Bài học

Ôn tập dựng ảnh và vận dụng tổng hợp

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải được bài tập tổng hợp nhiều bước, kết hợp nhận biết thấu kính, dựng ảnh, đặc điểm ảnh và ứng dụng thực tế (kính lúp, mắt), đúng phong cách đề thi tuyển sinh lớp 10.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn lại toàn bộ bốn chương: nhận biết và các yếu tố quang học (Chương 1), dựng ảnh và đặc điểm ảnh qua thấu kính hội tụ (Chương 2), qua thấu kính phân kì (Chương 3), và ứng dụng vào kính lúp cùng tật khúc xạ của mắt (Chương 4).

Khởi động

Một đề thi thường không hỏi riêng lẻ từng ý mà ghép nhiều bước lại: cho một thấu kính, yêu cầu dựng ảnh ở một vị trí, rồi hỏi tiếp điều gì xảy ra khi thay đổi vị trí đó, cuối cùng liên hệ với một ứng dụng thực tế. Em đã sẵn sàng nối các mảnh kiến thức lại với nhau chưa?

Kiến thức trọng tâm

Khi gặp một bài toán tổng hợp về thấu kính, hãy đi theo đúng trình tự sau, từng bước một:

Bước 1 — Nhận biết loại thấu kính: dựa vào hình dạng mặt cắt, hoặc dựa vào đặc điểm ảnh đã cho (ảnh thật → chắc chắn hội tụ; ảnh ảo nhỏ hơn vật → chắc chắn phân kì; ảnh ảo lớn hơn vật → hội tụ với vật trong khoảng tiêu cự).

Bước 2 — Xác định các mốc quang học: quang tâm O, tiêu điểm F, F′, tiêu cự f, rồi so sánh khoảng cách vật $d$ với $f$ và $2f$ (nếu là thấu kính hội tụ).

Bước 3 — Chọn hai tia sáng đặc biệt phù hợp: thường là tia qua quang tâm O (luôn dùng được) kết hợp với tia song song trục chính.

Bước 4 — Xác định tính chất ảnh: thật hay ảo, cùng chiều hay ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn — dựa vào bảng tổng hợp đã học.

Bước 5 — Liên hệ ứng dụng thực tế: nếu đề bài nhắc tới kính lúp, mắt cận thị/viễn thị, hãy quay lại đúng mô hình quang học tương ứng để trả lời.

Ba lỗi hay gặp nhất xuyên suốt khoá học, cần đặc biệt cẩn thận: nhầm rằng ảnh ảo luôn nhỏ hơn vật (sai với thấu kính hội tụ khi $d<f$ ); cố vẽ ảnh tại đúng $d=f$ (không có ảnh ở khoảng hữu hạn); và vẽ tia ló của thấu kính phân kì như một tia thật đi qua tiêu điểm phía sau (phải là đường kéo dài đi qua tiêu điểm phía trước).

Khi gặp một bài toán tổng hợp về thấu kính, hãy đi theo đúng trình tự sau, từng bước một: **Bước 1 — Nhận biết loại thấu kính**: dựa vào hình dạng mặt cắt, hoặc dựa vào đặc điểm ảnh đã cho (ảnh thật → chắc chắn hội tụ; ảnh ảo nhỏ hơn vật → chắc chắn phân kì; ảnh ảo lớn hơn vật → hội tụ với vật trong khoảng tiêu cự). **Bước 2 — Xác định các mốc quang học**: quang tâm O, tiêu điểm F, F′, tiêu cự f, rồi so sánh khoảng cách vật $d$ với $f$ và $2f$ (nếu là thấu kính hội tụ). **Bước 3 — Chọn hai tia sáng đặc biệt phù hợp**: thường là tia qua quang tâm O (luôn dùng được) kết hợp với tia song song trục chính. **Bước 4 — Xác định tính chất ảnh**: thật hay ảo, cùng chiều hay ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn — dựa vào bảng tổng hợp đã học. **Bước 5 — Liên hệ ứng dụng thực tế**: nếu đề bài nhắc tới kính lúp, mắt cận thị/viễn thị, hãy quay lại đúng mô hình quang học tương ứng để trả lời. Ba lỗi hay gặp nhất xuyên suốt khoá học, cần đặc biệt cẩn thận: nhầm rằng ảnh ảo luôn nhỏ hơn vật (sai với thấu kính hội tụ khi $d<f$); cố vẽ ảnh tại đúng $d=f$ (không có ảnh ở khoảng hữu hạn); và vẽ tia ló của thấu kính phân kì như một tia thật đi qua tiêu điểm phía sau (phải là đường kéo dài đi qua tiêu điểm phía trước).

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: dựng ảnh, thay đổi vị trí, liên hệ ứng dụng

1
Vật sáng AB cao 2 cm đặt vuông góc trục chính, cách thấu kính hội tụ tiêu cự f = 10 cm một khoảng d = 25 cm. (a) Dựng ảnh, mô tả tính chất ảnh. (b) Nếu dịch vật về vị trí d = 6 cm, ảnh thay đổi ra sao? (c) Hiện tượng ở câu (b) ứng dụng trong dụng cụ quang học nào?
2
Ta có $2f = 20$ cm, mà $d = 25$ cm $> 2f$ . Vật đặt ngoài khoảng $2f$ . Theo tính chất đã học, ảnh A′B′ là ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật, nằm trong khoảng từ F′ đến $2f$ .
Ta có $2f = 20$ cm, mà $d = 25$ cm $> 2f$. Vật đặt ngoài khoảng $2f$. Theo tính chất đã học, ảnh A′B′ là ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật, nằm trong khoảng từ F′ đến $2f$.
3
Ta có $6$ cm $< f = 10$ cm, nên vật đã lọt vào trong khoảng tiêu cự. Theo tính chất đã học, ảnh khi đó chuyển hẳn sang ảnh ảo, cùng chiều, và lớn hơn vật — trái ngược hoàn toàn với câu (a).
Ta có $6$ cm $< f = 10$ cm, nên vật đã lọt vào trong khoảng tiêu cự. Theo tính chất đã học, ảnh khi đó chuyển hẳn sang ảnh ảo, cùng chiều, và lớn hơn vật — trái ngược hoàn toàn với câu (a).
4
Hiện tượng ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật khi $d<f$ chính là nguyên lí hoạt động của kính lúp — thấu kính hội tụ tiêu cự ngắn dùng để phóng đại vật nhỏ.
Hiện tượng ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật khi $d<f$ chính là nguyên lí hoạt động của kính lúp — thấu kính hội tụ tiêu cự ngắn dùng để phóng đại vật nhỏ.
5
Vậy: (a) ảnh thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật; (b) chuyển sang ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật; (c) đây chính là nguyên lí của kính lúp.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp phong cách tuyển sinh 10: tật khúc xạ và kính lúp

1
Một người bị cận thị, nhìn không rõ các vật ở xa. (a) Ảnh của vật ở xa hội tụ ở đâu so với võng mạc mắt người này? (b) Người này cần đeo loại thấu kính gì để nhìn rõ? (c) Nếu người này còn muốn quan sát rõ các chi tiết rất nhỏ trên một con tem, họ nên dùng thêm dụng cụ quang học nào, thấu kính đó thuộc loại gì, và giải thích ngắn gọn vì sao nó phóng đại được.
Một người bị cận thị, nhìn không rõ các vật ở xa. (a) Ảnh của vật ở xa hội tụ ở đâu so với võng mạc mắt người này? (b) Người này cần đeo loại thấu kính gì để nhìn rõ? (c) Nếu người này còn muốn quan sát rõ các chi tiết rất nhỏ trên một con tem, họ nên dùng thêm dụng cụ quang học nào, thấu kính đó thuộc loại gì, và giải thích ngắn gọn vì sao nó phóng đại được.
2
Ta có: đây là mắt cận thị. Theo tính chất đã học, ảnh của vật ở xa hội tụ tại một điểm nằm TRƯỚC võng mạc, nên ảnh trên chính võng mạc bị mờ.
3
Cần đeo thấu kính phân kì để làm loe bớt chùm tia sáng, đẩy điểm hội tụ lùi về đúng võng mạc.
4
Người này nên dùng thêm kính lúp — một thấu kính hội tụ tiêu cự ngắn. Đặt con tem trong khoảng tiêu cự của kính lúp ( $d<f$ ) sẽ cho ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật, giúp nhìn rõ các chi tiết cực nhỏ.
Người này nên dùng thêm kính lúp — một thấu kính hội tụ tiêu cự ngắn. Đặt con tem trong khoảng tiêu cự của kính lúp ($d<f$) sẽ cho ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật, giúp nhìn rõ các chi tiết cực nhỏ.
5
Vậy: (a) ảnh hội tụ trước võng mạc; (b) cần đeo thấu kính phân kì; (c) nên dùng thêm kính lúp (thấu kính hội tụ), vì đặt vật trong khoảng tiêu cự của nó cho ảnh ảo phóng đại.

Sai lầm thường gặp

Tổng kết ba bẫy dễ mất điểm nhất của cả khoá học: (1) tưởng ảnh ảo luôn nhỏ hơn vật — sai với thấu kính hội tụ khi $d<f$ ; (2) cố vẽ ảnh tại đúng $d=f$ — không tồn tại ảnh ở khoảng hữu hạn; (3) vẽ nhầm tia ló của thấu kính phân kì như tia thật đi qua tiêu điểm phía sau, thay vì đường kéo dài đi qua tiêu điểm phía trước.

Tổng kết ba bẫy dễ mất điểm nhất của cả khoá học: (1) tưởng ảnh ảo luôn nhỏ hơn vật — sai với thấu kính hội tụ khi $d<f$; (2) cố vