1 THẤU KÍNH I. Khái niệm về thấu kính và các đại lƣợng đặc trƣng của thấu kính. 1.Khái niệm về thấu kính: *Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cong, và một trong hai mặt đó có thể là mặt phẳng *Hai loại thấu kính: 2.Các đại lƣợng đặc trƣng của thấu kính và quy ƣớc đối với hai loại thấu kính xx ’ : Là trục chính của thấu kính o: Là quang tâm của thấu kính F: Là tiêu điểm vật của thấu kính F ’ : Là tiêu điểm ảnh của thấu kính f = 0F: Là tiêu cự của thấu kính 3.Cách vẽ ảnh qua thấu kính a.Vẽ hai trong số ba tia đặc biệt phát ra từ vật. Các tia đặc biệt là những tia sau: *Tia 1: Tia tới đi song song với trục chính => thì cho tia ló đi qua tiêu điểm chính F ’ , hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F ’ (Tiêu điểm ảnh) *Tia 2: Tia tới đi qua tiêu điểm chính F (Tiêu điểm vật), hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính (Tiêu điểm vật) thì sẽ cho tia ló đi song song với trục chính. F ’ F 0 Tia tới Trước TK Sau TK x x ’ Thấu kính phân kỳ F F ’ 0 Tia tới Trước TK Sau TK x x ’ Thấu kính hội tụ THẤU KÍNH PHÂN KỲ F ’ THẤU KÍNH HỘI TỤ F ’ F o Vật F ’ F Vật 2 *Tia 3: Tia tới đi qua quang tâm thì truyền thẳng. b.Cách xác định ảnh - Ảnh là điểm giao nhau của các tia ló hoặc đƣờng kéo dài các tia ló. *Ảnh thật - Là điểm giao nhau của các tia ló *Ảnh ảo - Là điểm giao nhau của đường kéo dài các tia ló 2.Công thức thấu kính: 1 1 1 'd d f d : Khoảng cách từ vật tới thấu kính ' d : Khoảng cách từ ảnh tới thấu kính f: tiêu cự của thấu kính f > 0 : TK hội tụ. f < 0 : TK phân kì. d > 0 : vật thật – Nằm trước thấu kính d < 0 : vật ảo – Nằm sau thấu kính d’ > 0 : ảnh thật – Nằm sau thấu kính d' < 0 : ảnh ảo – Nằm trước thấu kính 3.Công thức xác định độ phóng đại của ảnh: d' k = - d Độ lớn d' A'B' k = - d AB *k > 0: Ảnh cùng chiều vật *k < 0: Ảnh ngược chiều vật. *| k | > 1: Ảnh cao hơn vật; *| k | < 1: Ảnh thấp hơn vật; *| k | = 1: Ảnh cao = vật 4. Khoảng cách giữa vật và ảnh: l = |d+d’| o F ’ F Vật o F ’ F Vật o F ’ F Vật o F ’ F Vật 3 5.Công thức xác định tiêu cự và độ tụ của thấu kính: 1 D f ; f : mét (m); D: điốp (dp) D > O, f > 0: Thấu kính hội tụ D < O, f < 0: Thấu kính phân kỳ - Khả năng hội tụ hay phân kì chùm tia sáng của thấu kính được đặc trưng bởi độ tụ D xác định bởi : ) 11 )(1( 1 21 RRn n f D mt tk f : mét (m) D: điốp (dp) R > 0 : mặt lồi. R < 0 : mặt lõm. R = : mặt phẳng BÀI TẬP ỨNG DỤNG I.DẠNG 1 – Biết vị trí của vật và tiêu cự của thấu kính - Xác định vị trí, tính chất, độ phóng đại của ảnh, vẽ ảnh tạo bởi thấu kính. *Áp dụng công thức 1 1 1 'd d f để xác định d ’ , d, hoặc f chú ý các quy ƣớc về dấu. *Áp dụng quy tắc vẽ ảnh để vẽ ảnh Câu1. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự là 30cm. Một vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính, nằm trước thấu kính. Xác định vị trí ảnh, độ phóng đại của ảnh, tính chất ảnh, khoảng cách từ vật đến ảnh và vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Vật nằm cách quang tâm 40cm Đs: 120cm, ảnh thật; k = -3; l = 160cm. b.Vật nằm cách quang tâm 30cm Đs: Ảnh ở vô cực; l = vô cùng c.Vật nằm cách quang tâm 10cm Đs: Ảnh ảo cách thấu kính 15cm; k=1.5; l = 5cm. d.Kết luận về sự tạo ảnh của thấu kính hội tụ trong các trường hợp vật