 ĐỊNH NGHĨA PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU Dựa theo hình dạng, thấu kính gồm hai loại: - Thấu kính lồi (còn được gọi là thấu kính rìa mỏng). - Thấu kính lõm (còn được gọi là thấu kính rìa dày). Hình 4.1. Thấu kính rìa mỏng và kí hiệu - Thấu kính rìa mỏng đặt trong không khí còn gọi là thấu kính hội tụ. Vì chùm tia tới song song khi đi qua thấu kính này sẽ cho chùm tia ló hội tụ (như hình 4.1).
Hình 4.2. Thấu kính rìa dày và kí hiệu - Thấu kính rìa dày đặt trong không khí còn gọi là thấu kính phân kì. Vì chùm tia tới song song khi đi qua thấu kính này sẽ cho chùm tia ló phân kì (như hình 4.2). TRỤC CHÍNH Hình 4.3. Đường thẳng C1C2 nối các tâm của hai mặt cầu QUANG TÂM
- Điểm O là điểm mà trục chính cắt thấu kính, gọi là quang tâm thấu kính. Một tia sáng bất kì đi qua quang tâm thì truyền thẳng. Hình 4.4. Quang tâm, trục chính và trục phụ của thấu kính TRỤC PHỤ - Đường thẳng bất kì đi qua quang tâm O gọi là trục phụ. TIÊU ĐIỂM ẢNH CHÍNH Hình 4.5. Tiêu điểm ảnh chính của thấu kính hội tụ - Với thấu kính phân kì: khi chiếu chùm tia tới song song với trục chính, đường kéo dài của chùm tia ló sẽ giao nhau tại một điểm nằm trên trục chính, gọi là tiêu điểm ảnh chính, hay tiêu điểm ảnh của thấu kính phân kì. Thấu kính phân kì có tiêu điểm ảnh chính là ảo. Hình 4.6. Tiêu điểm ảnh chính của thấu kính phân kì TIÊU ĐIỂM VẬT CHÍNH - Với thấu kính hội tụ: Vị trí nguồn sáng điểm trên trục chính để cho chùm tia ló song song với trục chính gọi là tiêu điểm vật chính hay tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ. Hình 4.7. Tiêu điểm vật chính của thấu kính hội tụ - Với thấu kính phân kì: Vị trí mà chùm tia tới khi kéo dài thì giao nhau trên trục chính cho chùm tia ló song song với trục chính, gọi là tiêu điểm vật chính hay tiêu điểm vật của thấu kính phân kì. Hình 4.8. Tiêu điểm vật chính của thấu kính phân kì * Các tiêu điểm vật và tiêu điểm ảnh đối xứng với nhau qua quang tâm. Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật gọi là tiêu diện vật. Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh gọi là tiêu diện ảnh. Hình 4.9. Tiêu diện ảnh của thấu kính hội tụ Hình 4.10. Tiêu diện ảnh của thấu kính phân kì TIÊU ĐIỂM PHỤ Hình 4.11. Tiêu điểm ảnh phụ của thấu kính hội tụ Điểm cắt của một trục phụ bất kì với tiêu diện vật hoặc tiêu diện ảnh được gọi là tiêu điểm vật phụ hoặc tiêu điểm ảnh phụ. TIÊU CỰ Tiêu cự là độ dài đại số, kí hiệu là f, có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ tiêu điểm chính tới quang tâm thấu kính. |f| = OF = OF’. Quy ước: f > 0 với thấu kính hội tụ; f < 0 với thấu kính phân kì. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH Các tia đặc biệt - Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính. - Tia tới (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm vật chính, tia ló tương ứng song song trục chính. - Tia tới qua quang tâm thì truyền thẳng. Hình 4.12. Ba tia đặc biệt qua thấu kính Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kỳ - Xét tia tới SI bất kỳ. Cách 1:
Hình 4.13. Vẽ tia ló ứng với tia tới bất kì bằng cách tìm tiêu điểm ảnh phụ Cách 2: + Vẽ tiêu diện vật, tìm tiêu điểm vật phụ F1. Hình 4.14. Vẽ tia ló ứng với tia tới bất kì bằng cách tìm tiêu điểm vật phụ XÁC ĐỊNH ẢNH BẰNG CÁCH VẼ ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG Xét vật AB nhỏ, phẳng, đặt trên trục chính, vuông góc trục chính. - Nhận xét: + A nằm trên trục chính nên A’ cũng nằm trên trục chính. + Vẽ ảnh B’ rồi dựng vuông góc xuống trục chính ta sẽ có ảnh A’B’. - TH1: AB nằm ngoài tiêu cự. Hình 4.15. Vẽ ảnh qua thấu kính hội tụ của vật AB nằm ngoài tiêu cự Nhận xét: A’B’ là ảnh thật, ngược chiều vật. - TH2: AB nằm trong tiêu cự. Hình 4.16. Vẽ ảnh qua thấu kính hội tụ của vật AB nằm trong tiêu cự Nhận xét: A’B’ là ảnh thật, ngược chiều vật. A’B’ là ảnh ảo, cùng chiều vật. - TH3: AB nằm tại tiêu điểm vật F. Hình 4.17. Vẽ ảnh qua thấu kính hội tụ của vật AB nằm tại tiêu điểm Nhận xét: A’B’ là ảnh thật, ngược chiều vật. A’B’ nằm ở \[\infty .\] Tương tự, hãy vẽ ảnh tạo bởi thấu kính phân kỳ trong 3 trường hợp trên. Hình 4.18. Vẽ ảnh qua thấu kính phân kì của vật AB Nhận xét: A’B’ là ảnh thật, ngược chiều vật. A’B’ luôn là ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật. ĐỘ TỤ D: độ tụ (dp) f : tiêu cự (m). R1, R2 : bán kính 2 mặt cong (m). n : chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính với môi trường xung quanh. Quy ước dấu- TKHT: D > 0 - TKPK: D < 0 - Mặt cầu lồi: R > 0 - Mặt cầu lõm: R < 0. Đối với mặt phẳng, R bằng bao nhiêu? CÔNG THỨC THẤU KÍNH
hoặc Với d và d' là khoảng cách đại số từ vật và ảnh đến thấu kính. Quy ước dấud > 0: vật thật. d' > 0: ảnh thật d' < 0: ảnh ảo. - Ảnh ngược chiều vật: k < 0. - Ảnh cùng chiều vật: k > 0. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN 4.1. Chiếu những tia tới khác nhau đến các thấu kính dưới đây. Cho xy là trục chính của thấu kính. Thấu kính nào là thấu kính hội tụ? Hình 4.19. Câu hỏi 4.1 A. Hình a B. Hình b C. Hình c D. Hình b và hình c.4.2. Chiếu những tia tới khác nhau đến các thấu kính dưới đây. Cho xy là trục chính của thấu kính. Thấu kính nào là thấu kính phân kì?Hình 4.20. Câu hỏi 4.2 A. Hình a B. Hình b C. Hình c D. Cả 3 hình. 4.3. Một thấu kính được giới hạn bởi hai mặt cầu giống nhau, có độ tụ 2 dp, chiết suất bằng 1.5. Bán kính hai mặt cầu bằng A. 60 cm. B. 50 cm. C. 40 cm. D. 25 cm. 4.4. Một thấu kính mỏng bằng thủy tinh có chiết suất 1.5 gồm một mặt lồi có bán kính 10 cm và một mặt lõm bán kính gấp đôi mặt lồi. Độ tụ của thấu kính là A. 5 dp. B. 3 dp. C. 2.5 dp. D. 1.5 dp. 4.5. Một vật sáng AB cao 10 cm đặt vuông góc trục chính của một thấu kính hội tụ 5 dp, A nằm trên trục chính. a) Vẽ và xác định ảnh của AB nếu AB được đặt cách thấu kính a1) 30 cm. a2) 20 cm. a3) 10 cm. b) Xác định vị trí của vật để có b1) ảnh cao gấp đôi và cùng chiều vật. b2) ảnh thật cao bằng một nửa vật. b3) ảnh hiện trên màn, cách thấu kính 30 cm. b4) ảnh cách vật 90 cm. 4.6. Vật thật AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ cho ảnh rõ nét của vật trên màn ảnh đặt sau thấu kính, cách vật một khoảng L = 90cm. Biết ảnh bằng một nửa vật. a) Tìm tiêu cự và độ tụ của thấu kính. b) Vẽ ảnh. 4.7. Một thấu kính phẳng – lồi làm bằng thủy tinh có chiết suất n = 1,3 và bán kính mặt cong R = 10cm. a) Tính độ tụ và tiêu cự của thấu kính. b) Một điểm sáng S nằm trên trục chính của thấu kính, cách thấu kính 1m. Xác định ảnh của S qua thấu kính, vẽ ảnh. c) Dìm thấu kính trên vào nước, tính lại độ tụ và tiêu cự. Biết chiết suất của nước là 4/3. Nhận xét về kết quả vừa tìm được. GIỚI THIỆU VỀ BÀI TẬP VẬT LÝ NGƯỢC Chúng ta đều biết bài tập vật lý có vai trò rất quan trọng trong việc phát triển tư duy và các kỹ năng cần thiết cho người học. Tuy nhiên các dạng bài tập vật lý truyền thống bên cạnh một số ưu điểm thì với cách giải bài tập như hiện nay học sinh thường chỉ quan tâm đến việc áp dụng công thức để tính toán các đại lượng vật lý đề bài yêu cầu, mà chưa hiểu rõ bản chất vật lý được đề cập đến trong bài tập. Bài tập vật lý ngược (Physics Jeopardy Problems) là dạng bài tập mà giáo viên sẽ cung cấp cho học sinh đáp án và học sinh sẽ phải xây dựng bài