Thấu kính hội tụ là gì? Công thức, cách vẽ & bài tập Vật Lý 9

Định nghĩa, tính chất và đặc điểm của thấu kính hội tụ

1. Thấu kính hội tụ là gì?

Thấu kính hội tụ là loại thấu kính phần giữa dày, phần rìa mỏng, có khả năng thu các tia sáng lại một điểm sau khi đi qua kính. Nó thường được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa trong suốt, có hai mặt cong (hoặc một mặt cong – một mặt phẳng).

Hiểu đơn giản:

Nếu bạn chiếu một chùm tia sáng song song vào thấu kính hội tụ, các tia sẽ gặp nhau tại một điểm phía sau kính. Điểm đó gọi là tiêu điểm.

Khác với thấu kính phân kỳ:

• Thấu kính hội tụ: gom tia sáng lại → tạo ảnh thật hoặc ảo, tùy vị trí vật.

• Thấu kính phân kỳ: làm tia sáng loe ra → chỉ tạo ảnh ảo.

2. Tính chất của thấu kính hội tụ

1. Tia tới song song với trục chính

Khi một tia sáng đi song song với trục chính chiếu vào thấu kính hội tụ, tia ló sau kính sẽ đi qua tiêu điểm (F). Điều này cho thấy thấu kính có khả năng gom các tia sáng song song về một điểm.

2. Tia đi qua quang tâm (O)

Tia sáng truyền qua đúng quang tâm của thấu kính sẽ tiếp tục đi thẳng, không bị đổi hướng. Đây là đặc điểm quan trọng giúp dựng ảnh khi vẽ đường đi của tia sáng.

3. Tia đi qua tiêu điểm (F)

Nếu tia sáng xuất phát từ vật và đi qua tiêu điểm trước khi gặp thấu kính, tia ló sau kính sẽ trở thành một tia song song với trục chính. Tính chất này là “ngược lại” của tính chất đầu tiên.

3. Đặc điểm của thấu kính hội tụ

3.1 Đặc điểm về tia sáng qua thấu kính

• Tia tới là tia chiếu vào thấu kính; tia ló là tia đi ra sau khi bị khúc xạ.
• Tia tới đi qua quang tâm (O) → tia ló tiếp tục truyền thẳng, không đổi hướng.
• Tia tới song song trục chính → tia ló đi qua tiêu điểm (F).
• Tia tới đi qua tiêu điểm → tia ló trở thành tia song song với trục chính.

3.2 Hình dạng của thấu kính hội tụ

Thấu kính hội tụ có phần giữa dày hơn phần rìa, được tạo bởi hai mặt cầu (hoặc một mặt cầu và một mặt phẳng). Đây là đặc trưng giúp chúng có khả năng hội tụ ánh sáng.

3.3 Chất liệu làm thấu kính hội tụ

• Thấu kính nhựa: nhẹ, khó vỡ, an toàn cho trẻ em và khi vận động mạnh; thường gọi là “thủy tinh hữu cơ”.
• Thấu kính thủy tinh: chống xước tốt, chất lượng quang học cao, giá thành thấp hơn thấu kính nhựa nhưng nặng và dễ vỡ hơn; phù hợp cho người có độ khúc xạ cao.

4. 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.

5. Cách vẽ thấu kính hội tụ

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

1. Vẽ trục chính nằm ngang ký hiệu là (△).

2. Dựng thấu kính vuông góc với trục chính. Điểm đi qua quang tâm ký hiệu là (O)

3. 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.

4. 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:

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

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

1. 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. 

2. 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.

3. 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.

4. 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.

Đặc điểm và công thức ảnh của vật qua thấu kính hội tụ

1. Đặc điểm 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. 

2. Các công thức thấu kính hội tụ lớp 9

2.1 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

2.2 Công thức tính 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

2.3 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)

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)

Bài tập về thấu kính hội tụ lớp 9 (có đáp án)

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

Đáp án:

Câu 1: B

Câu 2: C

Câu 3: A

Câu 4: B

Câu 5:

• Vị trí ảnh: cách thấu kính 30 cm (phía đối diện với vật).

• Kích thước ảnh: 12 cm, ngược chiều so với vật.

Câu 6:

• Vị trí ảnh: 30 cm (cùng phía với vật) — ảnh ảo.

• Kích thước ảnh: 18 cm, cùng chiều với vật.

Câu 7:

• Vị trí vật: cách thấu kính 15 cm.

• Kích thước vật: 6 cm.

FAQ - Những thắc mắc khác về thấu kính hội tụ

1. Làm sao nhận biết thấu kính hội tụ bằng mắt thường?

Thấu kính hội tụ có phần giữa dày hơn phần rìa và thường làm vật trông lớn hơn khi nhìn qua.

2. Thấu kính hội tụ có thể tạo ảnh thật và ảnh ảo không?

Có. Ảnh thật xuất hiện khi vật đặt ngoài tiêu cự; ảnh ảo xuất hiện khi vật nằm trong tiêu cự.

3. Ảnh thật tạo bởi thấu kính hội tụ có hứng được trên màn không?

Có. Ảnh thật có thể hứng được trên màn chắn.

4. Vật phải đặt ở đâu để thu được ảnh ảo?

Đặt vật trong khoảng từ quang tâm đến tiêu điểm (d < f).

5. Thấu kính hội tụ có phóng đại ảnh không?

Có. Khi vật nằm gần thấu kính (trong tiêu cự), ảnh ảo sẽ lớn hơn vật.

6. Vì sao tiêu điểm của thấu kính hội tụ nằm phía sau thấu kính?

Vì các tia ló sau thấu kính thật sự hội tụ tại một điểm ở phía đối diện vật.

7. Kí hiệu d và f trong thấu kính hội tụ là gì?

• d: Khoảng cách từ vật đến thấu kính (còn gọi là khoảng cách vật).
• f: Tiêu cự của thấu kính, là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm.

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.