Bài 29. Thấu kính mỏng

THẤU KÍNH MỎNG

I. Thấu kính. Phân loại thấu kính

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

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)

Trong không khí:

• Thấu kính lồi còn được gọi là thấu kính hội tụ (a)
• Thấu kính lõm còn được gọi là thấu kính phân kì (b)

II. Khảo sát thấu kính hội tụ

1. Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện

a) Quang tâm

• Là điểm O chính giữa của thấu kính mà mọi tia sáng tới truyền qua đó 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 qua quang tâm O là trục phụ của thấu kính.

b) Tiêu điểm. Tiêu diện

• Chùm tia sáng tới song song với trục chính sẽ hội tụ tại một điểm trên trục chính. Điểm đó là tiêu điểm chính của thấu kính.

        Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm chính F (tiêu điểm vật) và F’ (tiêu điểm ảnh) đối xứng với nhau qua quang tâm.

• Chùm tia sáng song song với một trục phụ sau khi qua thấu kính sẽ hội tụ tại một điểm trên trục phụ đó. Điểm đó là tiêu điểm phụ của thấu kính.

        Mỗi thấu kính có vô số các tiêu điểm phụ vật Fn và các tiêu điểm phụ ảnh Fn’.

• Tập hợp tất cả các tiêu điểm tạo thành tiêu diện. Mỗi thấu kính có hai tiêu diện: tiêu diện vật và tiêu diện ảnh.

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

2. Tiêu cự. Độ tụ

• Tiêu cự:  \(f=\overset{\_\_\_\_}{\mathop{OF'}}\)

        Thấu kính hội tụ có tiêu cự dương: \(f>0\) 

• Độ tụ: \(D=\dfrac{1}{f}\)

        Đơn vị của độ tụ là điôp (dp)

III. Khảo sát thấu kính phân kì

• Quang tâm của thấu kính phân kì cũng có tính chất như quang tâm của thấu kính hội tụ.
•  Các tiêu điểm và tiêu diện của thấu kính phân kì cũng được xác định tương tự như đối với thấu kính hội tụ. Điểm khác biệt là chúng đều ảo, được xác định bởi đường kéo dài của các tia sáng.
• Thấu kính phân kì có tiêu cự và độ tụ âm: \(f < 0 ; D < 0.\)

IV. Sự tạo ảnh bởi thấu kính

1. Khái niệm ảnh và vật trong quang học

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

• Ảnh điểm là thật nếu chùm tia ló là chùm hội tụ
• Ảnh điểm là ảo nếu chùm tia ló là chùm phân kì.

Vật điểm là điểm đồng qui của chùm tia tới hoặc đường kéo dài của chúng.

• Vật điểm là thật nếu chùm tia tới là chùm phân kì
• Vật điểm là ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ.

2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính

Để vẽ ảnh của vật tạo bởi thấu kính ta thường vẽ các tia tới sau

• Tia tới qua quang tâm- Tia ló đi thẳng.
• Tia tới song song trục chính- Tia ló qua tiêu điểm ảnh chính F’.
• Tia tới qua tiêu điểm vật chính F- Tia ló song song trục chính.
• Tia tới song song trục phụ- Tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ F’n.

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 tạo ảnh bởi thấu kính

V. Các công thức về thấu kính

Để thiết lập các công thức tổng quát áp dụng cho mọi trường hợp, người ta đặt các giá trị đại số cho khoảng cách như sau

\(\overline{OA}=d\)  với quy ước 

• \(d>0\) nếu vật thật
• \(d< 0\) nếu vật ảo (không xét)

\(\overline{OA'}=d'\)  với quy ước 

• \(d'>0\) nếu ảnh thật
• \(d'< 0\) nếu ảnh ảo 

Chiều và độ lớn của ảnh được xác định bởi tỉ số 

\(\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}=k\)

\(k\) gọi là số phóng đại ảnh

• \(k>0\): vật và ảnh cùng chiều
• \(k< 0\): vật và ảnh ngược chiều

1. Công thức xác định vị trí ảnh

\(\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{d}+\dfrac{1}{d'}\)

2. Công thức xác định số phóng đại ảnh

 \(k=-\dfrac{d'}{d}\)

V. Công dụng của thấu kính

Thấu kính có nhiều công dụng hữu ích trong đời sống và khoa học.

Thấu kính được dụng làm: kính khắc phục các tật của mắt, kính lúp, máy ảnh, kính hiển vi, máy quang phổ....