Bài 29: Thấu Kính

I. Định nghĩa và phân loại thấu kính

1. Thấu kính là gì?

Thấu kính là một khối chất trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu.

Thấu kính mỏng là thấu kính có khoảng cách giữa hai đỉnh O₁ và O₂ của hai chỏm cầu rất nhỏ so với bán kính R₁ và R₂ của các mặt cầu:  O₁O₂ << R₁, R₂.

+ Đường thẳng nối các tâm hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm mặt cầu và vuông góc với mặt phẳng) được gọi là trục chính.

+ Quang tâm O của thấu kính là giao điểm của trục chính với thấu kính.

+ Đường thẳng bất kì qua quang tâm O được gọi là trục phụ.     

2. Phân loại thấu kính

Khi môi trường ngoài thấu kính là không khí, ta có:

+ Thấu kính mép mỏng được gọi là thấu kính hội tụ.

+ Thấu kính mép dày được gọi là thấu kính phân kì.

3. Điều kiện tương điểm (hay điều kiện để thấu kính mỏng cho ảnh rõ nét):

Các tia sáng đến thấu kính phải lập một góc nhỏ so với trục chính.

II. Tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự của thấu kính

1. Tiêu điểm chính

a. Tiêu điểm ảnh chính F’

Một chùm tia tới song song với trục chính của một thấu kính.

+ Đối với thấu kính hội tụ: chùm tia ló hội tụ tại điểm F' trên trục chính. F' gọi là tiêu điểm ảnh chính của thấu kính (tiêu điểm thật).

+ Đối với thấu kính phân kì: chùm tia ló phân kì, đường kéo dài của chúng giao nhau tại tiêu điểm ảnh chính F' của thấu kính (tiêu điểm ảo).

b. Tiêu điểm vật chính F

là điểm đối xứng của tiêu điểm ảnh chính F' qua quang tâm O.

2. Tiêu diện

là mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính, gồm tiêu diện ảnh (S’) và tiêu diện vật (S ).

3. Tiêu điểm phụ

là giao điểm của trục phụ với các tiêu diện. Chùm tia tới song song với trục phụ sau khi qua thấu kính cho chùm tia ló hội tụ (hoặc có phương hội tụ) tại tiêu điểm phụ F'₁ trên trục phụ đó.

Có hai loại: tiêu điểm ảnh phụ  và tiêu điểm vật phụ F₁.

III. Tiêu cự, độ tụ của thấu kính

1. Tiêu cự f

Là độ dài đại số, được kí hiệu là f, có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ các tiêu điểm chính tới quang tâm thấu kính.

2. Độ tụ của thấu kính

Là đại lượng xác định khả năng làm hội tụ chùm tia sáng đi qua thấu kính nhiều hay ít, được đo bằng nghịch đảo của tiêu cự.

Đơn vị của độ tụ là điôp (dp) (với f đo bằng mét)

+ Thấu kính hội tụ: f > 0; D > 0;

+ Thấu kính phân kì: f < 0; D < 0.

Công thức tính độ tụ thấu kính (*): D =       

 (n: chiết suất tỉ đối của chất làm thấu kính đối với môi trường ngoài).

Qui ước: Mặt lồi: R > 0 ; Mặt lõm: R < 0 ; Mặt phẳng: R = ∞

IV. Cách vẽ ảnh qua thấu kính

1. Ảnh của một điểm sáng

a. Điểm sáng nằm ngoài trục chính

Dùng 2 trong 3 tia đặc biệt sau:

+ Tia tới qua quang tâm O sẽ truyền thẳng;

+ Tia tới song song với trục chính, tia ló (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F';

+ Tia tới (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm vật chính F, tia ló song song với trục chính.

b. Điểm sáng nằm trên trục chính

Dùng hai tia sau:

+ Tia tới trùng với trục chính sẽ truyền thẳng;

+ Tia tới song song với một trục phụ bất kì, tia ló (hay đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh phụ .

2. Vật sáng AB vuông góc với trục chính

V. Công thức thấu kính

Chọn gốc tọa độ là quang tâm O.

