Vật lý 9: Thấu kính phân kì

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Đặc điểm của thấu kính phân kỳ

Thấu kính phân kỳ (còn gọi là thấu kính rìa dày) là thấu kính mà chùm tia sáng song song sau khi đi qua thấu kính sẽ bị phân tán ra.
Thông thường, trong điều kiện chiết suất của vật liệu làm thấu kính lớn hơn chiết suất của môi trường chung quanh thì thấu kính phân kỳ có hình dạng lõm.
Trường hợp khác, khi chiết suất của thấu kính nhỏ hơn chiết suất môi trường thì các thấu kính lồi sẽ là thấu kính phân kỳ.
Ví dụ: các bọt khí trong môi trường nước, trong lòng các chất trong như thủy tinh...

2. Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính phân kỳ

2.1. Trục chính

Trong các tia tới vuông góc với mặt thấu kính, có một tia cho tia ló truyền thẳng không đổi hướng.Tia này trùng với một đường thẳng gọi là trục chính của thấu kính

2.2. Quang tâm

Trục chính của một thấu kính phân kỳ đi qua một điểm O trong thấu kính mà mọi tia sáng qua điểm này đều truyền thẳng, không đổi hướng. Điểm O gọi là quang tâm của thấu kính

2.3. Tiêu điểm

Chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính phân kỳ ho tia ló kéo dài cắt nhau tại điểm F nằm trên trục chính. Điểm đó gọi là tiêu điểm của thấu kính phân kỳ và nằm cùng phía với chùm tia tới
Mỗi thấu kính phân kỳ có hai tiêu điểm F và F’ nằm về hai phía của thấu kính, cách đều quang tâm O

Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt:
- Tia tới qua qua quang tâm O cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.
- Tia tới song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm F.
- Tia tới hướng tới tiêu điểm F’ cho tia ló song song với trục chính.

Bài tập minh họa

Bài 1 Nêu các đặc điểm của thấu kính phân kỳ?

Hướng dẫn giải:

Thấu kính phân kỳ (còn gọi là thấu kính rìa dày) là thấu kính mà chùm tia sáng song song sau khi đi qua thấu kính sẽ bị phân tán ra.
Thông thường, trong điều kiện chiết suất của vật liệu làm thấu kính lớn hơn chiết suất của môi trường chung quanh thì thấu kính phân kỳ có hình dạng lõm.
Trường hợp khác, khi chiết suất của thấu kính nhỏ hơn chiết suất môi trường thì các thấu kính lồi sẽ là thấu kính phân kỳ.
Ví dụ: các bọt khí trong môi trường nước, trong lòng các chất trong như thủy tinh...

Bài 2 Đường truyền của hai tia sáng đặc biệt qua thấu kính phân kì?

Hướng dẫn giải:

Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt

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

B. Bài tập trong sách giáo khoa

Bài C1 (trang 119 SGK Vật Lý 9): Hãy tìm cách nhận biết thấu kính hội tụ trong hai loại thấu kính có ở phòng thí nghiệm

Hướng dẫn giải:

Có thể nhận biết thấu kính hội tụ trong hai loại thấu kính có ở phòng thí nghiệm như sau:

- Đưa thấu kính lại gần trang sách. Nếu nhìn qua thấu kính thấy hình ảnh dòng chữ to hơn so với dòng chữ khi không dùng thấu kính thì đó là thấu kính hội tụ.

- Dùng tay nhận biết độ dày phần rìa so với độ dày phần giữa của thấu kính. Nếu thấu kính có phần rìa mỏng hơn thì đó là thấu kính hội tụ.

Bài C2 (trang 119 SGK Vật Lý 9): Độ dày phần rìa so với phần giữa của thấu kính phân kì có gì khác với thấu kính hội tụ?

Hướng dẫn giải:

Thấu kính phân kì có độ dày phần rìa lớn hơn phần giữa (ngược với thấu kính hội tụ).

Bài C3 (trang 119 SGK Vật Lý 9): Chùm tia ló có đặc điểm gì mà người ta gọi thấu kính này là thấu kính phân kì?

