Sự tạo ảnh qua thấu kính. Kính lúp SVIP

I. Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính

1. Ảnh tạo bởi thấu kính

Khi đặt vật trước gương phẳng, các tia sáng từ vật đến gương sẽ bị phản xạ trở lại. Ta nhìn thấy ảnh của vật khi các tia phản xạ đi tới mắt ta.

Tương tự, khi đặt vật trước thấu kính, các tia sáng từ vật đến thấu kính cho các tia ló giao nhau hoặc có đường kéo dài giao nhau tạo nên ảnh của vật qua thấu kính. Ta có thể nhìn thấy ảnh của vật khi các tia ló đi tới mắt ta.

2. Cách vẽ ảnh

Vẽ ảnh của điểm sáng S (vật sáng nhỏ) nằm ngoài trục chính.

• Tia sáng từ S tới quang tâm O của thấu kính thì truyền thẳng.
• Tia sáng từ S song song với trục chính của thấu kính thì tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm chính F.
• Giao điểm S' của chùm tia ló (hoặc đường kéo dài của chùm tia ló) tương ứng với chùm tia tới xuất phát từ S chính là ảnh của S.

Vẽ ảnh của vật sáng AB

Để dựng ảnh của một vật nhỏ, phẳng AB đặt vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính của thấu kính, ta làm như sau:

• Sử dụng tia sáng đi qua quang tâm và tia sáng song song tới trục chính xuất phát từ B. Điểm B là điểm sáng trên vật nằm ngoài trục chính. Giao điểm của hai tia ló là ảnh B' của điểm B.
• Từ B' hạ vuông góc với trục chính, cắt trục chính tại A', ta thu được ảnh A'B' của vật.

Quy ước: Ảnh được biểu diễn bằng mũi tên nét liền nếu là ảnh thật, mũi tên nét đứt nếu là ảnh ảo.

3. Thí nghiệm về sự tạo ảnh qua thấu kính

Chuẩn bị

• Nguồn sáng (1);
• Vật sáng bằng kính mờ, hình chữ F (2);
• Thấu kính hội tụ (3);
• Màn chắn (4);
• Giá quang học đồng trục (5);
• Nguồn điện, dây nối (6).

Thí nghiệm 1. Thấu kính hội tụ

a) Khoảng cách từ vật đến thấu kính lớn hơn tiêu cự

• Lắp đặt dụng cụ như hình 1.
• Dịch chuyển thấu kính sao cho khoảng cách từ khe chữ F đến thấu kính lớn hơn tiêu cự được ghi trên thấu kính.
• Dịch chuyển màn chắn để tìm vị trí cho ảnh rõ nét trên đó (có thể quan sát rõ các chi tiết nhỏ trên ảnh).
• Bỏ màn chắn, đặt mắt ở vị trí thích hợp, đón chùm sáng ló.
• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt.

b) Khoảng cách vật đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự

• Dịch chuyển thấu kính sao cho khoảng cách từ khe chữ F đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự của thấu kính.
• Dịch chuyển màn chắn để tìm vị trí cho ảnh rõ nét trên đó.
• Bỏ màn chắn, đặt mắt ở vị trí thích hợp, đón chùm sáng ló.
• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt.

Thí nghiệm 2. Thấu kính phân kì

• Thay thấu kính hội tụ ở hình 1 bằng thấu kính phân kì.
• Dịch chuyển thấu kính phân kì tới một số vị trí khác nhau. Ứng với mỗi vị trí đó, dịch chuyển màn chắn để tìm vị trí cho ảnh rõ nét trên đó. Sau đó, bỏ màn chắn, đặt mắt phía sau ở vị trí thích hợp, đón chùm sáng ló.
• Mô tả tính chất ảnh quan sát được khi dùng màn chắn và khi quan sát trực tiếp bằng mắt. 

II. Vị trí và kích thước của ảnh qua thấu kính hội tụ

Bước 1: Tóm tắt đề bài, ghi các kích thước đã cho.

Bước 2: Vẽ ảnh của vật qua thấu kính (các khoảng cách và chiều cao vật cần vẽ theo tỉ lệ thích hợp).

Bước 3: Dựa theo hai cặp tam giác đồng dạng thiết lập các tỉ số.

Bước 4: Giải các phương trình thu được.

III. Thí nghiệm thực hành đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

Mục đích thí nghiệm

Đo được tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng dụng cụ thực hành.

