Bài giảng Vật lí Khối 11 - Bài 29: Thấu kính mỏng (Bản hay)

trường thpt 
 quảng xương 3 
Bài . 
Tiết 31.  
Thấu kính mỏng 
I. Thấu kính. phân loại thấu kính 
Định nghĩa. 
	 Thấu kính là một khối chất trong suốt (thuỷ tinh, nhựa,) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng. 
2. Phân loại thấu kính 
* Về mặt hình học, thấu kính gồm 2 loại: 
- Thấu kính lồi (còn gọi là thấu kính rìa mỏng) 
- Thấu kính lõm (còn gọi là thấu kính rìa dày) 
? Có mấy loại thấu kính (đã được học ở cấp 2)? 
b) Hình bổ dọc TK lõm 
a) Hình bổ dọc TK lồi 
a) Hình bổ dọc TK lồi 
b) Hình bổ dọc TK lõm 
TK 2 mặt lồi 
TK phẳng-lồi 
TK lồi - lõm, rìa mỏng 
TK 2 mặt lõm 
TK phẳng-lõm 
TK lồi-lõm, có rìa dày 
C1: hãy gọi tên và phân biệt ba loại Tk lồi và 3 loại TK lõm? 
2. Phân loại thấu kính 
* Về mặt hình học, thấu kính gồm 2 loại: 
- Thấu kính lồi (còn gọi là thấu kính rìa mỏng) 
- Thấu kính lõm (còn gọi là thấu kính rìa dày) 
* Về mặt quang học. 
- Thấu kính lồi là thấu kính hội tụ 
- Thấu kính lõm là thấu kính phân kì 
? Chiếu chùm sáng song song đến TK lồi thì chùm tia ló ra như thế nào? 
b) Hình bổ dọc TK lõm 
? Chiếu chùm sáng song song đến TK lõm thì chùm tia ló ra như thế nào? 
TK lồi tạo ra chùm tia ló hội tụ khi chùm tia tới song song 
TK lõm tạo ra chùm tia ló phân kì khi chùm tia tới là chùm song song 
TN 
TK đặt trong không khí 
C 1 
R 1 
R 2 
C 2 
O 2 
O 1 
II. Khảo sát thấu kính hội tụ 
1. Quang tâm. Tiêu điểm. Tiêu diện 
 a) Quang tâm 
 Thấu kính mỏng là thấu kính có bề dày chính giữa (O 1 O 2 ) rất nhỏ so với bán kính mặt cầu (R 1 , R 2 ) 
TN : Khảo sát đường đi của tia sáng qua điểm chính giữa O của thấu kính mỏng. 
O 
Thấu kính (mỏng) hội tụ 
Trục chính 
Trục phụ 
Trục phụ 
? Thí nghiệm cho ta thấy điều gì (Về đường đi của tia sáng qua điểm O)? 
O 
Như vậy: 
 Có một điểm chính giữa O của thấu kính mà mọi tia sáng tới O đều truyền thẳng 
 O được gọi là quang tâm của thấu kính. 
- Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với bề mặt thấu kính là trục chính của thấu kính ( O là điểm mà trục chính cắt thấu kính ) 
- Các đường thẳng khác qua quang tâm O là trục phụ. 
 Mọi tia tới qua quang tâm của thấu kính đều truyền thẳng. 
? TK có mấy trục phụ? 
b) Tiêu điểm. Tiêu diện . 
 - Chiếu chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ th ì chùm tia ló hội tụ tại một đ iểm F’ trên trục chính . F’ đư ợc gọi là tiêu đ iểm ả nh chính của thấu kính hội tụ . 
* Tiêu điểm ảnh chính 
F’ 
TN 
 - Chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu kính hội tụ th ì chùm tia ló sẽ hội tụ tại một đ iểm F’ 1 trên trục phụ đ ó . F’ 1 là một tiêu đ iểm ảnh phụ của thấu kính hội tụ . 
