Lý 11 Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

Các dụng cụ quang học đều có cấu tạo phức tạp và gồm nhiều bộ phận như thấu kính, gương...ghép với nhau tạo thành 1 hệ quang học. Vậy thì việc giải các bài toán trong một hệ quang học nó có gì khác so với những dạng bài trước đây mà chúng ta đã được học, trong bài học này, chúng ta sẽ tìm hiểu ví dụ về một hệ gồm hai thấu kính. Mời các em tham khảo.

Lý 11 Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Lập sơ đồ tạo ảnh

a) Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách nhau:

Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách nhau

- Xét hệ quang học đồng trục gồm hai thấu kính L1 và L2.

  • Vật AB được đặt trên trục của hệ và ở trước L1 .
  • Vật AB có ảnh A'1B'1 tạo bởi L1 .

- Các tia sáng truyền đến Lcó thể coi là do A'1B'1 mà có. A'1B'1 là vật đối với L2.

  • Nếu A'1B'ở trước L2, đó là vật thật.
  • Nếu A'1B'1 ở sau L2, đó là vật ảo (không xét).

- Thấu kính Ltạo ảnh A'2B'2 của vật

- Ảnh A'2B'2 tạo bởi Llà ảnh sau cùng

  • Sơ đồ tạo ảnh

Sơ đồ tạo ảnh

b) Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau:

Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau

  • Hệ hai thấu kính \(L_1\) và \(L_2\) có  tiêu cự \(f_1\) và \(f_2\) tương đương với một thấu kính L có tiêu cự f:  \(\frac{1}{f}=\frac{1}{f_1}+\frac{1}{f_2}\) hay: \(D=D_1+D_2\)

  • Vật AB qua hệ cho ảnh như qua thấu kính L:

1.2. Thực hiện tính toán

- Gọi \(l\) là khoảng cách từ thấu kính \(L_1\) đến thấu kính \(L_2\)

  • Khoảng cách từ ảnh \(A_1'B_1'\)đến thấu kính \(L_1\): \(d_1'=\frac{d_1f_1}{d_1-f_1}\)

  • Khoảng cách từ \(A_1'B_1'\) (xem như là vật) đến thấu kính \(L_2\) : \(d_2=l-d_1'\)

  • Khoảng cách từ ảnh \(A_2'B_2'\) đến thấu kính \(L_2\): \(d_2'=\frac{d_2f_2}{d_2-f_2}\)

  • Số phóng đại ảnh sau cùng:  \(k=\frac{A_2'B_2'}{AB}=\frac{A_2'B_2'}{A_1'B_1'}\frac{A_1'B_1'}{AB}\)

\(\Rightarrow k=k_1.k_2=\frac{d_1'd_2'}{d_1d_2}\)

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Chứng tỏ có hai ảnh của điểm sáng được tạo bởi hệ

Một thấu kính mỏng phẳng - lõi L1 có tiêu cự f1 = 60 cm được ghép sát đồng trục với một thấu kính mỏng phẳng - lồi khác L2 có tiêu cự f2 = 30 cm. Mặt phẳng của hai thấu kính sát nhau. Thấu kính L1 có đường kính rìa gấp đôi đường kính rìa của thấu kính L2. Một điểm sáng S nằm trên trục chính  của hệ, trước L1.  Chứng tỏ có hai ảnh của S được tạo bởi hệ.

Hướng dẫn giải

Khi chùm tia sáng từ S tới các điểm tới từ miền vành ngoài của thấu kính L2 trở ra thì chỉ đi qua thấu kính L1 và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S1

Còn chùm tia sáng từ S tới các điểm tới trong trong khoảng từ tâm thấu kính tới miền vành của thấu kính L2 thì đi qua cả hai thấu kính L1 và L2 và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S2.

Sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính L1 

Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

Trong đó: \(\frac{1}{d_{1}}+\frac{1}{d_{1}^{\prime}}=\frac{1}{f_{2}}\)

f2 =30cm

\( \frac{1}{d_{2}}+\frac{1}{d_{2}^{\prime}}=\frac{1}{f_{12}} \)

d12=d1+d2

\( \Rightarrow \frac{1}{f_{12}}=\frac{1}{f_{1}}+\frac{1}{f_{2}} \Rightarrow f_{12}=20 \mathrm{cm} \)

Vì: \( f_{2} \neq f_{12} \Rightarrow d_{1}^{\prime} \neq d_{2} \)

⇒ Hai hình ảnh S1 và S2 không trùng nhau.

2.2. Dạng 2: Chứng minh chùm tia ló là chùm tia song song

Một hệ thấu kính gồm hai thấu kính \(L_1\) và \(L_2\) đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của \(L_1\) trùng với tiêu điểm vật chính của \(L_2\). Chiếu một chùm tia sáng song song với \(L_1\) theo phương bất kì. Chứng minh chùm tia ló ra khỏi \(L_2\) cũng là chùm tia song song.

Hướng dẫn giải

Sơ đồ tạo ảnh qua hệ thấu kính:

 

Trong đó:

Hệ gồm hai thấu kính \(L_1\) và \(L_2\) đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của (L1) trùng với tiêu điểm vật chính của \(L_2 \Rightarrow a=O_1O_2=f_1+f_2\)

Chùm tia sáng tới song song: \(d_1=\infty \Rightarrow d_1'=f_1\)

\(\Rightarrow d_2=a-d_1'=f_2\Rightarrow d_2'=\infty\)

\(\Rightarrow\) chùm tia ló ra khỏi (\(L_2\)) cũng là chùm tia song song.

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1:  Đặt vật cao 2cm cách thấu kính hội tụ 16cm thu được ảnh cao 8cm. Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là bao nhiêu?

Câu 2:  Đặt vật cao 2cm cách thấu kính hội tụ 16cm thu được ảnh cao 8cm. Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là bao nhiêu?

Câu 3: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có độ tụ 2dp và cách thấu kính một khoảng 25cm. Khoảng cách từ ảnh A’B’ của AB đến thấu kính là bao nhiêu?

Câu 4: Đặt một vật sáng song song và cách màn M một đoạn 4m. Một thấu kính được đặt luôn song song với màn M, di chuyển thấu kính trong khoảng giữa vật và màn thì chỉ thu được một vị trí cho ảnh rõ nét trên màn. Tiêu cự của thấu kính này là bao nhiêu?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Đặt một vật sáng song song và cách màn M một đoạn 2m (hình vẽ). Một thấu kính được đặt luôn song song với màn M, di chuyển thấu kính trong khoảng giữa vật và màn thì thu được hai vị trí cho ảnh rõ nét và cách nhau 40cm. Tiêu cự của thấu kính này là

A. 25cm

B. 48cm

C. 80cm

D. 50cm

Câu 2: Đặt vật cách thấu kính hội tụ tiêu cự 5cm thu được ảnh lớn gấp 5 lần vật và ngược chiều với vật. Khoảng cách từ vật đến thấu kính là

A. 4cm

B. 25cm

C. 6cm

D. 12cm

Câu 3: Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính và cách thấu kính một khoảng 20cm. Qua thấu kính, ảnh A’B’ của vật cao gấp 3 lần và ngược chiều với vật. Tiêu cự của thấu kính là:

A. 15cm

B. 30cm

C. -15cm

D. -30cm

Câu 4: Đặt một vật sáng song song và cách màn M một đoạn 4m. Một thấu kính được đặt luôn song song với màn M, di chuyển thấu kính trong khoảng giữa vật và màn thì thu được một vị trí cho ảnh rõ nét trên màn và cao gấp 3 lần vật. Tiêu cự của thấu kính là

A. 25cm

B. 50cm

C. 75cm

D. 100m

3.3. Trắc nghiệm Online

Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Giải bài toán về hệ thấu kính Vật lý 11 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.

Trắc Nghiệm

4. Kết luận

Qua bài giảng Các bài toán về hệ thấu kính này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như : 

  • Hệ thống được kiến thức và phương pháp giải bài tập về hệ thấu kính.

  • Rèn luyên được kỉ năng vẽ hình và giải bài tập dựa vào các phép toán và các định lí trong hình học.

  • Viết và vận dụng được các công thức của hệ thấu kính.

Ngày:24/08/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM