Thấu kính là gì? Công thức tính thấu kính (chi tiết nhất)

Bài viết Thấu kính là gì? Công thức tính thấu kính với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Thấu kính là gì? Công thức tính thấu kính.

Thấu kính là gì? Công thức tính thấu kính (chi tiết nhất)

1. Khái niệm thấu kính

- Thấu kính là gì?

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

- Thấu kính phân kì là gì?

Trong không khí, thấu kính lõm (thấu kính rìa dày) là thấu kính phân kì.

2. Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

- Vật sáng đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

- Vật đặt rất xa thấu kính, ảnh ảo của vật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

3. Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính phân kì

a) Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính phân kì

Từ S ta dựng hai tia (trong ba tia đặc biệt) đến thấu kính, sau đó vẽ hai tia ló ra khỏi thấu kính. Hai tia ló không cắt nhau thực sự mà có đường kéo dài của chúng cắt nhau, giao điểm cắt nhau đó chính là ảnh ảo S’ của S.

b) Cách dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kì

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

4. Phương pháp giải bài tập liên quan đến thấu kính phân kì có thể được thực hiện theo các cách sau:

Cách 1: xác định vị trí của ảnh khi biết vị trí của vật và tiêu cự, hoặc xác định vị trí của vật khi biết vị trí của ảnh và tiêu cự, hoặc xác định tiêu cự khi biết vị trí của ảnh và vị trí của vật. Một cách thực hiện cụ thể cho phương pháp này là vẽ hình ảnh của vật sử dụng nguyên tắc đồng dạng của tam giác, sau đó sử dụng tính chất này để suy ra các giá trị cần xác định.

Cách 2: là áp dụng công thức sau đây để xác định tiêu cự và độ lớn của vật:

$\left\{\begin{array}{l}\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d\text{'}}\\ h\text{'}=\frac{d\text{'}}{d}.h\end{array}\right.$

Trong công thức này:

f là tiêu cự của thấu kính phân kì (với giá trị f < 0).

d là khoảng cách từ vị trí của vật đến thấu kính.

d' là khoảng cách từ vị trí của ảnh đến thấu kính (vì ảnh là ảnh ảo nên d' < 0).

5. Độ lớn của ảnh ảo tạo bởi các thấu kính phân kì

Đặt vật AB trước một thấu kính có tiêu cự f = 12cm. Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8cm, A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A'B' của AB.

+ Thấu kính là hội tụ: Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính hội tụ lớn hơn vật

+ Thấu kính là phân kì: Ảnh của vật AB tạo bởi thấu kính phân kì nhỏ hơn vật

6. Công thức thấu kính phân kì

- Tỉ lệ chiều cao vật và ảnh: $\frac{h}{h\text{'}}=\frac{d}{d\text{'}}$

- Quan hệ giữa $d,d\text{'}$ và : $\frac{1}{f}=\frac{1}{d\text{'}}-\frac{1}{d}$

Trong đó:

$h$: chiều cao của vật

$h\text{'}$: chiều cao của ảnh

$d$: khoảng cách từ vật đến thấu kính

$d\text{'}$: khoảng cách từ ảnh đến thấu kính

$f$: tiêu cự của thấu kính

* Sơ đồ tư duy về ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì

7. Bài tập thấu kính

Câu 1: Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính vào thấu kính phân kì, chùm tia ló có đặc điểm nào sau đây? Chọn câu trả lời đúng nhất.

A. Chùm tia ló cũng là chùm song song.

B. Chùm tia ló là chùm hội tụ.

C. Chùm tia ló là chùm phân kì.

D. Chùm tia ló là chùm phân kì, đường kéo dài của các tia ló cắt nhau tại tiêu điểm của thấu kính.

Đáp án: D

Giải thích:

Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính của thấu kính phân kì, chùm tia ló có đặc điểm là chùm phân kì, đường kéo dài của các tia ló cắt nhau tại tiêu điểm của thấu kính.

Câu 2: Chọn phát biểu sai trong các phát biểu sau.

