Bài học

Đặc điểm ảnh qua thấu kính hội tụ theo vị trí đặt vật

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu và giải thích đúng đặc điểm ảnh (thật/ảo, chiều, độ lớn) qua thấu kính hội tụ ứng với từng vùng đặt vật so với tiêu cự: $d > 2f$ , $d = 2f$ , $f < d < 2f$ , $d = f$ và $d < f$ .

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã dựng ảnh cho hai trường hợp $d > 2f$ và $f < d < 2f$ , cả hai đều cho ảnh thật, ngược chiều nhưng khác nhau về độ lớn. Bài này hoàn thiện bức tranh bằng cách xét thêm những vị trí đặc biệt còn lại của vật, đặc biệt là khi vật lọt hẳn vào trong khoảng tiêu cự.

Bài trước em đã dựng ảnh cho hai trường hợp $d > 2f$ và $f < d < 2f$, cả hai đều cho ảnh thật, ngược chiều nhưng khác nhau về độ lớn. Bài này hoàn thiện bức tranh bằng cách xét thêm những vị trí đặc biệt còn lại của vật, đặc biệt là khi vật lọt hẳn vào trong khoảng tiêu cự.

Khởi động

Kính lúp cầm tay cho ảnh lớn hơn và cùng chiều với chữ đang đọc, trong khi máy chiếu phim lại cho ảnh ngược chiều trên màn. Cả hai đều dùng thấu kính hội tụ — vậy điều gì trong cách đặt vật đã tạo ra hai kết quả trái ngược nhau như thế?

Kiến thức trọng tâm

Ta hệ thống hoá toàn bộ các trường hợp đặt vật AB trước một thấu kính hội tụ tiêu cự $f$ , theo khoảng cách $d$ từ vật đến thấu kính:

— $d > 2f$ : ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật (đã học ở bài trước).

— $d = 2f$ : ảnh thật, ngược chiều, bằng vật — đây là ranh giới giữa "ảnh nhỏ hơn" và "ảnh lớn hơn".

— $f < d < 2f$ : ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật (đã học ở bài trước).

— $d = f$ : vật đặt đúng tại tiêu điểm vật F. Khi đó tia sáng đi qua F ló ra song song trục chính, còn tia song song trục chính ló qua F′ — hai tia ló này song song với nhau, không bao giờ cắt nhau. Không có ảnh nào được tạo thành ở hữu hạn; người ta nói ảnh ở vô cực.

— $d < f$ : vật lọt hẳn vào trong khoảng tiêu cự. Lúc này hai tia ló bị loe ra phía sau thấu kính, không còn cắt nhau thật sự nữa — chỉ có đường kéo dài ngược của chúng (về phía trước thấu kính, cùng phía với vật) mới cắt nhau. Ảnh khi đó là ảnh ảo (không hứng được trên màn), cùng chiều với vật, và luôn lớn hơn vật — đây chính là nguyên lí của kính lúp, học kĩ ở Chương 4.

Có thể tóm gọn quy luật: vật càng lùi ra xa (từ trong khoảng tiêu cự ra tới vô cực), ảnh chuyển dần từ ảo → không xác định (tại $d=f$ ) → thật lớn → thật bằng → thật nhỏ dần.

Ta hệ thống hoá toàn bộ các trường hợp đặt vật AB trước một thấu kính hội tụ tiêu cự $f$, theo khoảng cách $d$ từ vật đến thấu kính: — $d > 2f$: ảnh thật, ngược chiều, **nhỏ hơn** vật (đã học ở bài trước). — $d = 2f$: ảnh thật, ngược chiều, **bằng** vật — đây là ranh giới giữa "ảnh nhỏ hơn" và "ảnh lớn hơn". — $f < d < 2f$: ảnh thật, ngược chiều, **lớn hơn** vật (đã học ở bài trước). — $d = f$: vật đặt đúng tại tiêu điểm vật F. Khi đó tia sáng đi qua F ló ra song song trục chính, còn tia song song trục chính ló qua F′ — hai tia ló này **song song với nhau, không bao giờ cắt nhau**. Không có ảnh nào được tạo thành ở hữu hạn; người ta nói ảnh ở vô cực. — $d < f$: vật lọt hẳn vào trong khoảng tiêu cự. Lúc này hai tia ló bị loe ra phía sau thấu kính, không còn cắt nhau thật sự nữa — chỉ có đường kéo dài ngược của chúng (về phía trước thấu kính, cùng phía với vật) mới cắt nhau. Ảnh khi đó là **ảnh ảo** (không hứng được trên màn), **cùng chiều** với vật, và luôn **lớn hơn** vật — đây chính là nguyên lí của kính lúp, học kĩ ở Chương 4. Có thể tóm gọn quy luật: vật càng lùi ra xa (từ trong khoảng tiêu cự ra tới vô cực), ảnh chuyển dần từ ảo → không xác định (tại $d=f$) → thật lớn → thật bằng → thật nhỏ dần.

