Bài giảng môn Vật lí nâng cao Lớp 11 - Bài 48: Thấu kính mỏng

Nội dung text: Bài giảng môn Vật lí nâng cao Lớp 11 - Bài 48: Thấu kính mỏng

1. THAÁU KÍNH MOÛNG
2. 1. Ñònh nghóa thaáu kính Töø caùc hình aûnh Laø moät khoái chaát trongtreân, emsuoát haõy ñònhñöôïc giôùi haïn bôûi hai maët congnghóa hoaëcthaáu kính?moät maët phaúng vaø moät maët cong.
3. Thaáu kính moûng: O1O2 << R1, R2 Thaáu kính nhö theá naøo ñöôïc R1 O goïi laø moûng? O2 2 O1 O1 C1 C2 R2
4. Hai loaïi thaáu kính: Thaáu kính hoäi tuï: Kí hieäu: Rìa moûng Thaáu kính phaân kì: Rìa daøy Kí hieäu:
5. II. Các khái niệm 1. Quang t©m, trục chính, trục phụ a) Quang tâm: + Lµ ®iÓm n»m gi÷a kho¶ng c¸ch hai ®Ønh cña hai chám cÇu. Quang t©m O O O1 O2 O1 2 + Lµ ®iÓm mà mọi tia sang qua đó đều truyền thẳng.
6. b) Truïc chính: Laø ñöôøng thaúng noái taâm cuûa hai choûm caàu. C2 C1 Truïc chính
7. Laø caùc ñöôøng thaúng qua quang taâm maø b) Truïc phuï: khoâng truøng vôùi truïc chính, có vô số trục phụ. F O F ’ Truïc phuï
8. a. Tiêu điểm ảnh chính. F’ F’ O O E + Lµ ®iÓm F’ trên trục chính, nếu chùm sáng tới thấu kính song song với trục chính thì chùm tia ló sẽ hội tụ (với thấu kính hội tụ) hoặc có đường kéo dài hội tụ (TKPK) tại đó
9. b. Tiêu điểm vật chính. F S O F O E E + Lµ ®iÓm F trên trục chính, nếu chùm sáng tới thấu kính đi qua điểm F (với thấu kính hội tụ) hoặc có đường kéo dài đi qua F (TKPK) thì chum tia ló song song với trục chính
10. c/ Tiêu diện. Tiêu điểm phụ F1 F Tiêu O O F Tiêu diện diện vật. vật. F1 Chùm tia ló song song với trục phụ. Tiêu diện vật : Là đường thẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật chính F, giao điểm của trục phụ với tiêu diện vật là tiêu điểm vật phụ
11. F’1 F’ O F’ O F’1 Tiêu diện Tiêu vật. diện vật. Chùm tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ F’1. Tiêu diện ảnh : Là đường thẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh chính F’, giao điểm của trục phụ với tiêu diện ảnh là tiêu điểm ảnh phụ
12. c. Tiêu cự f -Tiêu cự là độ dài đại số, được kí hiệu là f, có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ tiêu điểm chính tới quang tâm thấu kính. - Tiêu điểm F và F’ đối xứng nhau qua quang tâm O |f| = OF = OF’ - Thấu kính hội tụ: f > 0 - Thấu kính phân kỳ: f < 0 F O F ’ F ’ O F
13. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 1.Các tia đặc biệt Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’. F F’ F’ F O O
14. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 1.Các tia đặc biệt Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật chính F, tia ló tương ứng song song với trục chính. F F’ F’ F O O
15. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 1.Các tia đặc biệt Tia tới qua tâm O thì đi thẳng F O F’ F’ O F
16. 3. Đường đi của tia sáng qua thấu kính a) Các tia đặc biệt 1. Tia tới qua quang tâm O truyền F’ thẳng F O 2. Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng (hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’ 3. Tia tới ( hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật chính F, tia ló F tương ứng song song với trục F’ O chính.
17. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 2. Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì Xét một tia tới bất kì SI bất kỳ S S I I F F’ F’ F O O
18. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 2. Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì Cách 1 Vẽ trục phụ song song với tia tới SI. Vẽ tiêu diện ảnh, cắt trục phụ nói trên tại một tiêu điểm phụ là F’1. Từ I vẽ tia ló đi qua F’1 S S F’ I 1 I F F’ F’ F O F’1 O
19. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 2. Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì Cách 2 Vẽ tiêu diện vật, cắt tia tới SI tại một tiêu điểm vật phụ là F1. Vẽ trục phụ đi qua F1. Vẽ tia ló song song với trục trên S S F1 I I F F’ F F’ O O F’1
20. 4. Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi tia sáng ❖ Ảnh: là giao điểm của chùm tia ló (hay đường kéo dài của chúng) Một ảnh là: ▪ Thật nếu chùm tia ló là hội tụ ▪ Ảo nếu chùm tia ló là phân kì ❖ Vật: là giao điểm của chùm tia tới (hay đường kéo dài của chúng) Một vật là: ▪ Thật nếu chùm tia tới là phân kì ▪ Ảo nếu chùm tia tới là hội tụ
21. V. XÁC ĐỊNH ẢNH BẰNG CÁCH VẼ ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG Xét một vật nhỏ, phẳng AB được đặt vuông góc với trục chính. Giả sử A ở trên trục chính. B F F’ A O
22. V. XÁC ĐỊNH ẢNH BẰNG CÁCH VẼ ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG Bước 1: Vẽ đường đi của hai trong các tia sáng đặc biệt. Ảnh B’ là giao điểm của các tia ló Bước 2: Từ B’ hạ đường thẳng góc xuống trục chính tại A’ ta thu đươc ảnh A’B’ cua vật AB B F F’ A’ A O B’
23. IV. XÁC ĐỊNH ẢNH BẰNG CÁCH VẼ ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG Đối với thấu kính phân kì. B B’ A F’ A’ O F Qua thấu kính phân kì vật thật luôn cho ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật
24. Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì B B B’ F Vật ngoài F’ A’ O tiêu điểm A F O A F’ A’ B’ B’ B B’ B Vật trong F’ F’ F O tiêu điểm A’ F A A A’ O B B B’ Vật ngay F’ A’ F’ O F A O A tiêu điểm F A’ B’
25. Nhận xét: Với thấu kính hội tụ: • Vật AB ngoài tiêu điểm, ảnh A’B’ là ảnh .Ảnh thật, ngược chiều với vật • Vật AB trong tiêu điểm, ảnh A’B’ là ảnh Ảnh ảo, cùng chiều với vật • Vật AB ngay tiêu điểm, ảnh A’B’ Ở vô cực Với thấu kính phân kì Ảnh tạo bởi thấu kính phân kì là ảnh Ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật
26. IV. ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG QUA THẤU KÍNH 3. Vận dụng xy là trục chính của 1 thấu kính hội tụ, S là điểm vật thật, S’ là ảnh thật của S qua thấu kính. Bằng cách vẽ hình hãy xác định quang tâm O, tiêu điểm ảnh chính F’, tiêu điểm vật chính F S F’ x O y F S’
27. •Thấu kính hội tụ: thấu kính mép mỏng có tác dụng làm hội tụ chùm tia sáng đi qua. •Thấu kính phân kỳ : là thấu kính mép dày có tác dụng phân kỳ chùm tia đi qua. ➢Để xác định khả năng làm hội tụ chùm tia nhiều hay ít, người ta dùng 1 đại lượng gọi là độ tụ. Với thấu kính hội tụ: D>0 1 D: độ tụ (dp) D = TK Phân kỳ: D<0 f f: tiêu cự (m)
28. Công thức tính độ tụ của thấu kính là: 1 1 1 D= = ( n - 1 ) ( + ) f R1 R2 Trong đó n là chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với môi trường xung quanh. R1, R2 là bán kính của các mặt thấu kính. -Quy ước: R1 , R2 > 0 với các mặt lồi. R1 , R2 < 0 với các mặt lõm. R1 hay R2 = ∞ với các mặt phẳng. Một thấu kính có độ tụ D càng lớn thì có khả năng hội tụ chùm tia sáng đi qua càng mạnh.Thấu kính phân kì không làm hội tụ, mà ngược lại làm phân kì chùm tia, nên có độ tụ âm.
29. Giaûi Moät thaáu kính thuûy Tieâu cöï cuûa thaáu Tieâukính cöï ñöôïc cuûa xaùc ñònh bôûi: tinh goàm moät maët 1thaáu kính 1 1 =ñöôïc(n xaùc − 1)( ñònh + ) phaúng vaø moät maët fnhö theá naøo? R12 R loài coù baùn kính 10cm, Haõy xaùc ntk 1,5 Vôùi R1 = ∞, R2 = 10cm vaø: n = = = 1,5 ñònh R , R nmt 1 coù chieát suaát ntt = 1 2 1vaø n 1 1 1,5 ñaët trong khoâng Ta ñöôïc: =(1,5 − 1)( + ) khí. Tính tieâu cöï, độ f 10 tụ cuûa thaáu kính. Suy ra: f = 20 () ( cm ) D = 5dp
30. Bµi tËp Mét thÊu kÝnh cã hai mÆt gièng nhau, cã ®é tô lµ +2Dp vµ cã chiÕt suÊt lµ 1,5. TÝnh tiªu cù cña thÊu kÝnh vµ b¸n kÝnh hai mÆt cña nã. Lêi gi¶i - V× D>0 nªn thÊu kÝnh lµ thÊu kÝnh héi tô. ¸p dông c«ng thøc tÝnh ®é tô cña thÊu kÝnh: -V× hai m¨t lµ gièng nhau nªn: R1 = R2 = R - Tõ c«ng thøc ®é tô:
31. B I F’ A’ O A F B’ • TKHT : f > 0 ; TKPK : f 0 ; Vật ảo (sau TK) : d 0 ; Ảnh ảo (trước TK) : d’ < 0 • A’B’ cùng chiều AB thì cùng dấu . • A’B’ ngược chiều AB thì trái dấu .
32. 2) Công thức thấu kính: B F’ A’ O A F B ’
33. B 3) Độ phóng đại : F’ A’ O A F B’ • k > 0 : vật và ảnh cùng chiều . • k < 0 : vật và ảnh ngược chiều .
34. *. Bµi tËp ¸p dông: Gi¶i: d=20cm k = 0,5 1. §Æt mét thÊu kÝnh a) V× ¶nh cïng chiÒu víi vËt nªn ¶nh lµ ¶nh ¶o c¸ch mét trang s¸ch 20 vµ v× ¶nh nhá h¬n vËt ThÊu kÝnh lµ thÊu kÝnh ph©n k×. cm, nh×n qua thÊu kÝnh b) Do ¶nh cïng chiÒu víi vËt K > 0. d ' ta thÊy ¶nh cña c¸c Ta cã: K = - = 0,5 d' = -0,5d = -0,5.20 = -10 cm. d dßng ch÷ cïng chiÒu 1 Tõ c«ng thøc: 1 = 1 + f = dd ' = 20.(− 10) vµ cao b»ng mét nöa f d d ' dd+ ' 20− 10 c¸c dßng ch÷ ®ã. §ã lµ −200 = = -20 cm. 10 thÊu kÝnh lo¹i g×? TÝnh B B’ tiªu cù cña thÊu kÝnh. F O VÏ ¶nh. AF’A’
35. Gi¶i: 2. §Æt mét vËt V× ¶nh cao gÊp 3 lÇn vËt: K = +3 c¸ch mét thÊu + K = 3: ¶nh cïng chiÒu vËt ¶nh lµ ¶nh ¶o. kÝnh héi tô 12 K = - d ' = 3 d' = -3d = -3.12 = -36 cm. d cm, ta thu ®ưîc dd ' 12.(− 36) −432 Ta cã: f = = = = 18 cm. 12− 36 −24 mét ¶nh cao dd+ ' gÊp 3 lÇn vËt. B’ B TÝnh tiªu cù F’ O cña thÊu kÝnh. A’ F A VÏ h×nh.
36. + K = -3: ¶nh ngưîc chiÒu vËt ¶nh lµ ¶nh thËt. d ' K = - = -3 d' = 3d = 3.12 = 36 cm. d dd ' 12.36 432 f = = = = 9 cm. dd+ ' 12+ 36 48 B F’ A’ A F O B’