Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Dựng ảnh và đặc điểm ảnh qua thấu kính phân kì
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em dựng được ảnh của một vật qua thấu kính phân kì bằng hai tia sáng đặc biệt, và phát biểu đúng: ảnh qua thấu kính phân kì luôn là ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật — bất kể vật đặt ở vị trí nào.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở Chương 1, em đã học hai tính chất tổng quát: tia qua quang tâm O truyền thẳng (đúng cho cả hai loại thấu kính), và ở thấu kính phân kì, tiêu điểm F chỉ là tiêu điểm ảo — đường kéo dài của tia ló mới đi qua đó, không có tia sáng thật nào đi qua F thật sự. Chương 2 đã cho em kinh nghiệm dựng ảnh bằng hai tia đặc biệt với thấu kính hội tụ; bài này áp dụng đúng cách làm đó, chỉ đổi sang thấu kính phân kì.
Khởi động
Người bị cận thị đeo kính có tròng mỏng ở giữa. Khi người khác nhìn vào mắt họ qua cặp kính đó, mắt của người cận thị trông có vẻ nhỏ hơn bình thường một chút. Vì sao thấu kính phân kì lại tạo hiệu ứng thu nhỏ như vậy?
Kiến thức trọng tâm
Để dựng ảnh của điểm sáng B qua thấu kính phân kì, ta dùng hai tia đặc biệt:
**Tia 1** — đi qua quang tâm O: truyền thẳng, không đổi hướng — giống hệt thấu kính hội tụ.
**Tia 2** — song song với trục chính: sau khi ló ra, tia này bị loe ra xa trục chính, nhưng **đường kéo dài ngược** của nó (nét đứt, kéo về phía trước thấu kính) lại đi qua tiêu điểm F — tiêu điểm này nằm CÙNG PHÍA với vật, chứ không phải phía sau thấu kính như ở thấu kính hội tụ.
Vì tia ló thật sự của Tia 2 không bao giờ cắt Tia 1 ở phía sau thấu kính, ảnh B′ chỉ có thể xác định được bằng giao điểm của **đường kéo dài** hai tia này ở phía trước thấu kính — cùng phía với vật thật. Đây chính là lí do ảnh qua thấu kính phân kì luôn là **ảnh ảo**: mắt nhìn ngược trở lại thấu kính có cảm giác tia sáng như xuất phát từ B′, nhưng thực ra không có tia sáng thật nào đi qua điểm đó.
Vì B′ luôn nằm giữa quang tâm O và tiêu điểm F (không thể vượt ra ngoài F dù vật đặt ở đâu), ảnh A′B′ luôn **cùng chiều** với vật và luôn **nhỏ hơn** vật — đây là kết luận đúng cho MỌI vị trí đặt vật trước thấu kính phân kì, khác hẳn với năm trường hợp phức tạp của thấu kính hội tụ.
Một chi tiết đáng chú ý thêm: vật càng đặt xa thấu kính phân kì, ảnh ảo càng nhỏ đi và càng tiến gần về phía tiêu điểm F; ngược lại, vật càng đặt gần thấu kính, ảnh ảo càng tiến gần bằng kích thước vật thật (vì khi đó B′ gần trùng vị trí với B).
Ví dụ
Dựng ảnh qua thấu kính phân kì
1
Vật sáng AB cao 3 cm đặt vuông góc trục chính, cách thấu kính phân kì tiêu cự f = 15 cm một khoảng d = 30 cm. Dựng ảnh và mô tả tính chất ảnh thu được.
2
Từ B, vẽ tia 1 qua quang tâm O truyền thẳng, và tia 2 song song trục chính rồi ló ra loe khỏi trục chính; kéo dài ngược tia ló này về phía trước thấu kính, đến khi cắt tia 1 tại điểm B′. Hạ vuông góc từ B′ xuống trục chính, được A′.
3
Vì B′ là giao điểm của đường kéo dài (không phải tia ló thật), ảnh A′B′ là ảnh ảo, không hứng được trên màn. B′ nằm cùng phía trục chính với B nên ảnh cùng chiều với vật, và vì B′ luôn nằm trong đoạn OF nên ảnh nhỏ hơn vật.
4
Vậy ảnh A′B′ là ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật AB, nằm trong khoảng từ quang tâm O đến tiêu điểm F.
Ví dụ
So sánh ảnh ở hai vị trí đặt vật khác nhau qua cùng một thấu kính phân kì (dạng thi)
1
Cùng một thấu kính phân kì có tiêu cự f = 20 cm, lần lượt đặt vật ở d₁ = 10 cm rồi d₂ = 40 cm. Cả hai trường hợp có cùng ba đặc điểm ảnh (ảo, cùng chiều, nhỏ hơn) hay không? Ảnh nào gần bằng kích thước vật thật hơn?
2
Ta có: dù $d_1 = 10$ cm hay $d_2 = 40$ cm, thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật ở mọi vị trí đặt vật — đây là tính chất không đổi của thấu kính phân kì. Vậy cả hai trường hợp đều có chung ba đặc điểm này.
3
Theo tính chất đã học, vật càng gần thấu kính thì ảnh ảo càng gần bằng kích thước vật thật; vật càng xa thì ảnh càng nhỏ đi, tiến gần về phía tiêu điểm F. Vì $d_1 = 10$ cm gần thấu kính hơn $d_2 = 40$ cm, ảnh ở trường hợp $d_1$ gần bằng vật thật hơn.
4
Vậy cả hai trường hợp đều cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật; nhưng ảnh ở $d_1 = 10$ cm gần bằng kích thước vật thật hơn so với ảnh ở $d_2 = 40$ cm.
Sai lầm thường gặp
Nhiều em vẽ tia ló của thấu kính phân kì như một tia THẬT đi qua tiêu điểm ở phía SAU thấu kính — đó là cách vẽ của thấu kính hội tụ. Ở thấu kính phân kì, tia ló bị loe ra và chỉ ĐƯỜNG KÉO DÀI (nét đứt) của nó, về phía TRƯỚC thấu kính, mới đi qua tiêu điểm F.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Thấu kính phân kì: ảnh luôn ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật, nằm giữa O và F — dù vật đặt ở đâu. Tia ló song song trục chính chỉ có ĐƯỜNG KÉO DÀI đi qua F, không phải tia thật.
Bài tiếp theo đặt hai loại thấu kính cạnh nhau để so sánh trực tiếp, đặc biệt là cách phân biệt chúng khi đề bài chỉ cho biết đặc điểm ảnh mà không nói rõ loại thấu kính.
Ở Chương 1, em đã học hai tính chất tổng quát: tia qua quang tâm O truyền thẳng (đúng cho cả hai loại thấu kính), và ở thấu kính phân kì, tiêu điểm F chỉ là tiêu điểm ảo — đường kéo dài của tia ló mới đi qua đó, không có tia sáng thật nào đi qua F thật sự. Chương 2 đã cho em kinh nghiệm dựng ảnh bằng hai tia đặc biệt với thấu kính hội tụ; bài này áp dụng đúng cách làm đó, chỉ đổi sang thấu kính phân kì.
Để dựng ảnh của điểm sáng B qua thấu kính phân kì, ta dùng hai tia đặc biệt:
Tia 1 — đi qua quang tâm O: truyền thẳng, không đổi hướng — giống hệt thấu kính hội tụ.
Tia 2 — song song với trục chính: sau khi ló ra, tia này bị loe ra xa trục chính, nhưng đường kéo dài ngược của nó (nét đứt, kéo về phía trước thấu kính) lại đi qua tiêu điểm F — tiêu điểm này nằm CÙNG PHÍA với vật, chứ không phải phía sau thấu kính như ở thấu kính hội tụ.
Vì tia ló thật sự của Tia 2 không bao giờ cắt Tia 1 ở phía sau thấu kính, ảnh B′ chỉ có thể xác định được bằng giao điểm của đường kéo dài hai tia này ở phía trước thấu kính — cùng phía với vật thật. Đây chính là lí do ảnh qua thấu kính phân kì luôn là ảnh ảo: mắt nhìn ngược trở lại thấu kính có cảm giác tia sáng như xuất phát từ B′, nhưng thực ra không có tia sáng thật nào đi qua điểm đó.
Vì B′ luôn nằm giữa quang tâm O và tiêu điểm F (không thể vượt ra ngoài F dù vật đặt ở đâu), ảnh A′B′ luôn cùng chiều với vật và luôn nhỏ hơn vật — đây là kết luận đúng cho MỌI vị trí đặt vật trước thấu kính phân kì, khác hẳn với năm trường hợp phức tạp của thấu kính hội tụ.
Một chi tiết đáng chú ý thêm: vật càng đặt xa thấu kính phân kì, ảnh ảo càng nhỏ đi và càng tiến gần về phía tiêu điểm F; ngược lại, vật càng đặt gần thấu kính, ảnh ảo càng tiến gần bằng kích thước vật thật (vì khi đó B′ gần trùng vị trí với B).
Ta có: dù d1=10 cm hay d2=40 cm, thấu kính phân kì luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật ở mọi vị trí đặt vật — đây là tính chất không đổi của thấu kính phân kì. Vậy cả hai trường hợp đều có chung ba đặc điểm này.
Theo tính chất đã học, vật càng gần thấu kính thì ảnh ảo càng gần bằng kích thước vật thật; vật càng xa thì ảnh càng nhỏ đi, tiến gần về phía tiêu điểm F. Vì d1=10 cm gần thấu kính hơn d2=40 cm, ảnh ở trường hợp d1 gần bằng vật thật hơn.
Vậy cả hai trường hợp đều cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật; nhưng ảnh ở d1=10 cm gần bằng kích thước vật thật hơn so với ảnh ở d2=40 cm.