Lý 11 Bài 29: Thấu kính mỏng

- Thấu kính là một khối chất trong suốt (thủy tinh, nhựa,...) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng.

- Theo hình dạng, thấu kính gồm hai loại: 

• Thấu kính lồi (còn được gọi là thấu kính rìa mỏng) 
• Thấu kính lõm (còn được gọi là thấu kính rìa dày)

a) Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện

- Quang tâm

• Điểm O chính giữa của thấu kính mà mọi tia sáng tới truyền qua O đều truyền thẳng gọi là quang tâm của thấu kính.

• Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với mặt thấu kính là trục chính của thấu kính.

• Các đường thẳng qua quang tâm O là trục phụ của thấu kính.

- Tiêu điểm. Tiêu diện

• Chùm tia sáng song song với trục chính sau khi qua thấu kính sẽ hội tụ tại một điểm trên trục chính. Điểm đó là tiêu điểm chính của thấu kính.

• Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm chính F (tiêu điểm vật) và F’ (tiêu điểm ảnh) đối xứng với nhau qua quang tâm.

• Chùm tia sáng song song với một trục phụ sau khi qua thấu kính sẽ hội tụ tại một điểm trên trục phụ đó. Điểm đó là tiêu điểm phụ của thấu kính.

• Mỗi thấu kính có vô số các tiêu điểm phụ vật Fn và các tiêu điểm phụ ảnh Fn’.

• Tập hợp tất cả các tiêu điểm tạo thành tiêu diện. Mỗi thấu kính có hai tiêu diện: tiêu diện vật và tiêu diện ảnh.

• Có thể coi tiêu diện là mặt phẳng vuông góc với trục chính qua tiêu điểm chính.

b) Tiêu cự. Độ tụ

• Tiêu cự: \(f=\bar{OF'}\) . Đơn vị: mét ( m).

• Độ tụ: \(D=\frac{1}{f}\) .

• Đơn vị của độ tụ là điôp (dp): 1dp = \(\frac{1}{1m}\)

• Qui ước: Thấu kính hội tụ: f > 0; D > 0.

• Quang tâm của thấu kính phân kì có tính chất như quang tâm của thấu kính hội tụ.

• Các tiêu điểm và tiêu diện của thấu kính phân kì cũng được xác định tương tự như đối với thấu kính hội tụ. Điểm khác biệt là chúng đều ảo, được xác định bởi đường kéo dài của các tia sáng.

• Qui ước: Thấu kính phân kì: f < 0; D < 0.

a) Khái niệm ảnh và vật trong quang học

• Ảnh điểm là điểm đồng qui của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng.

• Ảnh điểm là thật nếu chùm tia ló là chùm hội tụ, là ảo nếu chùm tia ló là chùm phân kì.

• Vật điểm là điểm đồng qui của chùm tia tới hoặc đường kéo dài của chúng.

• Vật điểm là thật nếu chùm tia tới là chùm phân kì, là ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ.

b) Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính

- Sử dụng hai trong 3 tia đặc biệt:

• Mọi tia sáng qua quang tâm của thấu kính đều truyền thẳng.
• Tia tới song song vơi trục của thấu kính sẽ cho tia ló truyền qua (hay có đường kéo dài của tia ló qua) tiêu điểm ảnh trên trục đó.
• Tia tới (hay đường kéo dài của nó) qua tiêu điểm vật trên trục sẽ cho tia ló song song với trục đó. Hai tiêu điểm vật và ảnh nằm đối xứng với nhau qua quang tâm.

c) Các trường hợp ảnh tạo bởi thấu kính

- Xét vật thật với d là khoảng cách từ vật đến thấu kính:

+ Thấu kính hội tụ

• d > 2f: ảnh thật, nhỏ hơn vật.

• d = 2f: ảnh thật, bằng vật.

• 2f > d > f: ảnh thật lớn hơn vật.

• d = f: ảnh rất lớn, ở vô cực.

• f > d: ảnh ảo, lớn hơn vật.

• Vật thật ngoài đoạn OF: qua thấu kính cho ảnh thật (sau thấu kính ) và ngược chiều với vật
• Vật thật trong đoạn OF: qua thấu kính  cho ảnh ảo và cùng chiều và lớn hơn vật.

+ Thấu kính phân kì

• Vật thật qua thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo cùng chiều với vật và nhỏ hơn vật

• Vật thật (trước thấu kính) qua thấu kính  cho ảnh ảo (trước thấu kính), cùng chiều và nhỏ hơn vật.

