Phương pháp giải bài tập liên quan đến vẽ hình qua thấu kính môn Vật Lý 11 năm 2021-2022

1.1. Định nghĩa. Phân loại thấu kính

+ Là khối chất trong suốt được giới hạn bởi 2 mặt cong (hoặc 1 mặt cong và 1 mặt phẳng).

+ Phân loại thấu kính (xét trong không khí):

- Thấu kính rìa mỏng (thấu kính hội tụ): Phần rìa mỏng hơn phần giữa.

- Thấu kính mép dày (thấu kính phân kỳ): Phần giữa mỏng hơn phần rìa.

- Kí hiệu của thấu kính (xem hình dưới):

1.2. Các đặc điểm của thấu kính

- Quang tâm: Là điểm nằm giữa thấu kính.

- Tính chất của quang tâm: Mọi tia sáng đi qua quang tâm đều truyền thẳng.

- Trục chính: Đường thẳng qua quang tâm O và vuông góc với thấu kính gọi là trục chính. Các đường thẳng khác qua O gọi là trục phụ.    

- Tiêu điểm chính: Là điểm đặc biệt nằm trên trục chính, là nơi hội tụ (hoặc điểm đồng quy) của chùm tia ló (hoặc tia tới). Một thấu kính có 2 tiêu điểm chính (1 tiêu điểm vật F và 1 tiêu điểm ảnh F^/).

- Tính chất: Nếu tia tới qua tiêu điểm vật chính thì tia ló song song với trục chính. Nếu tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh chính.

- Tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ nằm trước thấu kính, của thấu kính phân kì thì nằm sau thấu kính (phía trước thấu kính là phía ánh sáng tới, phía sau thấu kính là phía ánh sáng ló ra khỏi thấu kính).

- Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật F gọi là tiêu diện vật. Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh F^/ gọi là tiêu diện ảnh.

- Giao của trục phụ với tiêu diện vật hay tiêu diện ảnh gọi là tiêu điểm vật phụ (F_p) hay tiêu điểm ảnh phụ (\(F_{p}^{/}\)).

+ Tiêu cự - Độ tụ

- Tiêu cự là trị số đại số f của khoảng cách từ quang tâm O đến các tiêu điểm chính với quy ước:

- f > 0 với thấu kính hội tụ.

- f < 0 với thấu kính phân kì.            (|f| = OF = OF^/)

- Khả năng hội tụ hay phân kì chùm tia sáng của thấu kính được đặc trưng bởi độ tụ D xác định bởi:

\(D=\frac{1}{f}=\left( \frac{{{n}_{tk}}}{{{n}_{mt}}}-1 \right)\left( \frac{1}{{{R}_{1}}}+\frac{1}{{{R}_{2}}} \right)\)

Trong đó:

Bán kính R > 0: mặt lồi; R < 0: mặt lõm; R = ¥: mặt phẳng; đơn vị là m

Tiêu cự f , đơn vị là m;

Độ tụ D, đơn vị là điốp – dp

1.3. Đường đi của tia sáng qua thấu kính

Các tia đặc biệt:

- Tia qua quang tâm O thì truyền thẳng

- Tia qua tiêu điểm chính (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F) cho tia ló song song trục chính.

- Tia tới song song trục chính cho tia ló (hoặc đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm chính F^/.

+ Tia tới bất kỳ:

- Vẽ tia tới SI bất kì đến gặp thấu kính.

- Kẻ tiêu diện vuông góc trục chính tại tiêu điểm chính ảnh F^/

- Kẻ trục phụ song song với SI, cắt tiêu diện ảnh tại tiêu điểm ảnh phụ \(F_{p}^{/}\).

- Tia ló (hoặc đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm ảnh phụ \(F_{p}^{/}\).

1.4. Các công thức thấu kính

- Công thức thấu kính: \(\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{{{d}^{/}}}\Rightarrow f=\frac{d.{{d}^{/}}}{d+{{d}^{/}}};\,\,d=\frac{{{d}^{/}}.f}{{{d}^{/}}-f};\,\,{{d}^{/}}=\frac{d.f}{d-f}\)    

- Số phóng đại (chiều và độ lớn ảnh): \(k=-\frac{{{d}^{/}}}{d}=\frac{\overline{{{A}^{/}}{{B}^{/}}}}{\overline{AB}}\)

Một số quy ước cần chú ý:

- Vật thật: d > 0; vật ảo d < 0

- Ảnh thật: d^/ >0; ảnh ảo d^/ < 0

- Ảnh và vật ngược chiều: k < 0 (Ảnh và vật cùng tính chất).

- Ảnh và vật cùng chiều: k > 0 (Ảnh và vật trái tính chất). 

Ví dụ 1: Hãy vận dụng đường đi của tia sáng qua thấu kính hội tụ (TKHT) để dựng ảnh của vật trong các hình sau đây.

Hướng dẫn giải

+ Giao của hai tia ló là ảnh S^/ cần xác định.

a) Qua S kẻ tia tới song song với trục chính, tia ló đi qua tiêu điểm ảnh F^/.