* Tiêu đ iểm ảnh phụ 
F 1 ’ 
F’ 
? Có bao nhiêu tiêu điểm ảnh phụ? 
- Có n tiêu điểm ảnh phụ. 
F’ n (n=1, 2, 3, ) 
 Các tiêu điểm ảnh của thấu kính hội tụ đều là các tiêu điểm thật. (Hứng được trên màn) 
F 
F 1 
F 
O 
O 
Trên mỗi trục của thấu kính hội tụ còn có một điểm mà chùm tia tới xuất phát từ đó sẽ cho chùm tia ló song song. Đó là tiêu điểm vật của thấu kính. 
+ Trên trục chính có tiêu điểm vật chính F. 
+ Trên trục phụ có tiêu điểm vật phụ F n (n=1, 2, 3, ) 
* Tiêu đ iểm vật của thấu kính 
C2 
Tiêu điểm ảnh : là ảnh của vật điểm ở vô cực. 
- Tiêu điểm vật: là ảnh của vật điểm có ảnh ở vô cực 
	 - Tiêu điểm ảnh và tiêu điểm vật trên một trục nằm đ ối xứng nhau qua quang tâm của thấu kính. Vị trí của chúng tuỳ thuộc chiều truyền ánh sáng 
F 
F 
F’ 
F 1 ’ 
F 1 
O 
O 
F’ 
F 1 ’ 
F 1 
Tiêu điểm vật 
Tiêu điểm ảnh 
F 
F 
F’ 
F 1 ’ 
F 1 
* Tiêu diện của thấu kính. 
Tập hợp tất cả các tiêu điểm vật tạo thành tiêu diện vật. 
Tập hợp tất cả các tiêu điểm ảnh tạo thành tiêu diện ảnh. 
 Có thể coi tiêu diện là mặt phẳng vuông góc với trục chính và qua tiêu điểm chính 
O 
2. Tiêu cự . Độ tụ 
* Độ tụ 
Đơn vị : f tính bằng mét ( m ); 
 D tính bằng điôp ( dp ) 
 * Tiêu cự 
Quy ước : Với TKHT, F’ là tiêu điểm thật: f > 0 
F 
F’ 
F 1 ’ 
F 1 
O 
f 
Thấu kính mỏng phân kỳ 
O 
Trục chính 
Trục phụ 
Trục phụ 
III. Khảo sát thấu kính phân kì 
* Quang tâm của thấu kính phân kì có cùng tính chất như quang tâm của thấu kính hội tụ. 
* Trục chính, các trục phụ như thấu kính hội tụ. (*) 
*Các tiêu điểm và tiêu diện của thấu kính phân kì đều ảo, được tạo bởi đường kéo dài của các tia sáng. ( được xác định tương tự như TKHT ) 
F’ 
F 
O 
 * Tiêu cự 
< 0 
* Độ tụ 
< 0 
	- Chiếu chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính phân kì th ì chùm tia ló là chùm phân kì có đư ờng kéo dài đ ồng qui tại một đ iểm F’ trên trục chính trước thấu kính . F’ đư ợc gọi là tiêu đ iểm chính của thấu kính phân kì. 
? Xác định tiêu điểm ảnh chính của thấu kính phân kì? 
F’ 
F’ 
F 1 ’ 
F 
o 
o 
- Tương tự : F 1 ’ là một tiêu điểm ảnh phụ của thấu kính phân kì. 
C3? Vẽ đường truyền của chùm tia sáng minh hoạ tính chất của tiêu điểm vật của thấu kính phân kì? 
F 
F 
F’ 
o 
F n 
F’ 
o 
TK Tiết1 
iv. Sự tạo ảnh bởi thấu kính 
1. Khái niệm ảnh và vật trong Quang học 
a)Khái niệm ảnh: 
 ả nh điểm là điểm đồng qui của chùm tia ló hay đường kéo dài của chúng. 
