Thấu kính hội tụ là gì? Đặc điểm, cách vẽ và công thức tính chi tiết (Vật lý 9)

Thấu kính hội tụ là gì? 

Trong các định nghĩa về quang học, thấu kính là một dụng cụ quang học dùng để hội tụ hay phân kỳ những chùm ánh sáng khác nhau.  Còn trong ngữ cảnh rộng, thấu kính quang học là các thấu kính làm việc với ánh sáng và bằng kỹ thuật truyền thống.

Vậy thấu kính hội tụ cho ảnh gì? Khác với thấu kính phân kỳ, thấu kính hội tụ là thấu kính có màu trong suốt, với phần rìa mỏng hơn phần giữa. Chúng thường được giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu.

Đây là thấu kính mà chùm tia sáng sau khi đi qua kính sẽ hội tụ tại một điểm.

Đặc điểm của thấu kính hội tụ 

Đặc điểm của thấu kính hội tụ bao gồm: 

Tia sáng qua thấu kính 

• Tia sáng đi tới thấu kính gọi là tia tới, còn tia ló là tia khúc xạ khỏi thấu kính.

• Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới.

• Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.

• Tia tới đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

Hình dạng của thấu kính hội tụ 

Thấu kính hội tụ được giới hạn bởi hai mặt cầu (một trong hai mặt có thể là mặt phẳng). Phần rìa phía bên ngoài sẽ mỏng hơn ở giữa.

Chất liệu dùng để làm thấu kính hội tụ

Có rất nhiều chất liệu có thể được sử dụng để làm nên chiếc thấu kính hội tụ. Thông thường nó được làm từ những vật liệu trong suốt, điển hình là nhựa hoặc là thủy tinh.

1. Thấu kính bằng nhựa

Đây là vật liệu tốt nhất để tạo nên một chiếc thấu kính hội tụ bởi dễ sử dụng cho mọi đối tượng. Những loại thấu kính được làm bằng nhựa, chất dẻo có tên gọi khác là thủy tinh hữu cơ. Đối với loại này thường được ứng dụng trong việc làm kính cho trẻ nhỏ hoặc khi chơi thể thao bởi sự thoải mái cũng như nhẹ nhàng cũng như chống vỡ cực cao.

2. Thấu kính bằng thủy tinh

Những loại thấu kính được làm bằng thủy tinh khoáng tự nhiên có chất lượng tốt, được phân loại vô cùng chuyên nghiệp và là tiêu chuẩn cho các sản phẩm này. Với loại thấu kính này, người tiêu dùng sẽ ít tốn kém hơn so với những loại kính sử dụng bằng nhựa, đặc biệt chúng có khả năng chống xước cực cao và phù hợp với những trường hợp bị loạn dưỡng nặng. 

Cách nhận biết thấu kính hội tụ 

Để có thể nhận biết thấu kính hội tụ, các em có thể tham khảo 3 cách dưới đây. 

• Dùng tay để nhận biết được chúng qua độ dày của phần trung tâm và độ dày phần rìa. Nếu phần rìa của thấu kính đó mỏng hơn so với phần trung tâm, thì đó là thấu kính hội tụ.

• Đưa thấu kính gần vào dòng chữ trên sách. Nếu thấu kính có thể làm cho dòng chữ nhìn qua thấu kính lớn hơn so với nhìn trực tiếp trên sách thì đó chính là thấu kính hội tụ.

• Dùng thấu kính hứng ánh sáng. Dùng thấu kính hứng ánh sáng ngọn đèn đặt ở xa lên màn hứng. Nếu chùm sáng đó hội tụ trên màn thì đó chính là thấu kính hội tụ.

Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính hội tụ

Dưới đây là những khái niệm xung quanh thấu kính hội tụ cần ghi nhớ 

Trục chính của thấu kính hội tụ 

Trục chính của thấu kính hội tụ chính là tia ló, có thể truyền thẳng qua vật và không bị đổi hướng khi đi qua thấu kính. 

Quang tâm của thấu kính hội tụ 

Đối với thấu kính hội tụ thì quang tâm chính là điểm mà mọi tia sáng đi tới điểm này đều có thể truyền thẳng và không bị đổi hướng. Quang tâm được ký hiệu là O.

Tiêu điểm của thấu kính hội tụ 

Đối với tiêu điểm của thấu kính hội tụ được kí hiệu là F. Chúng có chùm tia ló hội tụ tại một điểm và có chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính. 

Hệ thống đường truyền của ba tia sáng đặc biệt như sau:

• Tia tới khi đi qua quang tâm O sẽ cho tia ló truyền thẳng.

• Tia tới sẽ song song với trục chính, sau đó cho tia ló đi qua tiêu điểm F’

• Tia tới khi qua tiêu điểm F có đặc điểm song song với trục chính.

Tiêu cự của thấu kính hội tụ 

Với tiêu cự thấu kính hội tụ, đây là khoảng cách từ tiêu điểm F của thấu kính, đi tới quang tâm O của thấu kính, được ký hiệu là f và có đơn vị đo là cm.

Cách vẽ thấu kính hội tụ 

Để có thể vẽ được thấu kính hội tụ, hãy cùng tìm hiểu các bước vẽ dưới đây:

• 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.

Các em có thể tham khảo hình vẽ dưới đây:

Ảnh của vật qua thấu kính hội tụ

Muốn dựng ảnh A’B’ của đoạn AB qua thấu kính (AB vuông góc với thấu kính và điểm A nằm trên trục chính △), chỉ cần dựng ảnh B’ của B bằng hai trong ba tia sáng đặc biệt, từ đó hạ B’ vuông góc với trục chính △ thì ta sẽ có được ảnh A’ của A. 

Công thức thấu kính hội tụ 

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

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 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

Công thức tính độ tụ của thấu kính:

Trong đó:

• n: chiết suất của chất làm thấu kính

• D: độ tụ của thấu kính 

• f: tiêu cự của thấu kính (m)

• R1; R2: bán kính của các mặt cong (R = ∞ cho trường hợp mặt phẳng) (m)

Các bài viết không thể bỏ lỡ

Monkey Math - Ứng dụng học toán tiếng Anh chỉ với 2K/Ngày

Thế nào là sự bay hơi và sự ngưng tụ? Nêu khái niệm, đặc điểm và cho ví dụ (Vật lý 6)

Thế nào là phản xạ ánh sáng? Nêu định luật phản xạ ánh sáng vật lý 7

Ứng dụng của thấu kính hội tụ trong đời sống

Đối với thấu kính hội tụ, chúng được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau trong đời sống. Có thể kể đến một số ứng dụng như: 

• Thay đổi chùm tia từ song song thành chùm tia sáng hội tụ.

• Dùng làm vật kính và thị kính ở kính hiển vi hoặc kính thiên văn.

• Dùng làm kính ở máy ảnh.

• Dùng làm kính lúp.

• Dùng làm kính chữa tật viễn thị, lão thị. 

• Đôi khi thấu kính hội tụ còn được sử dụng trong nhiều trường hợp khẩn cấp như tạo ra lửa.

Xem thêm: Thấu kính phân kì là gì? Ảnh của một vật qua thấu kính phân kì có đặc điểm gì? (Vật lý 9)

Một số bài tập thấu kính hội tụ lớp 9

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 kỳ.

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 15 cm, ảnh
thật cao 0,6 cm

a. Vẽ ảnh

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

Trên đây là toàn bộ kiến thức về Thấu kính hội tụ là gì? Ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ có đặc điểm gì? (Vật lý 9) mà Monkey biên soạn. Mong rằng những kiến thức này sẽ giúp cho các em trong quá trình học tập và tìm hiểu. Ngoài ra các em hãy theo dõi chuyên mục kiến thức cơ bản để có thể tìm hiểu các thông tin thú vị về các môn học khác.