Tìm hiểu thấu kính hội tụ: Đặc điểm, cách vẽ và công thức tính chi tiết!

Thấu kính hội tụ tích cực có thể được sử dụng để tăng cường hình ảnh, tạo ra một hình ảnh phóng to và có thể được sử dụng trong các thiết bị như máy quay, máy ảnh và máy thăm dò y học. Đây cũng là một trong những phần kiến thức quan trọng trong Vật lý.

Cùng Admin tìm hiểu rõ hơn về phần kiến thức này trong bài chia sẻ dưới đây nhé!

Trong các định nghĩa của quang học, thấu kính là một dụng cụ quang học chuyên dùng cho tập trung hoặc phân tán nhiều nguồn sáng khác nhau. Còn trong ngữ cảnh rộng, thấu kính quang học là những thấu kính tương tác với ánh sáng và các phương pháp khác.

Thấu kính hội tụ là gì?

Thấu kính quang học là thấu kính có màu trong suốt, với phần rìa mỏng ở phần trung tâm. Chúng hay được phân cách giữa hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu.

Trong thực tế, khái niệm "thấu kính hội tụ" (converging lens) đề cập đến một loại thấu kính mà các tia sáng qua đó hội tụ lại tại một điểm được gọi là điểm gần. Điểm này càng gần với thấu kính thì điểm hội tụ càng xa, và ngược lại. Thấu kính hội tụ được sử dụng trong các thiết bị như máy quay, máy ảnh và máy thăm dò y học.

Như những chia sẻ ở trên, đặc điểm chính của thấu kính hội tụ là nơi chùm tia sáng sau khi xuyên qua nó sẽ tập trung tại một điểm. Các tia sáng của thấu kính hội tụ có đặc điểm sau:

Tia sáng hướng vào thấu kính gọi là tia tới, và tia ló là tia phản xạ của thấu kính.
Tia tới đến quang tâm thì tia ló lại chiếu ngược theo hướng của tia đi.
Tia tới song song với trục chính khi tia đi qua tiêu điểm.
Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló ngược lại với trục chính.
Điểm hội tụ: điểm mà tia quang đi vào sẽ hội tụ lại, địa điểm này càng gần thấu kính thì điểm hội tụ càng xa.
Đường tiếp tuyến: đường mà tia quang đi vào và đi ra của thấu kính hội tụ sẽ tiếp tuyến tại điểm hội tụ.
Độ hội tụ: độ hội tụ càng lớn thì điểm hội tụ càng xa, độ hội tụ càng nhỏ thì điểm hội tụ càng gần.
Phản chiếu: khi tia quang đi qua thấu kính hội tụ, hình ảnh sẽ được phản chiếu lại, và kích thước hình ảnh sẽ thay đổi theo độ hội tụ của thấu kính.

Các đặc trưng của thấu kính hội tụ

Thấu kính thường được giới hạn bằng hai mặt cầu (một trong hai mặt sẽ là đường thẳng) . Phần rìa phía bên ngoài sẽ mỏng đi ở trung tâm.

Công thức thấu kính hội tụ được sử dụng để tính toán độ hội tụ của thấu kính. Công thức này cho biết mức độ hội tụ của một thấu kính bằng cách tính tỷ số giữa khoảng cách giữa thấu kính và điểm hội tụ của nó và khoảng cách giữa thấu kính và điểm tiêu cực của nó.

Công thức liên hệ giữa vị trí của vật, vị trí của ảnh và tiêu cự của thấu kính

Công thức cụ thể là: $\frac{1}{\mathrm{f}}=\frac{1}{\mathrm{~d}}+\frac{1}{\mathrm{~d}^{\prime}}$

Trong đó:

f là độ hội tụ của thấu kính
d0 là khoảng cách giữa thấu kính và điểm hội tụ
di là khoảng cách giữa thấu kính và điểm tiêu cực

Quy ước về dấu:

Thấu kính hội tụ: f > 0
Thấu kính phân kỳ: f < 0
Ảnh là thật: d’ > 0
Ảnh là ảo: d’ < 0
Vật là thật: d > 0

Công thức này cho thấy rằng độ hội tụ của một thấu kính tăng khi khoảng cách giữa thấu kính và điểm hội tụ giảm hoặc khi khoảng cách giữa thấu kính và điểm tiêu cực tăng.

Công thức tính độ tụ của thấu kính

Công thức tính độ tụ của thấu kính hội tụ được viết lại theo cách khác như:

$\mathrm{D}=(\mathrm{n}-1) \cdot\left(\frac{1}{\mathrm{R}_1}+\frac{1}{\mathrm{R}_2}\right)$

Trong đó:

f là độ hội tụ của thấu kính
n là số lượng lớp thấu kính
$\mathrm{R}_1$ là bán kính của mặt tiêu cực của thấu kính
$\mathrm{R}_2$ là bán kính của mặt tiêu cực của thấu kính

Công thức này cho thấy rằng độ hội tụ của một thấu kính tăng khi số lượng lớp thấu kính tăng hoặc khi bán kính của mặt tiêu cực của thấu kính giảm.

Công thức số phóng đại của thấu kính

Quy ước về dấu:

Ảnh và vật cùng chiều: k > 0
Ảnh và vật là ngược chiều: k < 0

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng công thức trên chỉ áp dụng cho thấu kính đơn giản, với các thấu kính có nhiều lớp và có cấu tạo phức tạp thì các công thức khác cần được sử dụng.