- Công thức xác định vị trí ảnh: \(\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}\)

- Công thức xác định số phóng đại: \(k=\frac{\bar{A'B'}}{\bar{AB}}=-\frac{d'}{d}\)

- Qui ước dấu:

• Vật thật: d > 0. Vật ảo: d < 0.

• Ảnh thật: d’ > 0. Ảnh ảo: d’ < 0.

• k  > 0: Ảnh và vật cùng chiều.

• k < 0: Ảnh và vật ngược chiều.

Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm. Vật sáng AB được đặt trước thấu kính và có ảnh A'B'. Tìm vị trí của vật, cho biết khoảng cách vật - ảnh là 45 cm.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa ảnh và vật là 45 cm

Vì khoảng cách giữa vật và ảnh L = 45 cm < 4f nên ta thu được ảnh ảo: d + d^' = -45

\(\begin{array}{l}
\Rightarrow d^{\prime}=-45-d=\frac{20 d}{d-20} \\
\Rightarrow-d^{2}-45 d+900=0 \\
\Rightarrow d=15 \mathrm{cm}
\end{array}\)

Một thấu kính phân kì có độ tụ - 5dp. Tính tiêu cự của kính.

Hướng dẫn giải

Tiêu cự của thấu kính là:

\(f=\frac{1}{D}= - 0,20m = -20 cm.\) 

Câu 1: Chiếu một chùm sáng song song tới thấu kính thì chùm sáng ló là chùm phân kì có đường kéo dài cắt nhau tại điểm nằm trước thấu kính và cách thấu kính một đoạn 25cm. Thấu kính đó là bao nhiêu?

Câu 2: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có độ tụ 2dp và cách thấu kính một khoảng 25cm. Khoảng cách từ ảnh A’B’ của AB đến thấu kính là là bao nhiêu?

Câu 3: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có độ tụ 5dp và cách thấu kính một đoạn 30cm. Ảnh A’B’ của AB qua thấu kính là có tính chất gì?

Câu 4: Đặt vật sáng cao 2cm trước thấu kính phân kì có tiêu cự -12cm, cách thấu kính một đoạn 12cm. Ảnh của vật qua thấu kính có tính chất gì?

Câu 5: Một thấu kính hội tụ có độ tụ +5 dp. Thấu kính này là thấu kính gì?

Câu 1: Ảnh của vật qua thấu kính phân kì là

A. Ảnh thật, cùng chiều và lớn hơn vật.

B. Ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật.

C. Ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật.

D. Ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật.

Câu 2: Khi nói về đường đi của tia sáng qua thấu kính phân kì, phát biểu nào sau đây là sai

A. Một chùm tia sáng song song với trục chính qua thấu kính thì chùm tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh trước thấu kính.

B. Tia sáng đi qua quang tâm của thấu kính thì truyền thẳng qua thấu kính.

C. Một chùm tia sáng hội tụ tại tiêu điểm ảnh tới thấu kính thì chùm tia ló đi song song với trục chính.

D. Tia sáng đi song song với trục chính thì tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm chính của thấu kính.

Câu 3: Khi nói về đường đi của một tia sáng qua thấu kính hội tụ, phát biểu nào sau đây là sai?

A. Một chùm tia sáng song song với trục chính thì chùm tia ló hội tụ ở tiêu điểm ảnh sau thấu kính.

B. Tia sáng đi qua quang tâm của thấu kính thì truyền thẳng qua thấu kính.

C. Một chùm tia sáng hội tụ tại tiêu điểm vật tới thấu kính thì chùm tia ló đi qua song song với trục hoành.

D. Tia sáng đi song song với trục chính thì tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm chính của thấu kính.

Câu 4: Thấu kính hội tụ là

A. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt luôn là các mặt cầu.

B. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi một mặt cầu lõm và một mặt phẳng.

C. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu lõm.

D. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu, mặt cầu lồi có bán kính nhỏ hơn mặt cầu lõm.

Câu 5: Thấu kính phân kì là

A. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu lồi.

B. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi một mặt cầu lồi và một mặt phẳng.

C. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi 2 mặt cầu lõm.

D. Một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi mặt cầu lồi có bán kính nhỏ hơn mặt cầu lõm.

Qua bài giảng Thấu kính mỏng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Nêu được cấu tạo và phân loại của thấu kính.

• Trình bày được các khái niệm về: quang tâm, trục, tiêu điểm, tiêu cự, độ tụ của thấu kính mỏng.

• Vẽ được ảnh tạo bởi thấu kính và nêu được đặc điểm của ảnh.

• Nêu và vận dụng được các công thức của thấu kính.

• Nêu được một số công dụng quan trọng của thấu kính.