Hướng dẫn giải:

Chùm tia tới song song cho chùm tia ló là chùm phân kì nên ta gọi thấu kính đó là thấu kính phân kì.

Bài C4 (trang 120 SGK Vật Lý 9): Quan sát lại thí nghiệm trong hình 44.1 SGK và cho biết trong ba tia tới thấu kính phân kì, tia nào đi qua thấu kính không bị đổi hướng? Tìm cách kiểm tra điều này?

Hướng dẫn giải:

Tia ở giữa khi qua quang tâm của thấu kính phân kì tiếp tục truyền thẳng. Dùng thước thẳng để kiểm tra dự đoán.

Bài C5 (trang 120 SGK Vật Lý 9): Quan sát lại thí nghiệm trong hình 44.1 SGK và dự đoán xem, nếu kéo dài các tia ló thì chúng có gặp nhau tại một điểm hay không? Tìm cách kiểm tra lại dự đoán đó.

Hướng dẫn giải:

Nếu kéo dài chùm tia ló ở thấu kính phân kì thì chúng sẽ gặp nhau tại một điểm trên trục chính, cùng phía với chùm tia tới. Dùng thước thẳng để kiểm tra dự đoán.

Bài C6 (trang 120 SGK Vật Lý 9): Hãy biểu diễn chùm tia tới và chùm tia ló trong thí nghiệm này.

Hướng dẫn giải:

Bài C7 (trang 121 SGK Vật Lý 9): Hình 44.5 SGK vẽ thấu kính phân kì, quang tâm O, trục chính A, hai tiêu điểm F và F', các tia tới 1, 2. Hãy vẽ tia ló của các tia tới này.

Hướng dẫn giải:

Bài C8 (trang 121 SGK Vật Lý 9): Trong tay em có một kính cận. Làm thế nào để biết kính đó là thấu kính hội tụ hay phân kì?

Hướng dẫn giải:

Vì kính cận là thấu kính phân kì nên có thể nhận biết bằng cách dùng tay để xem phần rìa của thấu kính này có dày hơn phần giữa hay không.

Bài C9 (trang 121 SGK Vật Lý 9): Trả lời câu hỏi nêu ra ở phần mở bài

Hướng dẫn giải:

Thấu kính phân kỳ có những đặc điểm trái ngược với thấu kính hội tụ.

- Phần rìa của thấu kính phân kì dày hơn phần giữa.

- Chùm sáng tới song song với trục chính của thấu kính phân kì, cho chùm tia ló phân kì.

- Khi để thấu kính phân kì vào gần dòng chữ trên trang sách, nhìn qua thấu kính ta thấy hình ảnh dòng chữ bé đi so với khi nhìn trực tiếp.

C. Một số bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Thấu kính phân kì có đặc điểm và tác dụng nào dưới đây?

A. Có phần giữa mỏng hơn phần rìa và cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

B. Có phần giữa mỏng hơn phần rìa và không cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

C. Có phần giữa dày hơn phần rìa và cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

D. Có phần giữa dày hơn phần rìa và không cho phép thu được ảnh của Mặt Trời.

Câu 2: Chiếu một tia sáng qua quang tâm của một thấu kính phân kì, theo phương không song song với trục chính. Tia sáng ló ra khỏi thấu kính sẽ đi theo phương nào?

A. Phương bất kì.

B. Phương lệch ra xa trục chính so với tia tới.

C. Phương lệch lại gần trục chính so với tia tới.

D. Phương cũ.

Câu 3: Trong các tia tới vuông góc với mặt thấu kính, tia nào cho tia ló truyền thẳng không đổi hướng.

A. Tia này trùng với một đường thẳng gọi là trục chính của thấu kính

B. Tia cách trục chính 5cm

C. Tia cách trục chính 2cm

D. Tia cách trục chính 3cm

Câu 4: Điểm O gọi là điểm gì của thấu kính?

A. Điểm sáng O

B. Tiêu điểm phụ