Lý thuyết ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì lớp 9

Chuyên đề Vật lý lớp 9: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì được sưu tầm và giới thiệu tới các bạn học sinh tham khảo. Nội dung tài liệu khái quát lý thuyết cơ bản cho các em tham khảo luyện tập, sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Vật lý lớp 9 hiệu quả hơn.

1. Lý thuyết ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì:

1.1. Đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì:

Thấu kính phân kì là loại thấu kính có hai mặt lõm, có độ cong giảm dần từ trung tâm ra hai đầu. Độ cong của thấu kính phân kì được gọi là tiêu cự, và được ký hiệu là f. Khi ánh sáng từ một vật thật đi qua thấu kính phân kì, các tia sáng bị khúc xạ ra xa trục chính của thấu kính, tạo ra một ảnh ảo của vật.

Ảnh ảo này luôn cùng chiều, nhỏ hơn vật và nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính. Khoảng cách giữa ảnh và thấu kính được gọi là vị trí ảnh, và được ký hiệu là b. Khoảng cách giữa vật và thấu kính được gọi là vị trí vật, và được ký hiệu là a.

Khoảng cách giữa ảnh và thấu kính phụ thuộc vào khoảng cách giữa vật và thấu kính, và có thể tính được bằng công thức sau: 1/f = 1/a + 1/b. Càng xa thì ảnh càng gần thấu kính và ngược lại.

Thấu kính phân kì có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, như làm kính lúp, kính viễn vọng hay kính cận. Kính lúp dùng để phóng đại các vật nhỏ, kính viễn vọng dùng để quan sát các vật xa, và kính cận dùng để chỉnh lỗi mắt cho người bị cận thị.

1.2. Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính phân kì:

Cách dựng ảnh của vật qua thấu kính phân kì là một trong những bài toán cơ bản trong quang học. Để dựng ảnh, ta cần biết vị trí và độ lớn của vật, tiêu cự của thấu kính, và khoảng cách từ vật đến thấu kính. Sau đó, ta có thể áp dụng các quy tắc sau:

- Quy tắc 1: Tia sáng đi từ vật song song với trục chính của thấu kính sẽ bị phân kì và đi qua tiêu điểm ảo F' của thấu kính.

- Quy tắc 2: Tia sáng đi từ vật qua tiêu điểm F của thấu kính sẽ bị phân kì và đi song song với trục chính của thấu kính.

- Quy tắc 3: Tia sáng đi từ vật qua tâm O của thấu kính sẽ không bị lệch hướng.

Từ các quy tắc trên, ta có thể dựng được hai tia sáng phân kì từ một điểm bất kỳ trên vật. Giao điểm của hai tia sáng phân kì chính là ảnh của điểm đó. Lặp lại quá trình này cho các điểm khác trên vật, ta có thể dựng được ảnh hoàn chỉnh của vật. Ảnh thu được là ảnh ảo, nghịch đảo và thu nhỏ so với vật.

* Cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính phân kì:

Để dựng ảnh của một điểm sáng S tạo bởi một thấu kính phân kì, bạn có thể sử dụng phương pháp vẽ tia chính và tia phụ. Dưới đây là cách dựng ảnh của điểm sáng S tạo bởi thấu kính phân kì:

- Vẽ tia chính: Vẽ một tia từ điểm S đi qua trung điểm O của thấu kính và tiếp tục đi xuất phát từ F' (trái nghịch) của thấu kính.

- Vẽ tia phụ: Vẽ một tia từ điểm S đi qua trung điểm O của thấu kính và đi theo hướng tiếp xúc với thấu kính.

- Điểm giao của hai tia này chính là ảnh của điểm sáng S.

Nhớ rằng, khi sử dụng phương pháp này, bạn cần phải xác định trước loại thấu kính phân kì (thấu kính hội tụ hoặc phân kì), sau đó áp dụng các quy tắc của thấu kính phân kì để dựng hình ảnh.

Bạn Cần Biết

* Cách dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kì:

Cách dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kì là như sau:

- Vẽ trục chính của thấu kính phân kì, đặt vật sáng AB vuông góc với trục chính, sao cho A nằm trên trục chính, B nằm dưới trục chính. Trục chính là đường thẳng đi qua tâm thấu kính và tâm độ cong của hai mặt thấu kính. Thấu kính phân kì là loại thấu kính có hai mặt cong lõm ra ngoài.

- Vẽ tia sáng từ A đi qua tâm thấu kính O, tia sáng này không bị khúc xạ và tiếp tục đi thẳng theo hướng ban đầu. Gọi A' là giao điểm của tia sáng này với mặt phẳng ảnh. Mặt phẳng ảnh là mặt phẳng vuông góc với trục chính và đi qua tâm thấu kính.

