Thấu kính được định nghĩa là một khối chất trong suốt như thủy tinh, nhựa,... Thấu kính được giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng. Vậy khái niệm tiêu cự và độ tụ của thấu kính là gì ? Công thức và đơn vị tính của độ tụ và tiêu cự được xác định như thế nào ? Bài viết này sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc ấy.
Mục lục bài viết
1. Tiêu cự của thấu kính là gì?
– Khái niệm của thấu kính: Thấu kính được định nghĩa là một khối chất trong suốt như thủy tinh, nhựa,… Thấu kính được giới hạn bởi hai mặt cong hoặc bởi một mặt cong và một mặt phẳng. Thấu kính được phân loại thành hai loại thấu kính là thấu kính lồi ( hay còn được gọi là thấu kính rìa mỏng) và thấu kính lõm (hay còn được gọi là thấu kính rìa dày).
– Thấu kính lồi (còn được gọi với tên khác là thấu kính rìa mỏng) là thấu kính hội tụ.
– Thấu kính lõm (còn được gọi với tên khác là thấu kính rìa dày) là thấu kính phân kì.
– Khái niệm tiêu cự của thấu kính được định nghĩa như sau: Tiêu cự của thấu kính được định nghĩa là đại lượng xác định khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm chính F của thấu kính. Người ta có quy ước như sau: f = OF. Trong đó: Đối với thấu kính hội tụ có tiêu cự f > 0 và ngược lại đối với thấu kính phân kì có tiêu cự f < 0.
2. Độ tụ của thấu kính là gì?
– Khái niệm độ tụ của thấu kính được định nghĩa như sau: Độ tụ D của thấu kính được các nhà vật lí học định nghĩa là một đại lượng đặc trưng cho khả năng hội tụ chùm tia sáng càng mạnh. Độ tụ của thấu kính được viết tắt là chữ D
Trong đó, ở thấu kính hội tụ có độ tụ của thấu kính lớn hơn không là D>0 còn ngược lại ở thấu kính phân kì có độ tụ của thấu kính nhỏ hơn không là D<0.
3. Công thức, đơn vị tính độ tụ và tiêu cự của thấu kính là gì?
Công thức tính độ tụ của thấu kính: Độ tụ của thấu kính trong hệ SI được xác định bằng nghịch đảo của tiêu cự f.
Tiêu cự f được xác định bằng đơn vị mét (m) còn đơn vị của độ tụ D được xác định bằng điôp (dp).
4. Một số bài tập về tính độ tụ và tiêu cự của thấu kính:
Bài tập 1: Cho một vật AB xác định ( với A nằm trên trục chính) đặt trước một thấu kính hội tụ và vuông góc với trục chính của thấu kính cho ảnh thật lớn gấp 4 lần vật. Nếu đưa vật lại gần thấu kính thêm 4cm cũng như gần thêm thấu kính 6cm sẽ cho ảnh có cùng độ lớn.
a. Bằng biện pháp không dùng công thức thấu kính, hãy tính khoảng cách ban đầu của vật so với thấu kính và tiêu cự của thấu kính đó.
b. Nghiêng vật AB ( với A cố định) về phía thấu kính sao cho đầu B cách trục chính 5cm và cách thấu kính 20cm. Hãy vẽ ảnh của AB. Hãy xác định xem ảnh này gấp mấy lần so với vật? 
Dựa vào kết quả của câu a thì ta thấy B nằm trên đường vuông góc với trục chính tại tiêu điểm (tiêu diện).
– Bằng phép vẽ ( như hình vẽ trên) ta thấy ảnh B’ ở vô cùng (trên IA’ kéo dài) và ảnh A’ trên trục chính.
Từ đó có thể suy ra độ lớn ảnh A’B’ vô cùng lớn, mà AB xác định. 
Bài tập 2: Một vật sáng AB có dạng mũi tên cao 6 cm 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.
Hướng dẫn
a) Người ta dựng ảnh của vật qua thấu kính.
+ Qua B kẻ tia tới BI song song với trục chính, thì tia ló qua I và tiêu điểm ảnh F’.
+ Xuất phát từ B kẻ tia qua quang tâm O, tia này giao với tia IF’ tại B’ và điểm B’ là ảnh của B.
+ Từ B hạ vuông góc xuống trục chính cắt trục chính tại A’.
+ Vậy A’B’ là ảnh của AB cần dựng.
b) Áp dụng công thức thấu kính ta có phép tính như sau: 
+ Chiều cao của ảnh là : 
Bài tập 3: Cho một thấu kính hội tụ có tiêu cự 30 cm. Vật sáng AB dài 3 cm đặt song song với trục chính của thấu kính và cách trục chính một khoảng h, điểm B ở cách thấu kính một khoảng dB = 15cm.
a) Dựng ảnh A’B’ của AB qua thấu kính. Hãy đưa ra những nhận xét tính chất của ảnh A’B’ vừa dựng.
b) Hãy tính độ dài ảnh A’B’ khi h = 10 √3cm.