+ Qua S kẻ tia tới đi qua quang tâm O thì tia sáng truyền thẳng.

b) Vì S nằm trên trục chính nên ảnh S^/ cũng nằm trên trục chính.

+ Kẻ tia tới SI bất kì đến gặp thấu kính tại I

+ Kẻ trục phụ song song với tia SI

+ Kẻ tiêu diện ảnh qua F^/, giao của trục phụ và tiêu diện ảnh là tiêu điểm ảnh phụ \(F_{p}^{/}\).

+ Tia tới song song với trục phụ thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh phụ, nên tia ló của tia tới SI đi qua . Giao của tia ló I\(F_{p}^{/}\)với trục chính là ảnh S^/ của S cần xác định.

c) Kẻ tia tới SI bất

+ Kẻ trục phụ song song với SI

+ Qua F’ kẻ đường vuông góc với trục chính, cắt trục phụ tại tiêu điểm phụ F’_P.

+ Tia tới song song với trục phụ thì tia ló qua tiêu điểm phụ nên tia ló qua I và F’_p, tia ló này cắt trục chính tại S’. S’ là ảnh cần xác định.

d) Qua S kẻ tia tới song song với trục chính, tia ló đi qua tiêu điểm ảnh F^/.

+ Qua S kẻ tia tới đi qua quang tâm O thì tia sáng truyền thẳng.

+ Đường kéo dài của hai tia ló giao nhau tại S^/ là ảnh của S cần xác định.

Ví dụ 2:  Hãy vận dụng đường đi của tia sáng qua thấu kính phân kỳ (TKPK) để dựng ảnh của vật trong các hình sau đây.

Hướng dẫn giải

a) Qua S kẻ tia tới song song với trục chính, tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh F^/.

+ Qua S kẻ tia tới đi qua quang tâm O thì tia sáng truyền thẳng.

+ Đường kéo dài của hai tia ló giao nhau tại S^/ là ảnh của S cần xác định.

b) Vì S nằm trên trục chính nên ảnh S^/ cũng nằm trên trục chính.

+ Kẻ tia tới SI bất kì đến gặp thấu kính tại I.

+ Kẻ trục phụ song song với tia SI.

+ Kẻ tiêu diện ảnh qua F^/, giao của trục phụ và tiêu diện ảnh là tiêu điểm ảnh phụ \(F_{p}^{/}\).

+ Tia tới song song với trục phụ thì tia ló có đường kéo dài qua tiêu điểm phụ nên tia ló qua I và F’_p, tia ló này kéo dài cắt trục chính tại S’. S’ là ảnh cần xác định.  

+ Tia tới song song với trục phụ thì tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh phụ, nên tia ló của tia tới SI đi qua . Đường kéo dài của tia ló I\(F_{p}^{/}\) giao với trục chính tại S^/ là ảnh của S cần xác định.

c) Kẻ tia tới SI bất

+ Kẻ trục phụ song song với SI

+ Qua F’ kẻ đường vuông góc với trục chính, cắt trục phụ tại tiêu điểm phụ F’_P.

+ Đường kéo dài của hai tia ló giao nhau tại S^/ là ảnh của S cần xác định

d) Qua S kẻ tia tới song song với trục chính, tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm ảnh F^/.

+ Qua S kẻ tia tới đi qua quang tâm O thì tia sáng truyền thẳng.

Ví dụ 3:  Hãy vận dụng đường đi của tia sáng qua thấu kính hội tụ (TKHT) để dựng ảnh của vật trong các hình sau đây. Sau đó hãy nhận xét về sự tạo ảnh của thấu kính này.

Hướng dẫn giải

a) Qua B kẻ tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh F^/.

+ Qua B kẻ tia tới qua quang tâm O, thì tia ló truyền thẳng

+ Kéo dài hai tia ló, giao của chúng là ảnh B^/. (ảnh ảo)

+ Từ B^/ hạ vuông góc xuống trục chính tại A^/.

+ Vậy A^/B^/ là ảnh ảo lớn hơn vật AB (0 < d < f).

b) Qua B kẻ tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh F^/

+ Qua B kẻ tia tới qua quang tâm O, thì tia ló truyền thẳng

+ Hai tia tới song song nên kéo dài hai tia ló sẽ cho ảnh ở vô cùng (hai tia song song thì không cắt nhau)

+ Vậy A^/B^/ là ảnh ảo ở vô cùng (d = f).

c) Qua B kẻ tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh F/.

+ Qua B kẻ tia tới qua quang tâm O, thì tia ló truyền thẳng.

+ Qua B kẻ tia tới qua quang tâm O, thì tia ló truyền thẳng.

+ Giao của hai tia ló là ảnh B^/. (ảnh thật)

+ Từ B^/ hạ vuông góc xuống trục chính tại A^/.

+ Vậy A^/B^/ là ảnh thật nhỏ hơn vật AB (f < d < 2f).

d) Qua B kẻ tia tới song song với trục chính thì tia ló đi qua tiêu điểm ảnh F^/

+ Giao của hai tia ló là ảnh B^/ (ảnh thật).