Cơ sở lí thuyết (Phương pháp Silbermann)

Dựng ảnh của một vật AB có độ cao $h$, đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ và cách thấu kính một khoảng $d=2f$ ($f$ là tiêu cự của thấu kính).

Chuẩn bị

Nguồn sáng, vật sáng (khe chữ F), thấu kính hội tụ, màn chắn, giá quang học.

Tiến hành

• Bố trí dụng cụ như hình 1, đặt màn chắn và vật sát thấu kính.
• Dịch màn chắn và vật ra xa thấu kính với $d=d'$ cho đến khi có ảnh rõ nét trên màn và chiều cao của ảnh bằng chiều cao của vật.
• Đo, ghi khoảng cách giữa vật và ảnh theo bảng 1.
• Lặp lại các bước thí nghiệm thêm 2 lần và ghi lại kết quả vào bảng 1.

Kết quả thí nghiệm

Giá trị trung bình của khoảng cách giữa vật và ảnh $AA'$:

$\overline{AA'}=\dfrac{l_1+l_2+l_3}{4}=?$.

Từ đó, tính tiêu cự của thấu kính và so sánh với giá trị tiêu cự được ghi trên thấu kính.

$\overline{f}=\dfrac{\overline{AA'}}{4}$.

Thảo luận:

Khi làm thí nghiệm, cần chú ý điều gì để kết quả đo khoảng cách giữa vật và ảnh $AA'$ được chính xác?

IV. Kính lúp

1. Đặc điểm của kính lúp

Kính lúp là một dụng cụ quang bổ trợ cho mắt để quan sát các vật nhỏ. Về mặt cấu tạo, kính lúp là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (cỡ vài cm), thường được bảo vệ bởi một khung có tay cầm hoặc đeo trực tiếp vào mắt.

Mỗi kính lúp có một số bội giác xác định. Trong thực tế, số bội giác thường được ghi ngay trên khung đỡ kính và được kí hiệu: 2x, 5x, 10x, 20x,... Giá trị này thường được tính theo quy ước:

$G=\dfrac{25}{f}$

Trong đó:

• $G$ là số bội giác. Kính lúp có số bội giác càng lớn thì có thể quan sát được vật càng nhỏ;
• $f$ là tiêu cự thấu kính được đo bằng đơn vị cm.

2. Sử dụng kính lúp

Khi quan sát một vật nhỏ qua kính lúp, mắt nhìn ảnh ảo của vật đó qua kính. Cần phải đặt vật nhỏ trong khoảng từ quang tâm O của kính đến tiêu điểm chính F.

Ngoài ra để mắt có thể nhìn thấy ảnh thì ảnh phải có vị trí ở trong khoảng nhìn rõ của mắt. Với mắt không có tật khúc xạ, khoảng nhìn rõ của mắt từ khoảng 25 cm (còn gọi là điểm cực cận) đến vô cực (còn gọi là điểm cực viễn).

• Khi đặt kính lúp sao cho ảnh của vật xuất hiện ở điểm cực cận, ta gọi đó là ngắm chừng ở cực cận.
• Khi đặt vật ở vị trí d = f, ảnh của vật sẽ ở xa vô cực.

Để quan sát vật nhỏ bằng kính lúp, ta đặt kính sát vật, rồi từ từ dịch chuyển kính ra xa tới khi quan sát được rõ vật. 

1. Để vẽ được ảnh của vật qua thấu kính ta có thể dùng tia sáng đi qua quang tâm và tia sáng song song với trục chính của thấu kính.

2. Thấu kính hội tụ cho ảnh thật ngược chiều với vật khi khoảng cách từ vật đến thấu kính lớn hơn tiêu cự hoặc cho ảnh ảo cùng chiều khi khoảng cách từ vật đến thấu kính nhỏ hơn tiêu cự.

3. Thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật.

4. Để xác định được vị trí và kích thước của ảnh qua thấu kính hội tụ có thể dùng sơ đồ tỉ lệ.

5. Để quan sát các vật nhỏ qua kính lúp, ta phải đặt vật sao cho khoảng cách từ vật đến kính lúp nhỏ hơn tiêu cự của kính để tạo ra ảnh ảo, cùng chiều và có kích thước lớn hơn vật. Khi đó, cần đặt mắt đón chùm tia ló qua kính và điều chỉnh vị tri đặt mắt và kính lúp cho phù hợp.