Hướng dẫn
a) Chúng ta vẽ hình như sau:
Nhìn hình trên chúng ta có thể rút ra nhận xét như sau: A’B’ là ảnh ảo, lớn hơn AB.
b) Ta có công thức như sau : 
+ Từ đó có thể suy ra khoảng cách từ ảnh B’ tới thấu kính là 30cm.
+ Khoảng cách từ A tới thấu kính là: dA = 15 + 3 = 18 (cm)
+ Ta có thể suy ra khoảng cách từ ảnh A’ tới thấu kính là 45 (cm)
+ Ta có phép tính như sau: HB’ = |d’A| – |d’B| = 45 – 30 = 15 (cm)
+ Xét ∆OCF’ có: 
+ Xét ∆A’B’H’ có góc B’ = α = 30o (góc đồng vị)
+ Ta có phép tính như sau: 
.
Vậy ta có thể rút ra kết luận ảnh A’B’ dài 10√3 (cm).
Bài 4: Cho một vật sáng AB có dạng mũi tên đặt vuông góc trục chính của thấu kính hội tụ cho ảnh thật cao 12 cm, khoảng cách so với thấu kính là 30 cm. Thấu kính có tiêu cự 10 cm. Yêu cầu xác định kích thước và vị trí của vật. 
Bài tập 5: Một vật sáng nhỏ có dạng đoạn thẳng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ và nằm ở ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính đó.
a) Gọi d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, f là tiêu cự của thấu kính. Hãy vẽ ảnh của vật qua thấu kính và chứng minh công thức: 1/d +1/d’=1/f
b) Đặt vật sáng trên ở một phía của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20 cm, song song với trục chính và cách trục chính một đoạn l = 20 cm. Biết các điểm A và B cách thấu kính lần lượt là 40 cm và 30 cm. Tính độ lớn ảnh của vật AB qua thấu kính.
Hướng dẫn giải:
a) Vẽ hình
– Xét hai tam giác OA/B/ và OAB đồng dạng có hệ thức 
Bài tập 6: Một vật sáng AB đặt tại một vị trí trước một thấu kính hội tụ, sao cho AB vuông góc với trục chính của thấu kính và A nằm trên trục chính, ta thu được một ảnh thật lớn gấp 2 lần vật. Sau đó, giữ nguyên vị trí vật AB và dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều ra xa vật một đoạn 15cm, thì thấy ảnh của nó cũng dịch chuyển đi một đoạn 15cm so với vị trí ảnh ban đầu. Tính tiêu cự f của thấu kính (lưu ý không sử dụng trực tiếp công thức của thấu kính). 
Bài tập 7: Cho một vật phẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ, sao cho điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm của thấu kính một khoảng OA = a. Người t nhận thấy rằng nếu dịch chuyển vật lại gần hoặc ra xa thấu kính một khoảng b = 5cm thì đều thu được ảnh có độ cao bằng ba lần vật, trong đó có một ảnh cùng chiều và một ảnh ngược chiều với vật. Hãy xác định khoảng cách a và vị trí tiêu điểm của thấu kính.
Giải
Ảnh cùng chiều với vật là ảnh ảo, vật nằm trong tiêu cự.
Ảnh ngược chiều với vật là ảnh thật, vật nằm ngoài khoảng tiêu cự của thấu kính.
Ở đây người ta xét trường hợp ảnh ảo, vật nằm trong tiêu cự, ảnh cùng chiều với vật 
Bài tập 8: Người ta có một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f cho ảnh thật A’B’ hứng được trên một màn E đặt song song với thấu kính. Khoảng cách từ màn E đến vật AB làmột khoảng L, khoảng cách từ thấu kính tới vật là d, khoảng cách từ thấu kính tới màn là d’.
a.Hãy chứng minh công thức đã cho sau : dd’=fd’ +fd.
b. Giữ vật cố định và giữ màn cố định, cho thấu kính di chuyển giữa vật và màn sao cho thấu kính luôn luôn ở vị trí song song với màn và vị trí trục chính không thay đổi. Gọi l là khoảng cách giữa hai vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét trên màn E. Hãy lập biểu thức tính tiêu cự f theo L và l.
Bài tập 9: Cho một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ (A nằm trên trục chính) cho ảnh thật A1B1 cao 1,2cm. Khoảng cách từ tiêu điểm đến quang tâm của thấu kính là 20cm. Người ta giữ nguyên thấu kính, dịch chuyển vật đó đi một đoạn 15cm dọc theo trục chính thì thấu kính cho ảnh ảo A2B2 cao 2,4cm. Hãy xác định khoảng cách từ vật đến thấu kính trước khi dịch chuyển và xác định độ cao của vật.
Hướng dẫn giải :
– Ta có A2B2 là ảnh ảo nên AB phải dịch chuyển về phía thấu kính.
Giả sử vị trí ban đầu của vật là AB, A’B’ là vị trí sau khi đã dịch chuyển.
