Thấu kính mỏng

A.LÍ THUYẾT

I. Thấu kính. Phân loại thấu kính

+ Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẵng.

+Phân loại:

II. Khảo sát thấu kính hội tụ

1. Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện

a) 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.

b) 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 F₁ và các tiêu điểm phụ ảnh F₁‘.

+ 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.

2. Tiêu cự. Độ tụ

Tiêu cự: f = $\displaystyle \overline{OF'}$ . Độ tụ: D = $\displaystyle \frac{1}{f}$ .

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

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

III. Khảo sát thấu kính phân kì

+ Quang tâm của thấu kính phân kì củng 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.

IV. Sự tạo ảnh bởi thấu kính

1. 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.

2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính

Sử dụng hai trong 4 tia sau:

– Tia tới qua quang tâm O Tia ló đi thẳng.

– Tia tới song song trục chính -Tia ló qua tiêu điểm ảnh chính F’.

– Tia tới qua tiêu điểm vật chính F -Tia ló song song trục chính.

– Tia tới song song trục phụ -Tia ló (hay đường kéo dài) qua tiêu điểm ảnh phụ F’_n.

3. Các trường hợp ảnh tạo bởi thấu kính

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

a) Thấu kính hội tụ

Vị trí đặt vật	Ảnh
Vị trí đặt vật	Tính chất	Chiều	Độ lớn
d < f	Ảo	Cùng chiều	Lớn hơn vật
d = f	ảnh ở vô cùng: d’ = ¥
f < d < 2f	Thật	Ngược chiều	Lớn hơn vật
d = 2f	Thật	Ngược chiều	Bằng vật
d > 2f	Thật	Ngược chiều	Nhỏ hơn vật

b) Thấu kính phân kì

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

V. Các công thức của thấu kính

+ Công thức xác định vị trí ảnh:

$\displaystyle \frac{1}{f}$ = $\displaystyle \frac{1}{d}+\frac{1}{d'}$

+ Công thức xác định số phóng đại:

k = $\displaystyle \frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}$ = – $\displaystyle \frac{d'}{d}$

+ 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.

VI. Công dụng của thấu kính

Thấu kính có nhiều công dụng hữu ích trong đời sống và trong khoa học.

Thấu kính được dùng làm:

+ Kính khắc phục tật của mắt.

+ Kính lúp.

+ Máy ảnh, máy ghi hình.

+ Kính hiển vi.

+ Kính thiên văn, ống dòm.

+ Đèn chiếu.

+ Máy quang phổ.

B.BÀI TẬP

DẠNG 1: TOÁN VẼ ĐỐI VỚI THẤU KÍNH

Phương pháp

Phải nắm vững đường đi của các tia sáng qua thấu kính hội tụ, phân kì, tính chất của vật và ảnh rồi dùng phép vẽ (dựng hình) để xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F’; loại thấu kính…

DẠNG 2: XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT ẢNH – MỐI QUAN HỆ ẢNH VÀ VẬT

Phương pháp

– Bài tập ngược xuôi,

– Vẽ hình ảnh của một vật sáng, một điểm

– Các công thức về thấu kính

+ Công thức thấu kính: