Công thức thấu kính hội tụ, phân kì & bài tập ví dụ cụ thể

Công thức thấu kính là chương trình học vô cùng quan trọng đối với những bạn học sinh đang ôn luyện môn Vật Lý. Công thức thấu kính bao gồm thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, mối liên hệ giữa vị trí của vật và ảnh, tiêu cực của thấu kính cùng một số bài tập ví dụ. Hãy cùng tham khảo ngay trong bài viết này!

Thấu kính hội tụ là gì?

Thấu kính hội tụ là một loại thấu kính quang học có khả năng hội tụ các tia sáng song song chiếu tới thành một điểm sau khi đi qua thấu kính. Hiểu đơn giản là khi một chùm tia sáng song song đi qua thấu kính hội tụ, các tia sáng sẽ bị bẻ cong và gặp nhau tại một điểm gọi là tiêu điểm.

Hình dạng: Thấu kính hội tụ có phần rìa mỏng hơn, giống như một chiếc kính lúp.

Quy ước của thấu kính hội tụ:

Thấu kính phân kì là gì?

Thấu kính phân kì là một loại thấu kính quang học có khả năng phân tán các tia sáng song song chiếu tới thành một chùm tia ló phân kì. Có nghĩa là khi một chùm tia sáng song song đi qua thấu kính phân kì, các tia sáng sẽ bị bẻ cong ra xa nhau.

Hình dạng: Thấu kính phân kì thường có phần rìa dày hơn, giống như hai mặt lõm ghép lại.

Quy ước thấu kính phân kì:

Khái niệm ảnh và vật

Quang tâm O: Là điểm chính giữa của thấu kính mỏng mà mọi tia sáng đi qua một điểm.
Trục chính: Là đường thẳng đi qua tâm O và vuông góc với mặt của thấu kính.
Trục phụ: Là các đường thẳng qua quang tâm O

Chùm tia sáng song song với trục chính sau khi qua thấu kính sẽ hội tụ tại tiêu điểm chính thì đó là thấu kính hội tụ. Nếu là thấu kính phân kì, các tia sáng sẽ kéo dài và hội tụ tại tiêu điểm chính.

Một thấu kính sẽ có hai tiêu điểm chính F (vật) và F, (tiêu điểm ảnh) đối xứng với nhau qua quang tâm O.

Tiêu điểm phụ:

Khi một chùm tia sáng song song với một trục phụ bất kỳ của thấu kính đi qua thấu kính:

Với thấu kính hội tụ: Các tia sáng sẽ hội tụ tại một điểm trên trục phụ đó, điểm này gọi là tiêu điểm phụ ảnh.
Với thấu kính phân kì: Các tia sáng sẽ có đường kéo dài giao nhau tại một điểm trên trục phụ đó, điểm này gọi là tiêu điểm phụ vật.

Mỗi thấu kính có vô số các trục phụ, tương ứng với mỗi trục phụ sẽ có một cặp tiêu điểm phụ (một tiêu điểm phụ vật và một tiêu điểm phụ ảnh).

Tiêu diện:

Tiêu diện: Là tập hợp tất cả các tiêu điểm (cả tiêu điểm chính và tiêu điểm phụ) của thấu kính.
Tiêu diện vật: Là tập hợp tất cả các tiêu điểm vật (cả tiêu điểm vật chính và các tiêu điểm vật phụ).
Tiêu diện ảnh: Là tập hợp tất cả các tiêu điểm ảnh (cả tiêu điểm ảnh chính và các tiêu điểm ảnh phụ).

Tiêu diện thường có hình dạng gần giống với mặt phẳng và vuông góc với trục chính của thấu kính.

Khái niệm ảnh và vật trong quang học

Vật điểm

Vật sáng: Là vật tự phát ra ánh sáng (như Mặt Trời, bóng đèn) hoặc phản xạ ánh sáng từ các vật sáng khác tới mắt ta (như sách, bàn ghế).
Vật điểm: Trong nhiều trường hợp, để đơn giản hóa bài toán, ta coi vật là một điểm sáng.

Ảnh điểm

Ảnh của một vật: Là tập hợp các điểm sáng tạo bởi chùm tia phản xạ hoặc khúc xạ từ vật đó.
Ảnh thật: Là ảnh có thể hứng được trên màn chắn. Ảnh thật ngược chiều với vật.
Ảnh ảo: Là ảnh không hứng được trên màn chắn. Ảnh ảo cùng chiều với vật.

Công thức thấu kính – Đơn vị đo

Công thức xác định vị trí ảnh:

Công thức xác định số phóng đại:

Trong đó:

f là tiêu cự của thấu kính (cm hoặc m). Nếu f > 0 là thấu kính hội tụ; Nếu f < 0 là thấu kính phân kì.
d là khoảng cách từ vật đến thấu kính (cm hoặc m). Nếu d > 0 là vật thật; Nếu d < 0 là vật ảo.
d’, là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính (cm hoặc m). Nếu d’ > 0 là ảnh thật; Nếu d’ < 0 là ảnh ảo.
k là số phóng đại của ảnh. Nếu k > 0 là ảnh và vật cùng chiều; Nếu k < 0 là ảnh và vật ngược chiều; Nếu |k| > 1 là ảnh lớn hơn vật; Nếu |k| < 1 là ảnh nhỏ hơn vật.

Công thức mở rộng

Từ công thức xác định vị trí ảnh, ta có thể xác định tiêu cự f, vị trí vật, vị trí ảnh như sau:

Kết hợp công thức xác định vị trí ảnh và công thức số phóng đại, ta có:

Suy ra:

Khi biết số phóng đại, ta có: d’ = -k.d
Khi chỉ biết ảnh lớn hay nhỏ hơn bao nhiêu lần vật, ta có: |d| = |k|.|d’|

Bài tập vận dụng

Cho một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 30 cm. Đặt một vật sáng AB cao 3cm trước thấu kính và cách thấu kính 90 cm. Xác định vị trí và chiều cao của ảnh.

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức thấu kính:

Áp dụng công thức độ phóng đại ảnh

Vậy ảnh A’B’ cao 1,5cm. dấu “-” cho biết ảnh ngược chiều với vật.

Kết luận

Trên đây là nội dung lý thuyết và bài tập thực hành về công thức thấu kính trong chương trình học Vật Lý lớp 11. Hy vọng những kiến thức trên giúp các bạn học sinh hiểu và vận dụng tốt trong bài tập cũng như đời sống thực tiễn.