Thấu kính SVIP

I. Cấu tạo thấu kính và phân loại

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

Phân loại

Dựa trên hình dạng, ta có thể phân thành hai loại: thấu kính rìa mỏng (có phần rìa thấu kính mỏng hơn phần giữa) và thấu kính rìa dày (có phần rìa thấu kính dày hơn phần giữa).

Kí hiệu thấu kính

Đường truyền tia sáng qua thấu kính 

Trong không khí:

• Khi chiếu chùm sáng song song qua thấu kính rìa mỏng ta thu được chùm tia ló hội tụ. Do đó, thấu kính rìa mỏng là thấu kính hội tụ.
• Khi chiếu chùm sáng song song qua thấu kính phân kì rìa dày ta thu được chùm tia ló phân kì. Do đó, thấu kính rìa dày là thấu kính phân kì.

II. Trục chính, quang tâm, tiêu điểm chính và tiêu cự của thấu kính

 Từ hình vẽ:

• Quang tâm: Có một điểm O của thấu kính mà mọi tia sáng tới O đều truyền thẳng qua thấu kính. Điểm O gọi là quang tâm của thấu kính.
• Trục chính: Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với tiết diện thẳng của thấu kính gọi là trục chính của thấu kính.
• Tiêu điểm chính: Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính (đối với thấu kính hội tụ); hoặc đường kéo dài của chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính (đối với thấu kính phân kì). Điểm F gọi là tiêu điểm chính của thấu kính.
• Tiêu cự: Khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm chính F của thấu kính, OF = f gọi là tiêu cự của thấu kính.

III. Đường truyền của tia sáng qua thấu kính

1. Thí nghiệm

Đối với thấu kính hội tụ

• Tia sáng tới quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.
• Tia sáng song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm chính.

Đối với thấu kính phân kì

• Tia sáng tới quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.
• Tia sáng song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm chính.

2. Giải thích sự truyền ánh sáng qua thấu kính

a) Sự truyền ánh sáng qua thấu kính hội tụ

Hình dung thấu kính được tạo thành bởi các lăng kính nhỏ ghép liền nhau, ở giữa là một khối trong suốt có hai mặt song song. Các lăng kính có đáy hướng về trục chính. Do các tia sáng qua lăng kính bị lệch về phía đáy, còn tia sáng chính giữa vuông góc với hai mặt của khối trong suốt nên truyền thẳng, vì vậy chùm sáng song song qua thấu kính hội tụ trở thành chùm sáng hội tụ.

Lưu ý: Khi giải thích đường truyền ánh sáng qua thấu kính, ta không xem xét tác dụng tán sắc ánh sáng của các lăng kính trong mô hình thấu kính được tạo thành bởi các lăng kính ghép liền nhau này.

b) Sự truyền ánh sáng qua thấu kính phân kì

Hãy hình dung thấu kình phân kì được tạo thành bởi các lăng kính nhỏ ghép liền nhau, ở giữa là một khối trong suốt có hai mặt song song. Các lăng kính có đáy hướng ra xa trục chính. Do các tia sáng qua lăng kính bị lệch về phía đáy, còn tia sáng chính giữa vuông góc với hai mặt của khối trong suốt nên truyền thẳng. Vì vậy, chùm sáng song song qua thấu kính phân kì trở thành chùm sáng phân kì và khi kéo dài các tia ló, chúng sẽ giao nhau tại tiêu điểm.

IV. Sự tạo ảnh của một vật qua thấu kính

Ảnh của vật qua thấu kính hội tụ

• Khi dịch chuyển một thấu kính hội tụ trong khoảng giữa vật và màn, ta quan sát được có vị trí của thấu kính cho ảnh của vật rõ nét trên màn và ngược chiều với vật. Nếu dịch thấu kính khỏi vị trí cho ảnh rõ nét thì ảnh của vật trên bị nhòe hoặc không xuất hiện trên màn nữa.
• Ảnh qua thấu kính hội tụ là ảnh thật được tạo bởi các tia ló qua thấu kính.

Ảnh của vật qua thấu kính phân kì

• Khi dịch chuyển một thấu kính phân kì trong khoảng giữa vật và màn, ta không quan sát được vị trí nào của thấu kính cho ảnh của vật rõ nét trên màn, nhưng nếu đặt mắt nhìn qua thấu kính thì ta thấy có ảnh của vật cùng chiều và nhỏ hơn vật. 
• Ảnh qua thấu kính phân kì là ảnh ảo, tạo bởi các đường kéo dài của chùm tia ló qua thấu kính.

1. Cách vẽ ảnh tạo bởi thấu kính

Để vẽ ảnh của một điểm sáng S nằm ngoài trục chính (nguồn sáng rất nhỏ) qua thấu kính, ta vẽ các tia sáng sau đây:

• 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.

2. Dựng ảnh của một vật qua thấu kính

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 kiểm tra đặc điểm ảnh của vật qua thấu kính

Đặc điểm ảnh của vật qua thấu kính hội tụ

• Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật.
• Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật.

Đặc điểm ảnh của vật qua thấu kính phân kì

• Vật đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật.

1. Thấu kính là một khối đồng chất trong suốt, giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng.

2. Quang tâm: Có một điểm O của thấu kính mà mọi tia sáng tới O đều truyền thẳng qua thấu kính. Điểm O gọi là quang tâm của thấu kính.

3. Trục chính: Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với tiết diện thẳng của thấu kính gọi là trục chính của thấu kính.

4. Tiêu điểm chính: Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính (đối với thấu kính hội tụ); hoặc đường kéo dài của chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính (đối với thấu kính phân kì). Điểm F gọi là tiêu điểm chính của thấu kính.

5. Tiêu cự: Khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điể chính F của thấu kính, OF = f gọi là tiêu cự của thấu kính.

6. Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính hội tụ cho ảnh thật, ngược chiều với vật. Vật đặt trong khoảng tiêu cự của thấu kính hội tụ cho ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật.

7. Vật đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật.

8. Ảnh thật là ảnh hứng được trên màn chắn, ảnh ảo là ảnh không hứng được trên màn chắn.