Thấu Kính Hội Tụ

THẤU KÍNH HỘI TỤ

A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1) Đặc điểm của thấu kính hội tụ:

Thấu kính hội tụ có phần rìa mỏng hơn phần giữa. kí hiệu trong hình vẽ:
Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ cho chùm tia ló hội tụ tại tiêu điểm của thấu kính.
Dùng thấu kính hội tụ quan sát dòng chữ thấy lớn hơn so với khi nhìn bình thường.
Trong đó: D là trục chính

F, F’ là hai tiêu điểm

O là quang tâm

OF=OF’ = f gọi là tiêu cự của thấu kính

3) Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:

(1): Tia tới đi qua quang tâm thì tia ló tiếp tục đi thẳng (không bị khúc xạ) theo phương của tia tới.

(2): Tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm.

(3): Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

4) Ảnh của vật tạo bởi thấu kính hội tụ:

Nếu d
Nếu d=f không cho ảnh
Nêu f
Nếu d=2f cho ảnh thật ngược chiều với vật và bằng vật
Nếu d>2f cho ảnh thật ngược chiều với vật và nhỏ hơn vật.

5) Dựng ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ:

Muốn dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính (AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng cách vẽ đường truyền của hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó từ B’ hạ vuông góc xuống trục chính là ta có ảnh A’ của A.

6) Công thức của thấu kính hội tụ

Tỉ lệ chiều cao vật và ảnh: $\frac{h}{h'}=\frac{d}{d'}$
Quan hệ giữa d, d’ và f: $\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}$ nếu là ảnh ảo thì $\frac{1}{f}=\frac{1}{d}-\frac{1}{d'}$
Trong đó: d là khoảng cách từ vật đến thấu kính

d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính

f là tiêu cự của thấu kính

h là chiều cao của vật

h’ là chiều cao của ảnh

B: VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 1: Hình vẽ dưới chỉ vẽ các tia tới của thấu kính và các tia ló ra khỏi thấu kính. Hãy vẽ thêm cho đầy đủ cả tia tới và tia ló.

Hướng dẫn

Dựa vào đường đi của các tia sáng đặc biệt qua thấu kính ta có:

Tia tới qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng không đổi hướng
Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F’
Tia tới qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính

Ta được hình dưới đây

Bài 2: Đặt vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 24 cm, sao cho điểm A nằm trên trục chính và cách thấu kính một khoảng d = 36 cm. hãy xác định vị trí, tính chất ( thật ảo ) của ảnh?

Hướng dẫn

Khi d = 36 cm >f = 24 cm, ta áp dụng công thức:

\[\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}\]

Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là:

\[d'=\frac{df}{d-f}=72cm\]

Vì d = 36 cm > f = 24 cm tức vật AB nằm ngoài khoảng tiêu cự nên ảnh A’B’ là ảnh thật.

Bài 3: Đặt vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 24 cm, sao cho điểm A nằm trên trục chính và cách thấu kính một khoảng d = 12 cm. hãy xác định vị trí, tính chất ( thật ảo ) của ảnh?

Hướng dẫn

Khi d = 12 cm < f = 24 cm, ta áp dụng công thức:

\[\frac{1}{f}=\frac{1}{d}-\frac{1}{d'}\]

Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là:

\[d'=\frac{df}{f-d}=24cm\]

Vì d = 12 cm < f = 24 cm tức vật AB nằm trong khoảng tiêu cự nên ảnh A’B’ là ảnh ảo.

Bài 4: Đặt vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 12 cm, thì thấy ảnh A’B’ của AB là ảnh thật và cao gấp 3 lần vật. hãy xác định vị trí của vật và ảnh so với thấu kính.

Hướng dẫn

Gọi d và d’ là khoảng cách từ vật AB và ảnh A’B’ đến thấu kính.

Vì ảnh là ảnh thật nên ta có: \[\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}\] (1)

Vì ảnh cao gấp 3 lần vật nên: \[\frac{A'B'}{AB}=\frac{d'}{d}=3\Rightarrow d'=3d\] (2)

Thay (2) vào (1) ta có: \[\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}=\frac{1}{d}+\frac{1}{3d}=\frac{4}{3d}\]

\[\Rightarrow d=\frac{4}{3}f=16cm\]và \[d'=3d=48cm\]

Bài 5: Đặt vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f và cách thấu kính 18 cm thì thấy ảnh là ảnh thật và cao bằng nửa vật. hãy xác định tiêu cự của thấu kính.

Hướng dẫn

Gọi d và d’ là khoảng cách từ vật AB và ảnh A’B’ đến thấu kính.

Vì ảnh là ảnh thật nên ta có: \[\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d'}\]

Vì ảnh chỉ cao bằng nửa vật nên: \[\frac{A'B'}{AB}=\frac{d'}{d}=\frac{1}{2}\Rightarrow d'=9cm\]

Tiêu cự của thấu kính là: \[f=\frac{d.d'}{d+d'}=6cm\]

Bài 6: Đặt vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm, nhìn qua thấu kính ta thấy ảnh A’B’ cao gấp 4 lần AB.

Cho biết ảnh A’B’ là ảnh thật hay ảo? tại sao?
Xác định vị trí của vật và ảnh.

