng tối thay đổi một đoạn là
PP1 = PT – P1T = 80– 40 = 40 cm
Vậy tốc độ thay đổi của bán kính vùng tối là
V’ = P 1 P t = 40 0 , 25 = 160 c m / s = 1 , 6 m / s
d)
|
Gọi O là tâm, MN là đường kính vật sáng hình cầu, P là giao của MA’ và NB’ Ta có Δ P A 1 B 1 ~ Δ P A ' B ' ⇒ P I 1 P I ' = A 1 B 1 A ' B ' = 20 80 = 1 4 ⇒ 4 P I 1 = P I ' = P I 1 + I I ' ⇒ 3 P I 1 = I 1 I ' ⇒ P I 1 = I 1 I ' 3 = 100 3 c m
|
Ta lại có:
Δ P M N ~ Δ P A 1 B 1 ⇒ P O P I 1 = M N A 1 B 1 = 8 20 = 2 5 ⇒ P O = 2 5 P I ⇒ P O = 2 5 . 100 3 = 40 3 c m
mà OI1 = PI1 – PO = 100 3 − 40 3 = 60 3 = 20 c m .
Vậy cần đặt đĩa chắn sáng cách tâm vật sáng hình cầu là 20 cm
*) Gọi K là giao điểm của NA2 và MB2
Ta có
Δ K M N ~ Δ K A 1 B 1 ⇒ KO KI 1 = MN A 1 B 1 = 8 20 = 2 5 ⇒ KO = 2 5 KI 1 = 2 5 (OI 1 - OK) = 2 5 OI 1 - 2 5 OK ⇒ 2 5 O I 1 = 7 5 O K ⇒ O K = 2 7 O I 1 = 40 7 c m ⇒ K I 1 = 5 2 O K = 100 7 c m
Mặt khác ta có:
Δ K A 1 B 1 ~ Δ K A 2 B 2 ⇒ K I 1 K I ' = A 1 B 1 A 2 B 2 ⇒ A 2 B 2 = K I ' K I 1 A 1 B 1 = K I 1 + I 1 I ' K I 1 A 1 B 1 = 100 7 + 100 100 7 20 = 160 c m
Vậy diện tích vùng nửa tối là:
S = π . A 2 B 2 2 4 − π . A ' B ' 2 4 = π 4 ( A 2 B 2 2 − A ' B ' 2 ) = 3.14 4 ( 160 2 − 80 2 ) = 15.72 c m 2