Vật qua thấu kính hội tụ qua ba trường hợp. Đặc điểm của từng trường hợp cụ thể như sau:

Ảnh của thấu kính hội tụ

Khoảng cách từ vật đến thấu kính (d)	Đặc điểm của ảnh
Khoảng cách từ vật đến thấu kính (d)	Vị trí ảnh (d’) (CO = C’O = 2OF)	Tính chất ảnh
Vật ở rất xa thấu kính	d’ = OF’	ảnh thật
d > 2 f	ảnh ở F’ C’	ảnh thật ngược chiều với vật và nhỏ hơn vật
d = 2 f	ảnh ở C’ (với OC’ = 2OF)	ảnh thật người chiều với vật và bằng vật
f = d < 2 f	từ C’ đến ∞	ảnh thật ngược chiều với vật và lớn hơn vật
d = f	ở ∞	không cho ảnh
d < f	trước thấu kính	ảnh ảo, cùng chiều với vật và lớn hơn vật

Sau khi hiểu rõ được về công thức, đặc điểm và các trường hợp ảnh vật qua thấu kính hội tụ, các em cần phải biểu diễn bằng hình ảnh. Các bước dựng ảnh ảo của thấu kính hội tụ như sau:

Vẽ trục chính nằm ngang ký hiệu là (△).
Dựng thấu kính vuông góc với trục chính. Điểm đi qua quang tâm ký hiệu là (O)
Có chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ. Tiêu điểm chính là chùm tia ló hội tụ tại 1 điểm trên trục chính.
Tiêu điểm chính là hai điểm nằm trên trục chính cách thấu kính một khoảng và đối xứng với tiêu điểm F bên này ta có tiêu điểm F’ bên kia của thấu kính.

Hướng dẫn vẽ thấu kính hội tụ

Thấu kính hội tụ thường được làm từ các chất liệu sau:

Kính (glass): Kính là chất liệu thông dụng để làm thấu kính hội tụ vì tính chắc kẽ và có khả năng chịu được nhiệt và cảnh quang tốt.
Polycarbonate (PC): Polycarbonate là chất liệu cứng và bền, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và công nghiệp vì tính chắc kẽ và có khả năng chịu được nhiệt tốt.
Acrylic: Acrylic có tính chắc kẽ tương đương với kính, nhưng nhẹ hơn và dễ mài.
Quartz: Quartz có tính chắc kẽ và có khả năng chịu được nhiệt tốt, được sử dụng trong các ứng dụng cần chịu nhiệt cao hoặc chịu được ánh sáng UV.
Plastic: Plastic là chất liệu rẻ tiền và dễ sử dụng, nhưng không có khả năng chịu được nhiệt và ánh sáng tốt.

Chất liệu thấu kính hội tụ sẽ tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng. Việc các em sử dụng thấu kính hội tụ vào việc gì sẽ quyết định đến chất lượng và giá thành sản phẩm. Hiện nay có rất nhiều nơi bán thấu kính hội tụ, các em có thể tìm mua những loại thấu kính đơn giản tại cửa hàng dụng cụ học tập hoặc kính mắt nhé!

Liệu các em đã nắm rõ hết các kiến thức về thấu kính hội tụ. Nếu nắm rõ tất cả những kiến thức trên các em có thể vận dụng vào các bài tập dưới đây.

Câu 1: Thấu kính hội tụ có đặc điểm biến chùm tia tới song song thành chùm tia gì?

A. Chùm tia phản xạ.

B. Chùm tia ló hội tụ.

C. Chùm tia ló phân kì.

D. Chùm tia ló song song khác.

Câu 2: Khi mà tia tới đi qua quang tâm của một chiếc thấu kính hội tụ cho tia ló?

A. Đi qua tiêu điểm và đi qua quang tâm

B. Song song với trục chính và đi qua tiêu điểm

C. Truyền thẳng theo phương của tia tới

D. Có đường kéo dài đi qua tiêu điểm

Câu 3: Vật liệu nào thường được dùng để làm ra một chiếc thấu kính?

A. Thủy tinh trong

B. Nhựa có màu đục

C. Nhôm

D. Nước

Câu 4: Khẳng định nào dưới đây là đúng khi nói về thấu kính hội tụ?

A. Trục chính của thấu kính là đường thẳng bất kì có chiều dài vô tận.

B. Quang tâm của thấu kính cách đều hai tiêu điểm.

C. Tiêu điểm của thấu kính phụ thuộc vào diện tích của thấu kính.

D. Khoảng cách của hai tiêu điểm được gọi là tiêu cự của thấu kính.

Câu 5: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 15cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm.

a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính

b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh

Câu 6: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6cm đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ, cách thấu kính 10cm. Thấu kính có tiêu cự 15 cm.

a/ Dựng ảnh của vật qua thấu kính

b/ Xác định kích thước và vị trí của ảnh

Câu 7: Một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh thật cao 12 cm, cách thấu kính 30 cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. Xác định kích thước và vị trí của vật

Câu 8: Vật AB đặt trước một thấu kính hội tụ cho ảnh . Hãy chứng minh các công thức thấu kính và .

Câu 9: Cho biết Δ là trục chính của một thấu kính, S là điểm sáng, S' là ảnh của S tạo bởi thấu kính.

a) S' là ảnh thật hay ảnh ảo?

b) Thấu kính đã cho là thấu kính gì?

c) Vẽ hình, nêu cách dựng.

Câu 10: Cho vật sáng AB cao 1 cm đặt trước thấu kính hội tụ và cách thấu kính 15cm, ảnh thật cao 0,6 cm

a. Vẽ ảnh

b. Tính tiêu cự của thấu kính và khoảng cách từ ảnh đến thấu kính

Sau khi đã làm xong hết các bài tập trên, hãy comment đáp án để cùng so sánh với Admin nhé!