Hướng dẫn

Ảnh A’B’ là ảnh ảo vì ảnh này ko thu được trên màn và chỉ thấy được qua thấu kính
Vì A’B’ = 4AB nên ta có: \[\frac{A'B'}{AB}=\frac{d'}{d}=4\Rightarrow d'=4d\]

Áp dụng công thức : \[\frac{1}{f}=\frac{1}{d}-\frac{1}{d'}=\frac{1}{d}-\frac{1}{4d}=\frac{3}{4d}\]

Vị trí của vật và ảnh: \[d=\frac{3}{4}f=15cm\] và d’ = 4d = 60 cm

C: BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Tia tới đi qua quang tâm của thấu kính hội tụ cho tia ló

A. đi qua tiêu điểm. B. song song với trục chính.

C. truyền thẳng theo phương của tia tới. D. có đường kéo dài đi qua tiêu điểm.

Câu 2: Tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ cho tia ló

A. đi qua trung điểm đạon nối quang tâm và tiêu điểm.

B. song song với trục chính.

C. truyền thẳng theo phương của tia tới.

D. đi qua tiêu điểm.

Câu 3: Tia tới đi qua tiêu điểm của thấu kính hội tụ cho tia ló

A. truyền thẳng theo phương của tia tới.

B. đi qua trung điểm đạon nối quang tâm và tiêu điểm.

C. song song với trục chính.

D. có đường kéo dài đi qua tiêu điểm.

Câu 4: Thấu kính hội tụ có đặc điểm biến đổi chùm tia tới song song thành

A. chùm tia phản xạ. B. chùm tia ló hội tụ.

C. chùm tia ló phân kỳ. D. chùm tia ló song song khác.

Câu 5: Thấu kính hội tụ là loại thấu kính có

A. phần rìa dày hơn phần giữa. B. phần rìa mỏng hơn phần giữa.

C. phần rìa và phần giữa bằng nhau. D. hình dạng bất kỳ.

Câu 6: Chùm tia sáng đi qua thấu kính hội tụ mô tả hiện tượng

A. Truyền thẳng ánh sáng. B. Tán xạ ánh sáng.

C. Phản xạ ánh sáng. D. Khúc xạ ánh sáng.

Câu 7: Chùm tia ló của thấu kính hội tụ có đặc điểm là

A. chùm song song.

B. lệch về phía trục chính so với tia tới.

C. lệch ra xa trục chính hơn so với tia tới.

D. phản xạ ngay tại thấu kính.

Câu 8: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’; ảnh và vật nằm về cùng một phía đối với thấu kính ảnh A’B’

A. là ảnh thật, lớn hơn vật. B. là ảnh ảo, nhỏ hơn vật.

C. ngược chiều với vật. D. là ảnh ảo, cùng chiều với vật.

Câu 9: Ảnh A’B’ của một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính tại A và ở trong khoảng tiêu cự của một thấu kính hội tụ là

A. ảnh ảo ngược chiều vật. B. ảnh ảo cùng chiều vật.

C. ảnh thật cùng chiều vật. D. ảnh thật ngược chiều vật.

Câu 10: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ cho ảnh A’B’, ảnh và vật nằm về hai phía đối với thấu kính thì ảnh đó là

A. thật, ngược chiều với vật. B. thật, luôn lớn hơn vật.

C. ảo, cùng chiều với vật. D. thật, luôn cao bằng vật.

Câu 11: Đặt một vật AB hình mũi tên vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng d > 2f thì ảnh A’B’ của AB qua thấu kính là

A. ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn vật. B. ảnh thật, cùng chiều và nhỏ hơn vật.

C. ảnh thật, ngược chiều và lớn hơn vật. D. ảnh thật, cùng chiều và lớn hơn vật.

Câu 12: Đặt một vật AB hình mũi tên vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng d = 2f thì ảnh A’B’của AB qua thấu kính có tính chất

A. ảnh thật, cùng chiều và nhỏ hơn vật. B. ảnh thật, ngược chiều và lớn hơn vật.

C. ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn vật. D. ảnh thật, ngược chiều và lớn bằng vật.

Câu 13: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ có tiêu cự f và cách thấu kính một khoảng OA cho ảnh A’B’ ngược chiều cao bằng vật AB thì

A. OA = f. B. OA = 2f. C. OA > f. D. OA < f.

Câu 14: Ảnh thật cho bởi thấu kính hội tụ bao giờ cũng

A. cùng chiều, nhỏ hơn vật B. cùng chiều với vật

C. ngược chiều, lớn hơn vật D. ngược chiều với vật

Câu 15: Khi một vật đặt rất xa thấu kính hội tụ, thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng

A. bằng tiêu cự. B. nhỏ hơn tiêu cự. C. lớn hơn tiêu cự. D. gấp 2 lần tiêu cự.

Câu 16: Ảnh của một vật sáng đặt ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 16cm. Có thể thu được ảnh nhỏ hơn vật tạo bởi thấu kính này khi đặt vật cách thấu kính

A. 8 cm. B. 16 cm. C. 32 cm. D. 48 cm.

Câu 17: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ có tiêu cự f. Điểm A nằm trên trục chính, cho ảnh thật A’B’ nhỏ hơn vật thì AB nằm cách thấu kính một khoảng

A. OA < f. B. OA > 2f. C. OA = f. D. OA = 2f.

Câu 18: Vật AB đặt trước thấu kính hội tụ có tiêu cự f. Điểm A nằm trên trục chính, cho ảnh thật A’B’ lớn hơn vật thì AB nằm cách thấu kính một đoạn

A. f < OA < 2f. B. OA > 2f. C. 0 < OA < f. D. OA = 2f.

Đáp án