Đặt d = : tọa độ vật AB ;  d' = : tọa độ ảnh A'B'

f = : tiêu cự thấu kính

1. Số phóng đại của ảnh

 k =

2. Công thức liên hệ giữa các vị trí của vật và ảnh

Quy ước về dấu

+ Vật thật: d > 0.

+ Ảnh thật: d’> 0

+ Ảnh ảo: d’< 0

+ k > 0: ảnh cùng chiều vật;

+ k < 0: ảnh ngược chiều vật.

VI. Tương quan giữa vật và ảnh qua thấu kính

VII. Bài tập luyện tập Thấu kính của trường Nguyễn Khuyến

Câu 1 :  Tia sáng truyền tới quang tâm của hai loại thấu kính hội tụ và phân kì đều

A. truyền thẳng.

B. lệch về phía tiêu điểm chính ảnh.

C. song song với trục chính.

D. hội tụ về tiêu điểm phụ ảnh.

Câu 2 :  Chọn câu phát biểu đúng khi nói về tính chất tạo ảnh của thấu kính?

A. Thấu kính hội tụ luôn tạo chùm tia ló hội tụ.

B. Thấu kính phân kì luôn tạo ảnh ảo nhỏ hơn vật thật.

C. Ảnh của vật tạo bởi cả hai loại thấu kính luôn có độ lớn khác với vật.

D. Ảnh và vật cùng tính chất (thật; ảo) thì cùng chiều và ngược lại.

Câu 3 :  Quan sát vật qua thấu kính bằng cách đặt mắt sát vào thấu kính thì câu nào sau đây là sai?

A. Quan sát vật qua thấu kính hội tụ, ta thấy ảnh lớn hơn vật.

B. Quan sát vật qua thấu kính hội tụ, ta thấy ảnh nhỏ hơn vật.

C. Quan sát vật qua thấu kính phân kì, ta thấy ảnh nhỏ hơn vật.

D. Quan sát vật qua thấu kính phân kì, ta thấy ảnh cùng chiều với vật.

Câu 4 :  Chọn câu đúng.

A. Ảnh cho bởi thấu kính hội tụ luôn lớn hơn vật.

B. Ảnh cho bởi thấu kính phân kì luôn lớn hơn vật.

C. với thấu kính hội tụ vật thật luôn cho ảnh thật.

D. với thấu kính phân kì, vật thật luôn cho ảnh ảo.

Câu 5 :  Chọn câu đúng.

A. Với một thấu kính hội tụ D < 0.

B. Với thấu kính phân kì D < 0.

C. Với thấu kính hội tụ : D = 1.

D. Với thấu kính phân kì : D .

Câu 6 :  Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính. Ảnh của vật tạo hởi thấu kính ngược chiều với vật và cao gấp ba lần vật. Vật  cách thấu kính

A. 15 cm

B. 20 cm

C. 30 cm

D. 40 cm

Câu 7 :   Thấu kính hội tụ có tiêu cự f. Khoảng cách ngắn nhất giữa vật thật và ảnh thật qua thấu kính là

A. 3f

B. 4f

C. 5f

D. 6f

Câu 8 :   Thấu kính phân kì tạo ảnh ảo bằng lần vật thật và cách vật 10 cm. Tiêu cự của thấu kính là.

A. f = - 20 cm.

B. f = 20 cm.

C. f = - 30 cm.

D. f = 30 cm.

Câu 9 :   Thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm. Vị trí của vật trước thấu kính bằng bao nhiêu để ảnh thật tạo bởi thấu kính gấp 4 lần vật.

A. 20 cm.

B. 30 cm

C. 25 cm.

D. 15 cm.

Câu 10 :   Thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm. Vật AB trên trục chính, vuông góc với trục chính có ảnh A’B’ cách vật 18 cm. Vị trí của vật là

A. d₁ = 12 cm ; d₂ = - 30 cm.

B. d₁ = 20 cm ; d₂ = - 10 cm.

C. d₁ = 30 cm ; d₂ = - 40 cm.

D. d₁ = 10 cm ; d₂ = - 20 cm.

VIII. Hướng dẫn giải bài tập luyện tập Thấu kính

Giáo viên biên soạn : Ngô Thành

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến