Lý thuyết Vật lý 11 Bài 29. Thấu kính mỏng

Lý thuyết Vật lý 11 Bài 29. Thấu kính mỏng

I. Thấu kính. Phân loại thấu kính

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

Có hai loại thấu kính:

- Thấu kính lồi (còn được gọi là thấu kính rìa mỏng);

- Thấu kính lõm (còn được gọi là thấu kính rìa dày).

Trong không khí:

- Thấu kính lồi là thấu kính hội tụ (hình a).

- Thấu kính lõm là thấu kính phân kì (hình b).
 

II. Khảo sát thấu kính hội tụ

1. Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện

a) Quang tâm

Quang tâm của thấu kính là điểm mà mọi tia tới qua nó đều truyền thẳng.

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

- Các đường thẳng khác qua quang tâm O là trục phụ.

b) Tiêu điểm. Tiêu diện

- Chiếu đến thấu kính hội tụ một chùm tia tới song song. Chùm tia ló cắt nhau (hội tụ) tại một điểm trên trục tương ứng với chùm tia tới gọi là tiêu điểm ảnh của thấu kính. Tiêu điểm ảnh chính được kí hiệu F’, tiêu điểm ảnh phụ được kí hiệu F’_n (n = 1, 2, 3...).

Các tiêu điểm ảnh của thấu kính hội tụ đều hứng được trên màn gọi là tiêu điểm ảnh thật.

Trên mỗi trục của thấu kính hội tụ còn có một điểm mà chùm tia tới xuất phát từ đó sẽ cho chùm tia ló song song. Đó là tiêu điểm vật của thấu kính. Tiêu điểm vật chính được kí hiệu F, tiêu điểm ảnh phụ được kí hiệu F_n (n = 1, 2, 3...).

Tiêu điểm ảnh và tiêu điểm vật trên một trục nằm đối xứng với nhau qua quang tâm.

- Tập hợp tất cả các tiêu điểm tạo thành tiêu diện.

Mỗi thấu kính có hai tiêu diện: tiêu diện ảnh và tiêu diện vật.

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

2. Tiêu cự. Độ tụ

Để thiết lập các công thức về thấu kính, người ta đặt ra hai đại lượng quang học là tiêu cự và độ tụ.

Tiêu cự: 

 , đơn vị mét (m).

Độ tụ: 

, đơn vị điôp (dp).

III. Khảo sát thấu kính phân kì

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

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

Các công thức định nghĩa tiêu cự và độ tụ vẫn áp dụng được đối với thấu kính phân kì nhưng có giá trị âm (ứng với tiêu điểm ảnh F' ảo).

 

IV. Sự tạo ảnh bởi thấu kính

1. Khái niệm ảnh và vật trong Quang học

a. Ảnh điểm là điểm đồng quy của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng.

Một ảnh điểm là:

+ thật nếu chùm tia ló là chùm hội tụ;

+ ảo nếu chùm tia ló là chùm phân kì.

b. Vật điểm là điểm đồng quy của chùm tia tới hay đường kéo dài của chúng.

Một vật điểm là:

+ thật nếu chùm tia tới là chùm phân kì;

+ ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ.

2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính

Để dựng ảnh tạo bởi thấu kính ta thường vẽ các tia tới sau đây:

- Tia tới qua quang tâm O của thấu kính.

- Tia tới song song với trục chính của thấu kính.

- Tia tới qua tiêu điểm vật chính F (hay có đường kéo dài qua F).

Trong trường hợp phải vẽ một tia bất kì thì ta xác định trục phụ song song với tia tới. Tia ló tương ứng (hay đường kéo dài của nó) sẽ qua tiêu điểm ảnh phụ trên trục phụ đó.

3. Các trường hợp ảnh tạo bởi thấu kính

Ảnh của một vật tạo bởi mỗi loại thấu kính có những đặc điểm theo bảng tóm tắt sau:

Ảnh	Thấu kính hội tụ (f>0)	Thấu kính phân kì (f<0)
	OI=OI'=2f
Tính chất (thật ảo)	- Ảnh thật: vật ngoài OF - Ảnh ảo: vật trong OF	- Ảnh luôn luôn ảo
Độ lớn (so với vật)	- Ảnh ảo > vật - Ảnh thật: + Ảnh thật > vật: vật trong FI + Ảnh thật = vật: vật ở I (ảnh ở I') + Ảnh thật < vật: vật ngoài FI	- Ảnh < vật
Chiều (so với vật)	- Vật và ảnh cùng chiều⟷⟷ trái tính chất - Vật và ảnh cùng tính chất⟷⟷ trái chiều	- Ảnh cùng chiều so với vật

V. Các công thức về thấu kính

k được gọi là số phóng đại ảnh.

- Nếu k > 0: vật và ảnh cùng chiều.

- Nếu k < 0: vật và ảnh ngược chiều.

1. Công thức xác định vị trí ảnh

2. Công thức xác định số phóng đại ảnh

IV. Công dụng của thấu kính

Thấu kính được dùng làm: kính khắc phục tật của mắt (cận, viễn, lão); kính lúp; máy ảnh, máy ghi hình (camera); kính hiển vi; kính thiên văn, ống nhòm; đèn chiếu; máy quang phổ.

Xem thêm Giải bài tập Vật lý 11: Bài 29. Thấu kính mỏng