+ Từ B^/ hạ vuông góc xuống trục chính tại A^/

+ Vậy A^/B^/ là ảnh thật, ngược chiều và cao bằng vật (d = 2f).

Nhận xét: Vật thật đặt trước thấu kính hội tụ thì ảnh có thể là ảnh thật hoặc ảnh ảo tùy thuộc vào khoảng cách vật đến thấu kính. Cụ thể như bảng sau:

Vật	Ảnh
\(0	Ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật.
\(d=f\)	Ảnh ở vô cùng.
\(f	Ảnh thật, ngược chiều và lớn hơn vật.
\(d=2f\)	Ảnh thật và cao bằng vật.
\(2f	Ảnh thật, ngược chiều và nhỏ hơn vật.

Ví dụ 4:  Hãy vận dụng đường đi của tia sáng qua thấu kính phân kỳ (TKPK) để dựng ảnh của vật trong các hình sau đây. Sau đó hãy nhận xét về sự tạo ảnh của thấu kính này.

Hướng dẫn giải

Vật thật đặt trước thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật. Vì thế để xác định ảnh của vật qua thấu kính phân kỳ ta chỉ cần hai tia để vẽ.

Tia thứ nhất: song song với trục chính.

Tia thứ hai: đi qua quang tâm.

Cụ thể như sau

+ Qua B kẻ tia tới song song với trục chính thì tia ló kéo dài qua tiêu điểm ảnh F^/.

+ Qua B kẻ tia tới qua quang tâm O, thì tia ló truyền thẳng

+ Kéo dài hai tia ló, giao của chúng là ảnh B^/.

+ Từ B^/ hạ vuông góc xuống trục chính tại A^/.

+ Vậy A^/B^/ là ảnh của AB cần dựng.

Nhận xét: Vật thật qua thấu kính phân kỳ luôn cho ảnh ảo nhỏ hơn vật.

Ví dụ 5: Cho vật sáng AB có dạng đoạn thẳng AB, tạo với trục chính một góc a như hình. Hãy dựng ảnh của vật AB qua thấu kính, nói rõ cách dựng.

Hướng dẫn giải

+ Kẻ trục phụ D song song với AB, qua F^/ kẻ đường vuông góc với trục chính, cắt trục phụ tại tiêu điểm phụ \(F_{p}^{/}\).

+ Kẻ tia ABI đi trùng vào AB, tia khúc xạ tại I qua tiêu điểm phụ \(F_{p}^{/}\) đi trùng vào \({{A}^{/}}{{B}^{/}}\). Vì A thuộc trục chính nên A^/ cũng thuộc trục chính, do đó tia khúc xạ \(IF_{p}^{/}\) cắt trục chính tại A^/.

+ Kẻ tia xuất phát từ B qua quang tâm O truyền thẳng cắt tia khúc xạ \(IF_{p}^{/}\) tại B^/ Þ \({{A}^{/}}{{B}^{/}}\) chính là ảnh cần dựng.

Cũng có thể tìm riêng lẻ từng ảnh của hai điểm A, B.

Điểm B nằm ngoài trục chính nên để tìm ảnh của B ta cần vẽ hai tia là tia xuất phát từ B song song với trục chính và tia đi qua quang tâm.

Điểm A nằm trên trục chính nên chỉ cần 1 tia là tia bất kỳ tới thấu kính. Vì nó không phải là tia đặt biệt nên cần vẽ thêm trục phụ và sau đó xác định tiêu điểm ảnh phụ nữa là xong.

Các bạn tự vẽ hình trường hợp này nhé!

Bài 1. Hãy vẽ ảnh A^/B^/ của vật sáng AB trong các trường hợp sau:

Bài 2. Trong hình vẽ, xy là trục chính của thấu kín, A là điểm vật thật, A^’ là ảnh của A tạo bởi thấu kính, O là quang tâm của thấu kính. Với mỗi trường hợp, hãy xác định:

a)  A^’ là ảnh thật hay ảo?

b) Loại thấu kính.

c)  Các tiêu điểm chính (bằng phép vẽ).

Bài 3. Trong hình vẽ sau đây, xy là trục chính của thấu kính (L), F’ là tiêu điểm ảnh chính của thấu kính, A’B’ là ảnh ảo của vật AB. Với mỗi trường hợp, hãy xác định vị trí vật bằng phép vẽ. Nêu cách vẽ?

-----( Để xem đầy đủ nội dung của tài liệu, các em vui lòng xem Online hoặc Đăng nhập để tải về máy)------

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài tập liên quan đến vẽ hình qua thấu kính môn Vật Lý 11 năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tư liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.

• Ngoài ra các em học sinh có thể tham khảo thêm một số tư liệu cùng chuyên mục sau đây:
• Phương pháp giải dạng bài tập về phản xạ toàn phần môn Vật Lý 11 năm 2021-2022
• Phương pháp giải bài tập liên quan đến phản xạ - khúc xạ môn Vật Lý 11 năm 2021-2022