Một thấu kính phân kì có thể có

A. hai mặt lõm.

B. một mặt phẳng và một mặt cầu lõm.

C. một mặt lồi và một mặt lõm thì mặt lõm có bán kính nhỏ hơn.

D. một mặt lồi và một mặt lõm thì mặt lõm có bán kính lớn hơn.

Đáp án: C

Giải thích:

A, B, D – đúng.

C – sai. Vì một thấu kính phân kì có thể có một mặt lồi và một mặt lõm thì mặt lõm có bán kính lớn hơn.

Câu 3: Trong các hình bên dưới, hình nào mô tả sai đường đi của tia sáng qua thấu kính?

A. Hình a.

B. Hình b.

C. Hình c.

D. Hình d.

Đáp án: D

Giải thích:

Hình a, b, c – đúng.

Hình d – sai. Vì đây là thấu kính phân kì nên tia ló phải có đường kéo dài đi qua F’.

Câu 4: Đặt vật AB trước một thấu kính hội tụ và vuông góc với trục chính của thấu kính thì cho ảnh thật lớn gấp 2 lần vật. Sau đó, giữ nguyên vị trí vật AB và dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều tiến lại gần vật một đoạn 10cm, thì thấy ảnh của nó cũng dịch chuyển đi một đoạn 50cm so với vị trí ảnh ban đầu. Tính tiêu cự f của thấu kính.

Đáp án:

TH1: Sau khi di chuyển thấu kính, ảnh thu được vẫn là ảnh thật:

$f_1=100cm.$

TH2: Sau khi di chuyển thấu kính, ảnh thu được là ảnh ảo:

$f_2=\frac{70+10\sqrt{13}}{9}\approx 11,784cm.$

Câu 5:Dùng thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 4 cm, người ta thu được ảnh rõ nét của một vật sáng AB đặt trên trục chính và cách thấu kính đoạn 12 cm. Sau đó dịch chuyển vật sáng AB theo phương vuông góc với trục chính một đoạn 3 cm thì ảnh sẽ dịch chuyển như thế nào. Tính độ dịch chuyển của ảnh khi đó (so với trục chính).

Hướng dẫn

+ Vị trí ảnh: $d\text{'}=\frac{df}{d-f}=\frac{12.4}{12-4}=6\left(cm\right)$

+ Lúc đầu A ở trên trục chính nên A’ cũng ở trên trục chính. Khi AB dịch lên 3 cm so với trục chính thì A cũng dịch lên 3 cm so với trục chính. Vì điểm A, O, A’ luôn thẳng hàng nên A’ dịch xuống ⇒ ảnh dịch xuống.

+ Gọi ∆y là độ dịch chuyển của vật AB thì ∆y’ là độ dịch chuyển của ảnh A’B’.

+ Ta có: $\frac{\Delta y\text{'}}{\Delta y}=\frac{d\text{'}}{d}\Rightarrow \Delta y\text{'}=\Delta y\frac{d\text{'}}{d}=3.\frac{6}{12}=1,5\left(cm\right)$

Câu 6: Cho thủy tinh làm thấu kính có chiết suất n = 1,5.

TÍnh tiêu cự của các thấu kính khi đặt trong không khí. Nếu:

a) Hai mặt lồi có bán kính 10cm và 30cm

b) Mặt lồi có bán kính 10cm và mặt lõm có bán kính 30cm.

Hướng dẫn

Ở chân không hoặc không khí

$n_{mt}=1\Rightarrow D=\frac{1}{f}=\left(n_{tk}-1\right)\left(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\right)$

a) $\frac{1}{f}=\left(1,5-1\right)\left(\frac{1}{0,1}+\frac{1}{0,3}\right)\Rightarrow f=0,15m=15cm$

b) $\frac{1}{f}=\left(1,5-1\right)\left(\frac{1}{0,1}-\frac{1}{0,3}\right)\Rightarrow f=0,3m=30cm$

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Năng suất là gì? Công thức tính năng suất

• Khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng

• Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc

• Lực là gì? Công thức tính lực

• Trọng lực là gì? Công thức tính trọng lực

• Cường độ là gì? Công thức tính cường độ

---