Thấu kính mỏng - Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

Đăng nhập / Đăng ký

Góp ý với Onthi.com

Gõ tiếng việt: On Off

Chú ý chú ý:

Ôn thi >> Lý thuyết >> Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng >> Thấu kính mỏng

1. Định nghĩa

Thấu kính là một chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cong, thường là hai mặt cầu. Một trong hai mặt có thể là mặt phẳng.

Thấu kính mỏng là thấu kính có khoảng cách giữa hai đỉnh của hai chỏm cầu rất nhỏ so với bán kính của các mặt cầu:

                    .

Ta chỉ xét trường hợp thấu kính mỏng có mặt cầu, đặt trong một môi trường đồng tính và gọi n là chiết suất tỉ đối của thấu kính với môi trường đó (giả sử n>1).

Căn cứ vào hình dạng và tác dụng của các thấu kính, người ta phân thấu kính ra làm hai loại: thấu kính hội tụ (còn gọi là thấu kính rìa mỏng) và thấu kính phân kì (còn gọi là thấu kính rìa dày).

Đường thẳng nối tâm của hai chỏm cầu gọi là trục chính của thấu kính. Trong trường hợp thấu kính có một mặt cầu và một mặt phẳng thì trục chính là đường thẳng đi qua tâm của mặt cầu và vuông góc với mặt phẳng.

2. Tiêu điểm chính. Quang tâm. Tiêu cự của thấu kính

a) Hướng một chùm tia sáng mặt trời vào một thấu kính rìa mỏng sao cho trục chính của thấu kính đi qua tâm Mặt Trời. Xê dịch một màn ảnh phía sau thấu kính sao cho màn ảnh luôn luôn vuông góc với trục chính của thấu kính. Ta sẽ thấy có một vị trí tại đó ta thu được một ảnh của Mặt Trời, rất nhỏ, sáng chói nằm tại một điểm trên trục chính. Nếu bỏ qua kích thước của ảnh, ta có thể coi như chùm tia sáng mặt trời đi song song với trục chính của thấu kính rìa mỏng, sau khi qua thấu kính, đã hội tụ tại một điểm.

Điểm này là một tiêu điểm chính của thấu kính. Vì lí do đó, thấu kính rìa mỏng còn gọi là thấu kính hội tụ.

Vậy: nếu các tia tới song song với trục chính của một thấu kính hội tụ thì các tia ló của chúng sẽ cùng cắt trục chính tại tiêu điểm chính của thấu kính.

Theo nguyên lí về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng, nếu tia tới đi qua tiêu điểm chính của thấu kính hội tụ thì tia ló sẽ song song với trục chính.

Đối với thấu kính rìa dày (thấu kính phần kì), khi chùm tia tới song song với trục chính thì chùm tia ló sẽ bị phân kì và đường kéo dài của các tia ló ra phía trước thấu kính sẽ cắt trục chính tại một điểm F’, gọi là tiêu điểm chính của thấu kính phân kì. Ta gọi tiêu điểm chính này là một tiêu điểm ảo[.

b) Phần giữa của thấu kính, nằm giữa hai đỉnh của hai chỏm cầu coi như một bản trong suốt rất mỏng có hai mặt song song với nhau. Hai đỉnh của chỏm cầu coi gần như trung với nhau tại đó. Tia sáng đi qua điểm này sẽ truyền thẳng. Điểm này gọi là quang tâm của thấu kính và được kí hiệu bằng chữ 0.

Các đường thẳng đi qua quang tâm 0 và không trùng với trục chính được gọi là các trục phụ.

Thực nghiệm cho thấy mỗi thấu kính mỏng có hai tiêu điểm chính nằm đối xứng với nhau ở hai bên quang tâm.

Chúng được kí hiệu bằng chữ F và F’. Một tiêu điểm gọi là tiêu điểm vật (F), còn tiêu điểm kia gọi là tiêu điểm ảnh (F’).

Tiêu điểm ảnh là điểm mà tia ló (hoặc đường kéo dài của nó) sẽ đi qua, nếu tia tới song song với trục chính. Còn tiêu điểm vật (F) là tiêu điểm mà khi tia tới qua đó sẽ cho một tia ló song song với trục chính. Rõ ràng là sự phân định này phụ thuộc vào chiều của tia tới.

Khoảng cách từ quang tâm đến các tiêu điểm chính gọi là tiêu cự của thấu kính.



3. Các tiêu điểm phụ. Tiêu diện của thấu kính

a) Thực nghiệm cho thấy nếu chùm tia tới song song với một trục phụ của một thấu kính hội tụ thì chùm tia ló sẽ hội tụ tại một điểm trên trục phụ đó,đó là một tiêu điểm phụ của thấu kính hội tụ.

Đối với thấu kính phân kì, khi chùm tia tới song song với một trục phụ thì chùm tia ló sẽ là chùm tia phân kì mà đường kéo dài của các tia ló về phía trước thấu kính đồng quy tại một điểm trên trục phụ đó, đó là một tiêu điểm phụ của thấu kính phân kì. Tiêu điểm này là tiêu điểm ảo.

b) Có vô số tiêu điểm phụ: các tiêu điểm phụ đều nằm trên một mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính. Mặt phẳng đó gọi là tiêu diện của thấu kính. Mỗi thấu kính có hai tiêu diện nằm ở hai bên quang tâm.

4. Độ tụ của thấu kính

Độ tụ của thấu kính là đại lượng đo bằng nghịch đảo của tiêu cự của nó. Ta kí hiệu độ tụ bằng chữ D.

                                    (5-13)

Đơn vị của độ tụ là điốp (với f đo bằng mét). Người ta quy ước thấu kính hội tụ có tiêu cự dương và độ tụ dương, còn thấu kính phân kì có tiêu cự âm và độ tụ âm.

Đối với các thấu kính mỏng, ta có công thức tính độ tụ như sau:

                            (5-14)

Trong đó, n là chiết suất tỉ đối của chất làm thấu kính đối với môi trường trong đó đặt thấu kính; là bán kính của hai mặt thấu kính. Ta quy ước là bán kính của mặt cầu lồi có giá trị dương; của mặt cầu lõm có giá trị âm; còn của mặt phẳng thi bằng vô cực. Mặt cầu lồi là mặt có tâm nằm cùng bên với chất làm thấu kính so với đỉnh mặt cầu.