thật đứng trước thấu kính Câu2. Một thấu kính phân kì, tiêu cự của nó có độ lớn là 40cm. Một vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính, nằm trước thấu kính. Xác định vị trí ảnh, độ phóng đại của ảnh, tính chất ảnh, khoảng cách từ vật đến ảnh và vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Vật nằm cách quang tâm 60cm Đs:-24; 0.4; l = 36cm. b.Vật nằm cách quang tâm 40cm Đs:-20; 0.5; l = 20cm. c.Vật nằm cách quang tâm 20cm Đs:-40/3; 2/3; l = (20/3)cm. d.Kết luận về sự tạo ảnh của thấu kính phân kỳ trong các trường hợp vật thật đứng trước thấu kính Câu3. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự là f = 25cm. Vật sáng AB là một đoạn thẳng vuông góc với trục chính. Hỏi phải đặt vật ở vị trí nào để thấu kính cho ảnh '' AB có những tính chất sau: a. '' AB là ảnh ảo nằm cách thấu kính 50cm. Vẽ ảnh. ĐS: 16,666cm b. '' AB là ảnh thật nằm cách thấu kính 75cm. Vẽ ảnh. ĐS: 37,5cm c. '' AB là ảnh cùng chiều vật và cách thấu kính 45cm. Vẽ ảnh. ĐS: 16,1cm 4 II.DẠNG 2 – Biết vị độ phóng đại của ảnh và tiêu cự thấu kính. Xác định vị trí tính chất của ảnh và vật. 1 1 1 'd d f d' A'B' k = - d AB (I); Giải hệ phương trình (I) tìm nghiệm. Chú ý tùy theo điều kiện bài toán mà k có thể dƣơng hoặc âm. Câu4. Đặt một vật sáng nhỏ vuông góc với trục chính của thấu kính, trước thấu kính và cách thấu kính 15cm. Thấu kính cho một ảnh ảo lớn gấp hai lần vật. Tính tiêu cự của thấu kính? ĐS: f=30cm Câu5. Đặt một vật sáng nhỏ vuông góc với trục chính của thấu kính, trước thấu kính và cách thấu kính 20cm. Thấu kính cho một ảnh ảo nhỏ bằng một nửa vật. Tính tiêu cự của thấu kính? Đs: f=-20cm Câu6. Một thấu kính, tiêu cự của nó có độ lớn là 40cm. Vật thật đứng trước thấu kính, thấu kính cho ảnh cùng chiều và cao bằng một nửa vật. Hỏi đó là loại thấu kính gì? Xác định vị trí, tính chất của vật và ảnh. Tính khoảng cách từ vật đến ảnh. Đs: 20cm Câu7. Một vật sáng AB=1cm đặt thẳng góc với trục chính của một thấu kính hội tụ tiêu cự f =20cm, thấu kính cho ảnh A’B’ = 2cm, và ở phía sau thấu kính. Xác định vị trí của vật và ảnh, ảnh đó là thật hay ảo? Vẽ hình. ĐS: Ảnh thật, d = 30cm; d ’ =60cm Câu8. Một vật sáng AB đặt thẳng góc với trục chính của thấu kính phân kỳ có tiêu cự bằng 12cm, cho ảnh cao bằng nửa vật. Tìm vị trí và tính chất của vật và ảnh, vẽ ảnh. ĐS: Vật thật, d = 12cm; ảnh ảo d ’ =-6cm Câu9. Một thấu kính, tiêu cự của nó có độ lớn là 40cm. Vật thật đứng trước thấu kính, thấu kính cho ảnh cùng chiều, cao gấp đôi vật. Hỏi đó là loại thấu kính gì? Xác định vị trí, tính chất của vật và ảnh. ĐS: TKHT, d = 20cm; ảnh ảo d ’ =-40cm Câu10. Một vật sáng AB cao 2cm đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ. Sau thấu kính, cách thấu kính 40cm đặt một màn để hứng ảnh, thu được ảnh A ’ B ’ cao 6cm. Xác định tiêu cự của thấu kính, vị trí của vật và ảnh. ĐS: f = 10cm. Vật thật d = (40/3)cm; ảnh thật d ’ =40cm Câu11. Một vật sáng AB =4cm đặt thẳng góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự 30cm, cho ảnh A’B’=2cm. Xác định vị trí, tính chất của vật và ảnh. Vẽ ảnh. ĐS: Vật thật, d = 90cm; ảnh thật d ’ =45cm III.DẠNG TOÁN 3 – Biết khoảng cách từ vật đến ảnh, tiêu cự hoặc vị trí vật, vị trí ảnh. Xác định các đại lƣợng đặc trƣng. ' 1 1 1 ' dd d d f (I); Giải hệ phương trình (I) tìm nghiệm. Chú ý tùy theo điều kiện của bài toán mà l có thể có giá trị dƣơng hoặc âm. BÀI TẬP ỨNG DỤNG Câu 1. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 6cm. Vật sáng AB là một đoạn thẳng đặt vuông góc trục chính của thấu kính cho ảnh cách vật 25cm. Xác định vị trí vật và ảnh, vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Ảnh là ảnh thật (Ảnh có thể hứng được trên màn). ĐS: 15cm,10cm; 10cm,15cm b.Ảnh là ảnh ảo. ĐS: Vật thật, d = 5cm; ảnh ảo d ’ =-30cm Câu 2. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 10cm. Vật sáng AB là một đoạn thẳng đặt vuông góc trục chính của thấu kính, cách vật một khoảng 40cm người ta đặt một màn chắn và thu được ảnh rõ nét trên màn. Xác định vị trí vật và ảnh, độ phóng đại của ảnh, vẽ ảnh. ĐS: Vật thật, d = 20cm; ảnh thật d ’ =20cm Câu 3. Một thấu kính hội tụ có tiêu cự 15cm. Vật sáng AB là một đoạn thẳng đặt vuông góc trục chính của thấu kính cho ảnh cùng chiều vật cách vật 30cm. Xác định vị trí vật và ảnh. ĐS: Vật thật, d = 10,981cm; ảnh ảo d ’ =- 40,981cm. Câu 4. Một thấu kính phân kỳ tiêu cự có độ lớn 30cm. Vật sáng AB là một đoạn thẳng đặt vuông góc trục chính của thấu kính cho ảnh cách vật 25cm. Xác định vị trí vật và ảnh. (đs: d=42,6cm; ảnh ảo d ’ =-17,6cm) Câu 5. Một điểm sáng nằm trên trục chính của một thấu kính phân kỳ cách thấu kính 20cm, thấu kính cho ảnh cách vật 10cm. Xác định tiêu cự của thấu kính và vị trí của ảnh. ĐS: f = -20cm; ảnh ảo d ’ =-10cm Câu 6. Một vật sáng AB =4mm đặt thẳng góc với trục chính của một thấu kính hội tụ (có tiêu cự 40cm), cho ảnh cách vật 36cm. Xác định vị trí, tính chất và độ lớn của ảnh, và vị trí của vật. 5 Câu 7. Vật sáng AB đặt vông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f =10cm, cho ảnh thật lớn hơn vật và cách vật 45cm a) Xác định vị trí của vật, ảnh. Vẽ hình b) Vật cố định. Thấu kính dịch chuyển ra xa vật hơn nữa. Hỏi ảnh dịch chuyển theo chiều nào? Câu 8. Một vật sáng AB có dạng một đoạn thẳng cao 2cm trước thấu kính phân kỳ, thấu kính cho ảnh cao 1cm, ảnh cách vật 10cm. Xác định vị trí, tính chất của vật và ảnh. Tính tiêu cự của thấu kính. VI.DẠNG TOÁN 4 – Bằng cách vẽ xác định loại thấu kính, tiêu điểm chính, quang tâm của thấu kính PHƢƠNG PHÁP: Vật và ảnh là những điểm sáng sẽ có những đặc điểm sau: -Đường thẳng qua vật và ảnh sẽ cắt thấu kính tại quang tâm của nó -3 điểm: tiêu điểm chính, ảnh (hoặc vật), điểm tới của thấu kính tạo thành một đường thẳng. Câu 9. Trong các hình dưới đây xy là trục chính của thấu kính, A là vật, A ’ là ảnh. Tình bày cách để xác đinh -đó là thấu kính gì? -đó là ảnh gì? -quang tâm của thấu kính -tiêu điểm chính (tiêu điểm vật và tiêu điểm ảnh) V.DẠNG 5 – THẤU KÍNH ĐẶT TRONG MÔI TRƢỜNG CÓ CHIẾT SUẤT n Câu 13. Thủy tinh làm thấu kính có chiết suất n = 1,5. a) Tìm tiêu cự của các thấu kính khi đặt trong không khí. Nếu: - Hai mặt lồi có bán kính 10cm, 30 cm a y x A ' A b y x A ' A c y x A ' A d y x A ' A e f y x g y x h A B B’ A’ i 6 - Mặt lồi có bán kính 10cm, mặt lõm có bán kính 30cm. ĐA: *)15 cm; 30 cm. *)60 cm; 120 cm b) Tính lại tiêu cự của thấu kính trên khi chúng được dìm vào trong nứơc có chiết suất n ’ = 4/3? Câu 14. Một thấu