Ví dụ

Xác định đặc điểm ảnh khi biết khoảng cách vật và tiêu cự

1
Vật AB cao 4 cm đặt cách thấu kính hội tụ tiêu cự f = 15 cm một khoảng d = 45 cm. Xác định vùng đặt vật và nêu đầy đủ đặc điểm ảnh thu được.
2
Ta có $2f = 30$ cm, mà $d = 45$ cm $> 30$ cm $= 2f$ . Vậy vật đặt ngoài khoảng $2f$ .
Ta có $2f = 30$ cm, mà $d = 45$ cm $> 30$ cm $= 2f$. Vậy vật đặt ngoài khoảng $2f$.
3
Theo bảng đặc điểm ảnh, khi $d > 2f$ , ảnh qua thấu kính hội tụ là ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật.
Theo bảng đặc điểm ảnh, khi $d > 2f$, ảnh qua thấu kính hội tụ là ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật.
4
Vậy ảnh A′B′ là ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật AB, nằm trong khoảng từ F′ đến điểm cách thấu kính $2f = 30$ cm.
Vậy ảnh A′B′ là ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật AB, nằm trong khoảng từ F′ đến điểm cách thấu kính $2f = 30$ cm.

Ví dụ

So sánh đặc điểm ảnh ở hai vị trí đặt vật khác nhau (dạng thi)

1
Cùng một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 10 cm, lần lượt đặt vật ở d₁ = 8 cm rồi d₂ = 20 cm. Nêu đặc điểm ảnh trong mỗi trường hợp, và giải thích vì sao có sự chuyển đổi từ ảnh thật sang ảnh ảo khi khoảng cách vật giảm xuống dưới tiêu cự.
2
Ta có $d_1 = 8$ cm $< f = 10$ cm, nên vật lọt vào trong khoảng tiêu cự. Theo tính chất đã học, ảnh khi đó là ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật.
Ta có $d_1 = 8$ cm $< f = 10$ cm, nên vật lọt vào trong khoảng tiêu cự. Theo tính chất đã học, ảnh khi đó là ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật.
3
Ta có $2f = 20$ cm $= d_2$ , nên vật đặt đúng tại vị trí $d = 2f$ . Theo tính chất đã học, ảnh khi đó là ảnh thật, ngược chiều, bằng vật.
Ta có $2f = 20$ cm $= d_2$, nên vật đặt đúng tại vị trí $d = 2f$. Theo tính chất đã học, ảnh khi đó là ảnh thật, ngược chiều, bằng vật.
4
Khi vật vượt qua tiêu điểm F để tiến sát thấu kính hơn ( $d$ giảm xuống dưới $f$ ), hai tia ló không còn hội tụ thật sự phía sau thấu kính nữa mà loe ra; chỉ đường kéo dài của chúng về phía trước mới gặp nhau. Đó là lúc ảnh "lật" từ ảnh thật sang ảnh ảo.
Khi vật vượt qua tiêu điểm F để tiến sát thấu kính hơn ($d$ giảm xuống dưới $f$), hai tia ló không còn hội tụ thật sự phía sau thấu kính nữa mà loe ra; chỉ đường kéo dài của chúng về phía trước mới gặp nhau. Đó là lúc ảnh "lật" từ ảnh thật sang ảnh ảo.
5
Vậy ở $d_1 = 8$ cm, ảnh là ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật; ở $d_2 = 20$ cm, ảnh là ảnh thật, ngược chiều, bằng vật.
Vậy ở $d_1 = 8$ cm, ảnh là ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật; ở $d_2 = 20$ cm, ảnh là ảnh thật, ngược chiều, bằng vật.

Sai lầm thường gặp

Nhiều em vẫn cố vẽ ảnh khi vật đặt đúng tại $d = f$ — nhưng tại vị trí này, hai tia ló song song nhau nên KHÔNG CÓ điểm cắt nào ở khoảng hữu hạn. Đây là trường hợp "không tạo ảnh" (ảnh ở vô cực), không phải một trường hợp có thể vẽ ra một điểm ảnh cụ thể.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

d > 2f: thật, ngược chiều, nhỏ hơn. d = 2f: thật, ngược chiều, bằng. f < d < 2f: thật, ngược chiều, lớn hơn. d = f: không có ảnh (ảnh ở vô cực). d < f: ảo, cùng chiều, lớn hơn.

Bài tiếp theo ghép năm trường hợp này lại thành MỘT quá trình liên tục — theo dõi ảnh biến đổi ra sao khi vật tiến dần lại gần thấu kính, đúng kiểu bài tập nhiều giai đoạn hay gặp trong đề thi.