I. CẤU TẠO
Thấu kính là một khối chất trong suốt [thuỷ tinh, nhựa…] giới hạn bởi hai mặt cong [thường là mặt cầu] hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng.
Phân loại và kí hiệu thấu kính
Có hai loại thấu kính:
1] Thấu kính rìa mỏng [thấu kính lồi]: thấu kính hội tụ
2] Thấu kính rìa dày [thấu kính lõm]: thấu kính phân kì
II. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THẤU KÍNH
2.1. Quang tâm O: Đối với thấu kính mỏng, đỉnh của hai mặt cong chỏm cầu rất gần nhau, xem như trùng nhau tại O, O được gọi là quang tâm của thấu kính.
Mọi tia sáng tới đi qua quang tâm O của thấu kính đều truyền thẳng.
Mỗi thấu kính có 1 quang tâm O, 1 trục chính và vô số trục phụ.
2.2. Trục chính, trục phụ
- Trục chính: Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với mặt của thấu kính.
- Trục phụ: Ngoài trục chính, mọi đường thẳng khác đi qua quang tâm O của thấu kính được gọi là trục phụ.
2.3. Tiêu điểm chính
Chùm sáng tới song song với trục chính, sau khi đi qua thấu kính sẽ cho chùm tia ló [hoặc đường kéo dài của chùm tia ló] giao nhau tại điểm F’ nằm trên trục chính. F’ gọi là tiêu điểm ảnh chính.
Như vậy, mỗi thấu kính 2 tiêu điểm chính: tiêu điểm vật chính F và tiêu điểm ảnh chính F’ đối xứng nhau qua quang tâm O.
2.4. Tiêu điểm phụ, tiêu diện
- Tiêu diện của thấu kính là mặt phẳng đi qua tiêu điểm chính và vuông góc với trục chính. Mỗi thấu kính có 2 tiêu diện: tiêu diện vật và tiêu diện ảnh.
- Tiêu điểm phụ: ngoài tiêu điểm chính ra, những điểm khác nằm trên tiêu diện đều được gọi là tiêu điểm phụ. Mỗi thấu kính có vô số tiêu điểm phụ. Có 2 loại tiêu điểm phụ: tiêu điểm vật phụ và tiêu điểm ảnh phụ [ví dụ trên hình vẽ: F1 là tiêu điểm vật phụ, F1‘ là tiêu điểm ảnh phụ].
- Chú ý:
Tia tới song song với trục phụ, sau khi đi qua thấu kính sẽ cho tia ló [hoặc đường kéo dài của tia ló] đi qua tiêu điểm ảnh phụ [nằm trên trục phụ].
Tia tới [hoặc đường kéo dài của tia tới] đi qua tiêu điểm vật phụ thì cho tia ló song song với trục phụ.
2.5. Tiêu cự và độ tụ của thấu kính
- Tiêu cự f : độ dài đại số từ quang tâm O đến tiêu điểm ảnh chính F’.
Quy ước chiều truyền tia sáng là chiều dương:
– Thấu kính hội tụ:
– Thấu kính phân kì:
- Độ tụ D: là đại lượng được đo bằng nghịch đảo của tiêu cự f.
Đơn vị của độ tụ D là dp [đi-ốp] với tiêu cự f đo bằng m [mét]:
Quy ước:
– Thấu kính hội tụ:
– Thấu kính phân kì:
III. CÁCH VẼ ẢNH CỦA VẬT SÁNG QUA THẤU KÍNH
3.1. Đường đi của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính
Các tia sáng đặc biệt đi qua thấu kính hội tụ
Các tia sáng đặc biệt đi qua thấu kính phân kì
[1] Tia tới đi qua quang tâm O thì truyền thẳng.
[2] Tia tới song song với trục chính thì cho tia ló [hoặc đường kéo dài của tia ló] đi qua tiêu điểm ảnh chính F’.
[3] Tia tới [hoặc đường kéo dài của tia tới] đi qua tiêu điểm vật chính F thì cho tia ló song song với trục chính.
3.2. Cách vẽ ảnh A’B’ của vật sáng AB qua thấu kính [AB là vật phẳng nhỏ vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, B nằm ngoài trục chính]
- Bước 1: vẽ ảnh B’ của điểm B ở ngoài trục chính
– Từ B, vẽ 2 trong 3 tia đặc biệt [1, 2, 3].
– Điểm giao của hai tia ló [hoặc đường kéo dài của tia ló] là ảnh B’ của B qua kính.
- Bước 2: từ B’ kẻ đường vuông góc với trục chính tại A’, A’B’ là ảnh của AB
Minh họa:
Ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ: A’B’ là ảnh thật
[ảnh thật hứng được trên màn, nằm sau thấu kính]
Ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ: A’B’ là ảnh ảo lớn hơn vật [ảnh ảo không hứng được trên màn, nằm trước thấu kính]
Ảnh tạo bởi thấu kính phân kì: A’B’ là ảnh ảo nhỏ hơn vật [ảnh ảo không hứng được trên màn, nằm trước thấu kính]
IV. CÁC CÔNG THỨC CỦA THẤU KÍNH
Quy ước:
- là khoảng cách đại số từ vật đến thấu kính [vị trí của vật],
- là khoảng cách đại số từ thấu kính đến ảnh [vị trí của ảnh].
4.1. Công thức xác định vị trí vật, ảnh
4.2. Công thức số phóng đại k của ảnh
4.3. Một số tương quan giữa vật [thật] và ảnh tạo bởi thấu kính
V. CÁC ỨNG DỤNG CỦA THẤU KÍNH
- Kính đeo mắt để khắc phục các tật khúc xạ của mắt [cận, viễn, lão].
- Ống kính máy ảnh, camera,…
- Kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn, ống nhòm.
- Đèn chiếu, máy chiếu,…
- Máy quang phổ.
VI. BÀI TẬP MẪU
7.7. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm.
a] Tính độ tụ D của thấu kính.
b] Vật sáng AB dạng đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc với trục chính tại A, AB cách quang tâm O của thấu kính một đoạn d. Hãy xác định vị trí, tính chất, số phóng đại, chiều của ảnh so với vật, vẽ hình minh họa và tính khoảng cách vật – ảnh trong các trường hợp sau:
b1] d = ∞ cm; b2] d = 60 cm; b3] d = 40 cm;
b4] d = 30 cm; b5] d = 20 cm; b6] d = 10 cm.
Hướng dẫn 7.7
a] Độ tụ D của thấu kính:
b] Vị trí, tính chất, số phóng đại và chiều của ảnh A’B’ so với vật AB, vẽ hình minh họa và tính khoảng cách vật – ảnh:
b1] d = ∞ cm [vật ở vô cực]:
Vị trí, tính chất của ảnh:
[ảnh thật cách thấu kính 20 cm]
b2] d = 60 cm [vật cách thấu kính 60 cm]:
Vị trí, tính chất của ảnh:
[ảnh thật cách thấu kính 30 cm]
Số phóng đại và chiều của ảnh:
[ảnh ngược chiều với vật và bằng một nửa vật]
Khoảng cách vật – ảnh:
L = |d + d’| = |60+30| = 90 cm.
b3] d = 40 cm [vật cách thấu kính 40 cm]: …
b4] d = 30 cm [vật cách thấu kính 30 cm]: …
b5] d = 20 cm [d = f: vật ở tiêu điểm chính F]:
[vật ở tiêu điểm chính F cho ảnh ở vô cực]
b2] d = 10 cm [vật cách thấu kính 10 cm]:
Vị trí, tính chất của ảnh:
[ảnh ảo cách thấu kính 20 cm]
Số phóng đại và chiều của ảnh:
[ảnh cùng chiều với vật và cao gấp 2 lần vật]
Khoảng cách vật – ảnh:
L = |d + d’| = |-20+10| = 10 cm.
7.8. Một thấu kính phân kì có độ tụ – 2,5 dp.
a] Tính tiêu cự của thấu kính.
b] Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính tại A, cách thấu kính một đoạn d. Xác định vị trí, tính chất, số phóng đại, chiều của ảnh so với vật, vẽ hình minh họa và tính khoảng cách vật – ảnh trong các trường hợp sau:
b1] d = 60 cm; b2] d = 40 cm; b3] d = 20 cm.