tập cho phù hợp với đán án. Đây là một dạng bài tập mới, được đề xuất bởi Alan Van Heuvelen và David P. Maloney vào năm 1999. Bài tập vật lý ngược có hai dạng chủ yếu: bài tập bắt đầu bằng những phương trình vật lý và bài tập bắt đầu bằng giản đồ hoặc đồ thị. Nhiệm vụ của người giải là xây dựng một tình huống vật lý phù hợp với phương trình hoặc đồ thị đã cho. Bài tập vật lý ngược có một số ưu điểm như sau: - Học sinh sẽ hiểu rõ hơn ý nghĩa vật lý của các ký hiệu, các đại lượng được cho trong phương trình hoặc giản đồ, đồ thị để có thể hình dung, tưởng tượng được quá trình vật lý mà phương trình, đồ thị hoặc giản đồ đề cập. - Thông thường, học sinh không đặc biệt chú ý đến đơn vị của các đại lượng vật lý. Nhưng đối với dạng bài tập vật lý ngược, đơn vị trở thành chìa khóa để nhận ra các đại lượng vật lý trong các phương trình vật lý, từ đó giúp học sinh nhanh chóng hiểu được ý nghĩa của phương trình vật lý. - Trong dạng bài tập này, học sinh thường được yêu cầu phải trình bày, thể hiện tình huống vật lý dưới nhiều hình thức khác nhau như từ ngữ, hình ảnh, đồ thị, giản đồ, phương trình vật lý. Do đó, nó giúp cho học sinh rèn luyện việc chuyển đổi giữa nhiều cách trình bày và giúp học sinh hiểu rõ bản chất vật lý được đề cập đến trong các bài tập. - Học sinh dễ dàng sáng tạo đối với dạng bài tập này vì không phải có duy nhất một đáp án chính với một bài tập, mà học sinh có thể đưa ra nhiều đáp án khác nhau, miễn là phù hợp với quá trình vật lý được đưa ra. Dưới đây là một ví dụ về bài tập vật lý ngược dạng phương trình. Hướng dẫn Đây là một bài tập ngược dạng phương trình vật lý. Ở dạng bài tập này, các phương trình được viết đầy đủ các bước tính toán và đơn vị để người giải có thể dễ dàng hình dung được các đại lượng cũng như số liệu được cung cấp. Nhìn vào 2 phương trình được cho trên đây, dễ dàng nhận ra các dữ kiện đã cho. Chẳng hạn như ở câu a, sử dụng phương trình liên hệ vị trí vật và ảnh \[d' = \frac{{fd}}{{d - f}}\]ta dễ dàng nhận ra các giá trị của d và f (d = 50 cm và f = 30 cm). Còn ở câu b, đề bài áp dụng công thức để tìm ra độ phóng đại và kết luận về tính chất ảnh. Như vậy từ đó ta có thể hình dung ra được tình huống vật lý mà đề yêu cầu đặt, chẳng hạn như sau: Một ngọn nến nhỏ được đặt trên trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự 30cm và cách thấu kính 50cm. Hỏi ảnh của ngọn nến qua thấu kính là ảnh thật hay ảo, cách thấu kính bao nhiêu, cao gấp bao nhiêu lần vật? Ở dạng bài tập này, bạn có thể vận dụng tối đa trí tưởng tượng và sáng tạo của mình miễn sao hợp lý và đúng bản chất vật lý, chẳng hạn như có thể thay ngọn nến nhỏ bằng cây kim, một mẩu ngòi bút chì bấm… hoặc diễn đạt câu hỏi theo cách sinh động hơn. Bạn hãy thử giải những bài tập sau nhé. 4.9. Một bài toán được giải như sau: \[d' = L - d = 80cm - 50cm = 30cm\]\[k = - \frac{{30cm}}{{50cm}} = \frac{3}{5}.\]\[h = \frac{3}{5}.(5cm) = 3cm.\]\[f = \frac{{(50cm)(30cm)}}{{50cm + 30cm}} = 18.75cm.\] Hãy đặt một tình huống vật lý phù hợp với bài giải trên. 4.10. Một bài toán được giải như sau: \[a)D = (1.5 - 1)\left( {\frac{1}{{0.2m}} + \frac{1}{\infty }} \right) = 2.5dp.\] \[f = \frac{1}{D} = \frac{1}{{2.5dp}} = 0.4m = 40cm.\] D > 0, f > 0 nên thấu kính này làthấu kính hội tụ, có tiêu cự là 40 cm. \[b)D = \left( {\frac{{1.5}}{{\frac{4}{3}}} - 1} \right)\left( {\frac{1}{{0.2m}} + \frac{1}{\infty }} \right) = 0.625dp.\] \[f = \frac{1}{D} = \frac{1}{{0.625dp}} = 1.6m = 160cm.\] D > 0, f > 0 nên thấu kính vẫn là thấu kính hội tụ, có tiêu cự là 160 cm. Hãy đặt một tình huống vật lý phù hợp với bài giải trên. |