kính có dạng phẳng cầu, làm bằng thủy tinh có chiết suất n= 1,5. Đặt trong không khí. Một chùm tia sáng tới song song với trục chính cho chùm tia ló hội tụ tại điểm phía sau thấu kính, cách thấu kính 12 cm. a) Thấu kính thuộc loại lồi hay lõm? (lồi) b) Tính bán kính mặt cầu? (R=6cm) Câu 15. Một thấu kính hai mặt lồi. Khi đặt trong không khí có độ tụ D 1 ,khi đặt trong chất lỏng có chiết suất n ’ = 1,68 thấu kính lại có độ tụ D 2 = -(D 1 /5). a) Tính chiết suất n của thấu kính? b) Cho D 1 =2,5 dp và biết rằng một mặt có bán kính cong gấp 4 lần bán kính cong của mặt kia. Tính bán kính cong của hai mặt này? ĐA: 1,5; 25cm; 100 cm. Câu 16. Một thấu kính thủy tinh có chiết suất n = 1,5. Khi đặt trong không khí nó có độ tụ 5 dp. Dìm thấu kính vào chất lỏng có chiết suất n ’ thì thấu kính có tiêu cự f ’ = -1m. Tìm chiết suất của thấu kính? ĐA: 1,67 Câu 17. Cho một thấu kính thuỷ tinh hai mặt lồi với bán kính cong là 30cm và 20cm. Hãy tính độ tụ và tiêu cự của thấu kính khi nó đặt trong không khí, trong nước có chiết suất n2=4/3 và trong chất lỏng có chiết suất n3=1,64. Cho biết chiết suất của thuỷ tinh n1 = 1,5 Câu 18. Một thấu kính bằng thuỷ tinh (chiết suất n =1,5) đặt trong không khí có độ tụ 8 điôp. Khi nhúng thấu kính vào một chất lỏng nó trở thành một thấu kính phân kì có tiêu cự 1m. Tính chiết suất của chất lỏng. ĐS:(n=1,6) Câu 19. Một thấu kính hai mặt lồi cùng bán kính R, khi đặt trong không khí có tiêu cự f =30cm. Nhúng chìm thấu kính vào một bể nước, cho trục chính của nó thẳng đứng, rồi cho một chùm sáng song song rọi thẳng đứng từ trên xuống thì thấy điểm hội tụ cách thấu kính 80cm. Tính R, cho biết chiết suất của nước bằng 4/3 ĐS:n=5/3, R=40cm VI.DẠNG 6 - VẬT ẢO 1.Phƣơng pháp giải toán *Vật ảo là vật không trực tiếp phát ra tia sáng (tia tới) – Đường kéo dài của tia tới sẽ đi qua vật ảo *Vật ảo là vật nằm sau thấu kính *Cách vẽ ảnh khi vật là vật ảo ta vẽ 2 trong ba tia đặc biệt như đã vẽ đối với vật thật *Ảnh là điểm giao nhau của các tia ló (ảnh thật) hoặc đường kéo dài các tia ló (ảnh ảo) *Tia 1: Tia tới đi song song với trục chính => thì cho tia ló đi qua tiêu điểm chính F ’ , hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F ’ (Tiêu điểm ảnh) *Tia 2: Tia tới đi qua tiêu điểm chính F (Tiêu điểm vật), hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính (Tiêu điểm vật) thì sẽ cho tia ló đi song song với trục chính. F ’ F o Vật F ’ F Vật o F ’ F Vật Vật o F ’ F 7 *Tia 3: Tia tới đi qua quang tâm thì truyền thẳng. 2.Bài tập ứng dụng Câu12. Một thấu kính phân kì, tiêu cự của nó có độ lớn là 40cm. Một vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính, nằm sau thấu kính (vật ảo). Xác định vị trí, độ phóng đại của ảnh, tính chất ảnh và vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Vật nằm cách quang tâm 60cm b.Vật nằm cách quang tâm 40cm c.Vật nằm cách quang tâm 20cm d.Kết luận về sự tạo ảnh của thấu kính phân kỳ trong các trường hợp vật ảo đứng sau thấu kính Câu13. Một thấu kính hội tụ, tiêu cự của nó có độ lớn là 40cm. Một vật AB vuông góc với trục chính của thấu kính, nằm sau thấu kính (vật ảo). Xác định vị trí, độ phóng đại của ảnh, tính chất ảnh và vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Vật nằm cách quang tâm 60cm b.Vật nằm cách quang tâm 40cm c.Vật nằm cách quang tâm 20cm d.Kết luận về sự tạo ảnh của thấu kính hội tụ trong các trường hợp vật ảo đứng sau thấu kính Câu 13. Một thấu kính phân kỳ tiêu cự của nó có độ lớn là 20cm, thấu kính cho ảnh ảnh ngược chiều vật, cách vật 60cm. Xác định vị trí của vật và của ảnh, độ phóng đại của ảnh. Câu 14. Một thấu kính tiêu cự của nó có độ lớn là 10cm, thấu kính cho ảnh thật nằm sau thấu kính cùng chiều và lớn hơn vật, cách vật 20cm. Hỏi đó là loại thấu kính gì? Xác định vị trí của vật và của ảnh. Vẽ ảnh. Câu 15. Một thấu kính tiêu cự của nó có độ lớn 6cm, tạo ảnh ảo ngược chiều, ảnh cách vật 60cm. Hỏi đó là loại thấu kính gì? Xác định vị trí của vật và của ảnh. Vẽ ảnh. Câu 16. Một thấu kính tạo ảnh thật cùng chiều với vật và cách vật 10cm, biết vật cao gấp đôi ảnh. Xác định vị trí của vật và của ảnh, tính tiêu cự của thấu kính. Vẽ ảnh. VII.DẠNG 7 – Vẽ ảnh qua thấu kính khi sử dụng trục phụ và tiêu điểm phụ. 1.Phƣơng pháp. *Trục phụ là trục đi qua quang tâm mà không trùng với thấu kính và trục chính – Như vậy một thấu kính sẽ có một trục chính và có vô số trục phụ *Tiêu diện của thấu kinh là mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính của thấu kính – Như vậy mỗi thấu kính sẽ có hai tiêu diện (Một tiêu diện ảnh và một tiêu diện vật) *Tiêu điểm phụ - Là giao điểm giữa trục phụ và tiêu diện của thấu kính – Như vậy ứng với mỗi trục phụ sẽ có hai tiêu điểm phụ (Một tiêu điểm phụ vật và một tiêu điểm phụ ảnh) *Hình dưới mô tả tiêu diện, một trục phụ và hai tiêu điểm phụ. ' P F : Là tiêu điểm phụ ảnh P F : Là tiêu điểm phụ vật o F ’ F Vật o F ’ F Vật o F ’ F F p F p ’ Tiêu diện vật Tiêu diện ảnh F p ’ F p o F ’ F Tiêu diện vật Tiêu diện ảnh 8 Câu 1. Một vật AB có dạng một đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ. Sử dụng trục phụ và tiêu điểm phụ vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Vật nằm ngoài tiêu cự của thấu kính b.Vật nằm tại tiêu điểm chính c.Vật nằm trong tiêu cự của thấu kính Câu 2. Một vật AB có dạng một đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính phân kỳ. Sử dụng trục phụ và tiêu điểm phụ vẽ ảnh trong các trường hợp sau: a.Vật nằm ngoài tiêu cự của thấu kính b.Vật nằm tại tiêu điểm chính c.Vật nằm trong tiêu cự của thấu kính Câu 3. Vẽ ảnh của điểm sáng S trong các trường hợp sau: Câu 4. Trong các hình xy là trục chính O là quang tâm, A là vật sáng, A ’ là ảnh. Xác định: tính chất ảnh, loại thấu kính, vị trí các tiêu điểm chính? DẠNG 8 – HỆ QUANG HỌC LOẠI 1 – HỆ QUANG HỌC ĐỒNG TRỤC GHÉP SÁT y O x A ' A F ' F O S S ' F O F S ' F O F a b c y O x A ' A y O x A ' A . sau: a.Vật nằm cách quang tâm 60cm Đs:- 24; 0 .4; l = 36cm. b.Vật nằm cách quang tâm 40 cm Đs:- 20; 0. 5; l = 20cm. c.Vật nằm cách quang tâm 20cm Đs: - 40 /3; 2/3; l = ( 20/ 3)cm. d.Kết luận về sự tạo. của vật và ảnh. ĐS: f = 10cm. Vật thật d = ( 40 /3)cm; ảnh thật d ’ = 40 cm Câu11. Một vật sáng AB =4cm đặt thẳng góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự 30cm, cho ảnh A’B’=2cm. Xác. > 0 : TK hội tụ. f < 0 : TK phân kì. d > 0 : vật thật – Nằm trước thấu kính d < 0 : vật ảo – Nằm sau thấu kính d’ > 0 : ảnh thật – Nằm sau thấu kính d' < 0