Bài 42. THẤU KÍNH HỘI TỤ

A – KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Nhận biết được thấu kính hội tụ. Có hai cách nhận biết :

- Dựa vào đặc điểm bên ngoài : Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu. Thấu kính hội tụ có phần rìa mỏng hơn phần giữa (còn gọi là thấu kính lồi).

- Dựa vào tác dụng của thấu kính đối với chùm tia sáng song song : Chiếu một chùm sáng song song đến thấu kính, nếu chùm tia ló là chùm sáng hội tụ thì đó là thấu kính hội tụ. Thực tế, chỉ cần đưa thấu kính ra hứng chùm tia sáng mặt trời hoặc ánh sáng của ngọn đèn đặt xa thấu kính, nếu phía bên kia thấu kính xuất hiện một điểm sáng chói thì đó là thấu kính hội tụ.

2. Đặc trưng của thấu kính (Hình 42.1).

$\Delta$: Trục chính của thấu kính

O: Quang tâm

F và F': Hai tiêu điểm;

OF = OF' = f: Tiêu cự;

SI là tia tới ;

IR là tia khúc xạ (tia ló).

3. Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ (Hình 42.1).

- 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 đi qua tiêu điểm.

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

B – HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SBT

C1. Chiếu một chùm sáng tới song song theo phương vuông góc với mặt một thấu kính. Chùm tia khúc xa ra khỏi thấu kính là chùm hội tụ nên người ta gọi thấu kính này là thấu kính hội tụ.

C2. Quan sát Hình 42.2 SGK.

- Tia sáng từ nguồn sáng phát ra đến thấu kính gọi là tia tới (chùm tia tới song song).

- Tia sáng đi ra khỏi thấu kính gọi là tia ló (chùm tia ló hội tụ).

C3. Phần rìa của thấu kính hội tụ mỏng hơn phần giữa nên người ta còn gọi thấu kính hội tụ là thấu kính có rìa mỏng.

C4. Trong thí nghiệm ở hình 42.2 SGK, trong ba tia sáng tới thấu kính, tia ở giữa truyền thẳng không đổi hướng. Có thể dùng thước thẳng để kiểm tra đường truyền của tia sáng đó.

C5. Quan sát thí nghiệm hình 42.2 SGK ta thấy:

Chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính cho chùm tia ló hội tụ tại F nằm trên đường thẳng chứa tia đi thẳng ở giữa.

Chùm tia tới và chùm tia ló trong thí nghiệm được biểu diễn trên hình 42.2.

C6. Nếu chiếu chùm tia tới vào mặt bên kia của thấu kính thì chùm tia ló hội tụ tại một điểm F' nằm trên trục chính.

Ta có OF = OF'.

C7. Vẽ đường truyền của các tia sáng trên hình 42.3.

- Tia (1) đi song song với trục chính của thấu kính, tia ló sẽ đi qua tiêu điểm F.

- Tia (2) đi qua quang tâm của thấu kính, tia ló tiếp tục truyền thẳng.

- Tia (3) đi qua tiêu điểm F tới thấu kính, tia ló sẽ song song với trục chính.

C8. Thấu kính hội tụ là thấu kính có phần rìa mỏng hơn phần giữa. Khi chiếu một chùm sáng song song tới thấu kính thì chùm tia ló sẽ hội tụ tại tiêu điểm. Dùng thấu kính hội tụ hứng ánh sáng mặt trời lên nền sân, trên sân xuất hiện một vòng tròn sáng. Điều chỉnh khoảng cách giữa thấu kính với mặt sân cho đến khi vòng tròn sáng thu hẹp lại thành một điểm sáng chói loá, đó chính là tiêu điểm của thấu kính. Điểm sáng này là điểm hội tụ của chùm ánh sáng mặt trời nên nó có nhiệt độ cao. Nếu đưa một miếng giấy vào điểm đó, miếng giấy có thể bốc cháy.

42-43.1. Hình 42.4.

Dùng hai trong ba tia sáng đặc biệt đã học để dựng ảnh của điểm S.

S' tạo bởi thấu kính hội tụ là ảnh ảo.

42-43.2. Hình 42.5.

a) S' là ảnh thật.

b) Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì : S là điểm sáng thật đặt trước thấu kính hội tụ cho ta ảnh thật ngược chiều.

c) Xác định O, F, F' bằng phép vẽ

- Nối S với S' cắt $\Delta$ tại O vì tia sáng đi qua quang tâm truyền thẳng, không đổi hướng ;

- Từ O dựng đường vuông góc với $\Delta$, đó chính là vị trí đặt thấu kính ;

- Từ S dựng tia song song với $\Delta$ tới thấu kính tại I, nối I với S' ta có IS' là tia khúc xạ, tia này cắt $\Delta$ tại F' là tiêu điểm của thấu kính ;

- Lấy OF' = OF, ta có hai tiêu điểm F, F' của thấu kính đã cho.

42-43.3. Hình 42.6.

a) Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì tia ló (1) và (2) hội tụ tại S'.

b) Xác định điểm sáng S bằng phép vẽ

- Tia (1) là tia ló đi qua F' ⇒ tia tới phải đi song song với $\Delta$. Vậy từ I, kẻ Ix song song với $\Delta$;

- Tia (2) là tia ló đi song song với $\Delta$ ⇒ tia tới đi qua tiêu điểm F. Vậy nối K với F ta có tia tới yK;

- Tia Ix và Ky cắt nhau tại S là vị trí điểm sáng cần xác định.

C – BÀI TẬP BỔ SUNG

42a. Hình 42.7 vẽ tia ló OR của một tia tới. Hãy cho biết tia tới nào tương ứng với tia ló đã cho? Giải thích cách lựa chọn.

42b. Hình 42.8 vẽ hai tia ló qua một thấu kính.

a) Hãy cho biết đó là thấu kính hội tụ hay phân kì? Vì sao?

b) Dùng phép vẽ, xác định vị trí đặt điểm sáng S.

42c. Một tia sáng bất kì đi tới thấu kính hội tụ tại điểm I như hình 42.9. Bằng kiến thức đã học, hãy nêu cách vẽ tia ló trong trường hợp này.

HƯỚNG DẪN GIẢI

42a. Tia số 3 ứng với tia ló đã cho vì tia 3 là tia và tia ló OR trùng hướng nên nó chính là tia đi qua quang tâm cho tia ló đi thẳng không đổi hướng.

42b. Hình 42.1G.

a) Thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ vì tia ló IF' đi qua tiêu điểm phía sau thấu kính.

b) Tia ló OX đi qua quang tâm vậy tia tới của nó là tia đi thẳng không đổi hướng. Kéo dài tia XO về phía trước thấu kính, ta có tia tới YO.

- Tia ló IF' đi qua tiêu điểm vậy tia tới của nó là tia đi song song với trục chính. Từ I dựng tia IK song song với trục chính cắt tia tới 2 tại điểm sáng S cần tìm.

42c. Hình 42.2G.

Lấy một điểm sáng B bất kì trên tia SI. Dùng hai trong ba tia sáng đặc biệt đã học dựng ảnh B' của điểm B. Điểm B thuộc tia tới thì ảnh B' của nó phải thuộc tia khúc xạ. Nối IB' ta có tia khúc xạ cần tìm.