Một ảnh điểm là: 
+ thật nếu chùm tia ló là chùm hội tụ 
+ ảo nếu chùm tia ló là chùm phân kì 
S 
S’ 
O 
S’ là ảnh thật của S 
A' 
A 
F’ 
o 
A’ là ảnh ảo của A 
Gọi chùm tia sáng truyền ra khỏi bề mặt sau cùng của hệ quang học là chùm tia ló. ả nh được định nghĩa như sau: 
? Hãy quan sát hình vẽ để đưa ra định nghĩa về ảnh? Và cách phân biệt ảnh thật, ảnh ảo? 
b) Khái niệm vật 
Vật điểm là điểm đồng qui của chùm tia tới hay đường kéo dài của chúng. 
Một vật điểm là: 
+ thật nếu chùm tia tới là chùm phân kì; 
+ ảo nếu chùm tia tới là chùm hội tụ 
s 
F 
o 
S là vật ảo 
F’ 
F’ 
A 
A là vật thật 
o 
2. Cách dựng ảnh tạo bởi thấu kính 
a) ảnh của một vật điểm ngoài trục chính 
B' 
B 
F’ 
o 
F’ 
F 
o 
B’ 
B 
Vẽ 2 trong các tia sau: 
- Tia tới qua quang tâm O của TK thì truyền thẳng 
- Tia tới song song với trục chính của TK, tia ló qua (hay kéo dài qua) tiêu điểm ảnh chính F’ 
- Tia tới qua (hay kéo dài qua) tiêu điểm vật chính F, tia ló ra song song với trục chính 
? ở 2 hình bên: B’ là ảnh của vật điểm B. Hãy suy ra cách vẽ ảnh? 
F 
b) Trong trường hợp phải vẽ một tia bất kì thì ta xác định trục phụ song song với tia tới. Tia ló tương ứng (hay đường kéo dài của nó) sẽ qua tiêu điểm ảnh phụ trên trục phụ đó. 
VD: Vẽ ảnh S’ của S 
S 
S’ 
O 
F’ 1 
F’ 
F 
Tiêu diện ảnh 
Trục phụ 
Tiêu điểm ảnh phụ 
- Vẽ tia tới 
- Vẽ trục phụ 
- Định tiêu điểm ảnh Phụ F’ 1 
- Vẽ tia ló 
A 
B 
B’ 
A’ 
F 
F’ 
o 
B 
F’ 
o 
F’ 
F 
A 
o 
B’ 
A’ 
B 
A’ 
B' 
A 
F 
- Để có ảnh rõ nét, vậtphải có dạng phẳng, nhỏ, đặt vuông góc với trục chính và được biểu diễn tượng trưng bởi một mũi tên AB liền nét (vật thật) 
- Trong điều kiện đó, ảnh của vật được biểu diễn bằng mũi tên A’B’ cũng vuông góc với trục chính, ảnh thật thì mũi tên liền nét, ảnh ảo ứng với mũi tên đứt nét 
? Trong các hình vẽ bên, hình nào ảnh là ảnh ảo? 
ảnh A’B’ là ảnh ảo 
3. ả nh tạo bởi thấu kính 
a) ả nh tạo bởi thấu kính hội tụ 
? Qua TN ta có nhận xét gì về tính chất (thật, ảo), chiều và độ lớn của ảnh? 
B 
B’ 
A’ 
F 
F’ 
o 
B’ 
F’ 
F 
A 
o 
A’ 
B 
B 
F’ 
o 
A’ 
B' 
A 
F 
- Vật ở trong khoảng OF cho ảnh ảo cùng chiều, lớn hơn vật 
- Vật ngoài khoảng OF cho ảnh thật, ngược chiều vật. 
b) ả nh tạo bởi thấu kính phân kì 
? Nhận xét gì về sự tạo ảnh qua TKPK? 
- TKPK luôn cho ảnh ảo Cùng chiều, nhỏ hơn vật, nằm trong khoảng OF’ 
f: TKPk.exe