- Vẽ tia sáng từ A đi song song với trục chính, tia sáng này bị khúc xạ và đi xa trục chính khi qua thấu kính. Kéo dài tia sáng này đến khi giao với tia sáng từ A đi qua O. Gọi A'' là giao điểm của hai tia sáng này.

- Vẽ đoạn thẳng nối A' và A'', đây là ảnh của điểm A.

- Lặp lại các bước trên với điểm B, ta được ảnh của điểm B là đoạn thẳng nối B' và B''.

- Vẽ đoạn thẳng nối A' và B', đây là ảnh của vật sáng AB. Ảnh này là ảnh ảo, thu nhỏ, đứng và nghịch.

 

Bạn Cần Biết

Đây là cách dựng ảnh của vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kì theo nguyên lý khúc xạ ánh sáng. Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng chuyển từ một môi trường sang một môi trường khác có chỉ số khúc xạ khác nhau, khiến ánh sáng thay đổi hướng đi. Chỉ số khúc xạ của một môi trường là tỷ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi trường đó. Thấu kính phân kì có chỉ số khúc xạ nhỏ hơn không khí, nên ánh sáng khi qua thấu kính sẽ bị phân tán ra xa trục chính.

2. Phương pháp giải:

Cách xác định vị trí của ảnh khi biết vị trí của vật và tiêu cự hay xác định vị trí của vật khi biết vị trí của ảnh và tiêu cự hay xác định tiêu cự khi biết vị trí của ảnh và vị trí của vật.

- Cách 1: Vẽ ảnh của một vật theo phương pháp trên. Sử dụng tính chất tam giác đồng dạng để suy ra đại lượng cần xác định.

- Cách 2: Áp dụng công thức

1/f = 1/d + 1/d’

h’ = d’/d.h

Để xác định tiêu cự và độ lớn của vật.

Trong đó,

- vật là vật thật

- f là tiêu cự của thấu kính phân kì (f > 0)

- d là khoảng cách từ vị trí của vật đến thấu kính

- d’ là khoảng cách từ vị trí của ảnh đến thấu kính. (Ảo ảnh nên d’ > 0).

Nếu biết hai trong ba giá trị này, ta có thể tìm được giá trị còn lại bằng cách giải phương trình trên.

3. Bài tập vận dụng liên quan:

Bài 1: Vật AB có độ cao h được đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính phân kì. Điểm A nằm trên trục chính và có vị trí tại tiêu điểm F. Ảnh A’B’ có độ cao là h’ thì h’ có độ cao bao nhiêu?

Lời giải:

 

Bạn Cần Biết

 
ΔOIF ∼ ΔA'B'F ⇒ Bạn Cần Biết
ΔOAB ∼ ΔOA'B' ⇒ Bạn Cần Biết (1)
Mà AB = OI ⇒ Bạn Cần Biết
⇒ OA' = f - OA'
⇒ 2OA' = f ⇒ OA' = f/2
Thay vào (1) ta được: Bạn Cần Biết⇒ h = 2.h'

Bài 2: Cho trục của một thấu kính, A’B’ là ảnh của AB như hình vẽ:

 

Bạn Cần Biết

a) Không cần vẽ ảnh, hãy cho biết A’B’ là ảnh thật hay ảnh ảo? Thấu kính đã cho là hội tụ hay phân kì? Tại sao?

b) Vẽ hình xác định quang tâm O, tiêu điểm F, F’ của thấu kính.

c) Hãy xác định vị trí của ảnh, của vật và tiêu cự của thấu kính. Biết ảnh A’B’ chỉ cao bằng 1/3 vật AB và khoảng cách giữa ảnh và vật là 2,4 cm.

Lời giải:

a) Ảnh A’B’ là ảnh ảo vì dù thấu kính hội tụ hay phân kì nếu ảnh cùng chiều với vật thì ảnh đó luôn luôn là ảnh ảo.

Thấu kính đó là phân kì vì ảnh A’B’ là ảnh ảo và nhỏ hơn vật.

b) Hình vẽ:

 

Bạn Cần Biết

Bạn Cần Biết

Bài 3: Vật sáng AB có độ cao h được đặt vuông góc trước một thấu kính phân kì có tiêu cự 12cm. Điểm A cách thấu kính một khoảng 27cm. Vật AB cao 10cm.

a. Dựng ảnh A'B' của AB tạo bởi thấu kính phân kì.

b. Vận dụng kiến thức hình học tính chiều cao của ảnh và khoảng cách từ ảnh đến quang tâm.

Lời giải:

 

Bạn Cần Biết

 Bạn Cần Biết
    5 / 5 ( 1 bình chọn )