Thấu kính mỏng
1. Thấu kín. Phân loại thấu kính
- Thấu kính là một khối chất trong suốt (thủy tinh, nhựa,..) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng.
- Có hai loại thấu kính là :
+ Thấu kính lồi: là thấu kính hội tụ (a)
+ Thấu kính lõm là thấu kính phân kì (b)
2. Khảo sát thấu kính hội tụ
2.1 Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện
a, Quang tâm
- Quang tâm O của thấu kính là điểm mà mọi tia sáng tới O đều truyền thẳng qua thấu kính. Có thể coi O là điểm chính giữa thấu kính
- 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 truc phụ
b, Tiêu điểm. Tiêu diện
- Chiếu đến thấu kính hội tụ một chùm tia song song. chùm tia ló cắt nhau (hội tụ) tại một điểm trên trục tương ứng với chùm tia tới. Điểm này là tiêu điểm ảnh của thấu kính
- Trên mỗi trục có một tiêu điểm ảnh:
+ Tiêu điểm ảnh chính được kí hiệu là F'
+ Tiêu điểm ảnh phụ được kí hiệu \(F'_{n}\)
- 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 kí hiệu là F
+ Tiêu điểm vật phụ được kí hiệu \(F_{n}\)
- Tiêu điểm ảnh và tiêu điểm vật trên một trục nằm đối xứng 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
2.2 Tiêu cự. Độ tụ
- Tiêu cự của thấu kính được định nghĩa như sau
\(f=\overline{OF'}\)
- Ta quy ước \(f>0\) đối với thấu kính hội tụ, ứng với tiêu điểm ảnh \(F'\) thật (sau thấu kính)
- Thấy kính có khả năng hội tụ chùm tia sáng càng mạnh thì \(f\) càng nhỏ. Người ta định nghĩa độ tụ như sau:
\(D=\frac{1}{f}\) trong đó \(f\) tính bằng mét (m); D tính bằng điôp (dp)
3. Khảo sát thấu kính phân kì
- Các tiêu điểm cũng như tiêu diện 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 với thấu kính phân kì
- Tiêu cự và độ tụ của thấu kính phân kì có giá trị âm (ứng với tiêu điểm ảnh \(F'\)ảo.
4. Sự tạo ảnh bởi thấu kính
4.1 Khái niệm ảnh và vật trong quang học
- Ảnh điểm là điểm đồng quy của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng
- Một ảnh điểm là:
+ Thật nếu chìm tia ló là chùm hội tụ
+ Ảo nếu chùm tia ló là chùm phân kì
- 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 ló là chùm hội tụ
4.2 Cách dựng tạo ảnh bởi thấu kính
- Vẽ các tia tới sau:
+ 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)
- Trường hợp phải vẽ một tia bất kì thì ta xác định trục phụ song song với tia tới. Tia ló tương ứng sẽ đi qua tiêu điểm ảnh phụ trên trục phụ đó.
4.3 Các trường hợp ảnh tạo với thấu kính
5. Các công thức về thấu kính
- \(\overline{OA}=d\) với quy ước : vật thật thì \(d>0\), vật ảo thì \(d<0\)
-\(\overline{OA'}=d'\) với quy ước: ảnh thật thì \(d'>0\), ảnh ảo \(d'<0\)
- Chiều và độ lớn của ảnh được xác định bởi tỉ số
\(\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}=k\)
\(k\) được gọi là số phóng đại ảnh
+ Nếu k>0 : vật và ảnh cùng chiều
+ Nếu k<0: vật và ảnh ngược chiều
5.1 Công thức xác định vị trí ảnh
\(\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}=\frac{1}{f}\)
5.2 Công thức xác định số phóng đại ảnh
\(k=-\frac{d'}{d}\)
6. Công dụng của thấu kính
- Thấu kính được dùng làm
+ Kính khắc phục tật của mắt
+ Kính lúp
+ Máy ảnh, máy ghi hình
+ Kính hiển vi
+ Kính thiên văn, ống nhòm
+ Đèn chiếu
+ Máy quang phổ