Phương pháp giải:
Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng
Sử dụng các tính chất trong tam giác vuông
Ảnh và vật chuyển động với cùng thời gian
Vận tốc chuyển động: \(v = \dfrac{s}{t}\)
Giải chi tiết:
a) Ta có hình vẽ:
Do ảnh S’ đối xứng với S qua gương → gương OG là đường trung bình của tam giác S’SM
\( \Rightarrow OG = \dfrac{1}{2}SM \Rightarrow SM = 2OG = 2a\)
Vậy vệt sáng trên tường có dạng hình vuông cạnh 2a
Diện tích vệt sáng trên tường là:
\(S = {\left( {2a} \right)^2} = 4{a^2}\)
b) Khi gương dịch chuyển với vận tốc v vuông góc với tường, OG vẫn luôn là đường trung bình của tam giác S’SM → kích thước vệt sáng trên tường không thay đổi.
Giả sử sau thời gian t, gương dịch chuyển đến vị trí O’, ảnh dịch chuyển đến vị trí S’’, ta có hình vẽ:
Vận tốc chuyển động của gương là:
\(v = \dfrac{{OO'}}{t} \Rightarrow OO' = vt\)
Từ hình vẽ ta thấy:
\(\begin{array}{l}S'S'' = OS'' - OS' = \left( {O'S'' + OO'} \right) - OS\\ \Rightarrow S'S'' = O'S + OO' - OS = \left( {OO' + OS} \right) + OO' - OS\\ \Rightarrow S'S'' = 2OO' = 2vt\end{array}\)
Tốc độ chuyển động của ảnh là:
\(v' = \dfrac{{S'S''}}{t} = \dfrac{{2vt}}{t} = 2v\)
c) Điểm sáng S chỉ có thể dịch chuyển lại gần gương
Giả sử sau thời gian t, điểm sáng S dịch chuyển đến vị trí \({S_1}\), ảnh là \({S_1}'\):
Tốc độ chuyển động của điểm sáng S là:
\(v = \dfrac{{S{S_1}}}{t} \Rightarrow S{S_1} = vt\)
Từ hình vẽ ta thấy:
\(S'{S_1}' = S{S_1} = vt\)
Tốc độ chuyển động của ảnh là:
\(v' = \dfrac{{S'{S_1}'}}{t} = \dfrac{{vt}}{t} = v\)
Vậy ảnh chuyển động với cùng vận tốc v với điểm sáng S
Từ hình vẽ ta thấy kích thước vệt sáng trên tường tăng so với câu b).