Một thấu kính có thể có bao nhiêu trục chính và bao nhiêu trục phụ

1.1. Thấu kính. 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.

– 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)

1.2. Khảo sát thấu kính hội tụ

a) Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện

– Quang tâm

• Điểm O chính giữa của thấu kính mà mọi tia sáng tới truyền qua O đều truyền thẳng gọi là quang tâm của 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 qua quang tâm O là trục phụ của thấu kính.

– Tiêu điểm. Tiêu diện

• Chùm tia sáng song song với trục chính sau khi qua thấu kính 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.

b) Tiêu cự. Độ tụ

• Tiêu cự: \(f=\bar{OF’}\) . Đơn vị: mét ( m).

• Độ tụ: \(D=\frac{1}{f}\) .

• Đơn vị của độ tụ là điôp (dp): 1dp = \(\frac{1}{1m}\)

• Qui ước: Thấu kính hội tụ: f > 0; D > 0.

1.3. Khảo sát thấu kính phân kì

• Quang tâm của thấu kính phân kì 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.

• Qui ước: Thấu kính phân kì: f

1.4. Sự tạo ảnh bởi thấu kính

a) Khái niệm ảnh và vật trong quang học

• Ảnh điểm là điểm đồng qui của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng.

• Ảnh điểm là thật nếu chùm tia ló là chùm hội tụ, 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, là ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ.

b) Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính

– Sử dụng hai trong 3 tia đặc biệt:

• Mọi tia sáng qua quang tâm của thấu kính đều truyền thẳng.
• Tia tới song song vơi trục của thấu kính sẽ cho tia ló truyền qua (hay có đường kéo dài của tia ló qua) tiêu điểm ảnh trên trục đó.
• Tia tới (hay đường kéo dài của nó) qua tiêu điểm vật trên trục sẽ cho tia ló song song với trục đó. Hai tiêu điểm vật và ảnh nằm đối xứng với nhau qua quang tâm.

c) Các trường hợp ảnh tạo bởi thấu kính

– Xét vật thật với d là khoảng cách từ vật đến thấu kính:

+ Thấu kính hội tụ

• d > 2f: ảnh thật, nhỏ hơn vật.

• d = 2f: ảnh thật, bằng vật.

• 2f > d > f: ảnh thật lớn hơn vật.

• d = f: ảnh rất lớn, ở vô cực.

• f > d: ảnh ảo, lớn hơn vật.

• Vật thật ngoài đoạn OF: qua thấu kính cho ảnh thật (sau thấu kính ) và ngược chiều với vật
• Vật thật trong đoạn OF: qua thấu kính  cho ảnh ảo và cùng chiều và lớn hơn vật.

+ Thấu kính phân kì

• Vật thật qua thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo cùng chiều với vật và nhỏ hơn vật

• Vật thật (trước thấu kính) qua thấu kính  cho ảnh ảo (trước thấu kính), cùng chiều và nhỏ hơn vật.

1.5. Các công thức của thấu kính

– Công thức xác định vị trí ảnh: \(\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d’}\)

– Công thức xác định số phóng đại: \(k=\frac{\bar{A’B’}}{\bar{AB}}=-\frac{d’}{d}\)

– Qui ước dấu:

• Vật thật: d > 0. Vật ảo: d

• Ảnh thật: d’ > 0. Ảnh ảo: d’

• k  > 0: Ảnh và vật cùng chiều.

• k

Thấu kính có thể sử dụng làm kính cận, kính lúp, máy ảnh, máy ghi hình (camera), kính hiển vi, máy quang phổ, đèn chiếu,…

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Tìm vị trí của vật trước thấu kính hội tụ 

Một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm. Vật sáng AB được đặt trước thấu kính và có ảnh A’B’. Tìm vị trí của vật, cho biết khoảng cách vật – ảnh là 45 cm.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa ảnh và vật là 45 cm

Vì khoảng cách giữa vật và ảnh L = 45 cm ‘ = -45

\(\begin{array}{l} \Rightarrow d^{\prime}=-45-d=\frac{20 d}{d-20} \\ \Rightarrow-d^{2}-45 d+900=0 \\ \Rightarrow d=15 \mathrm{cm}

\end{array}\)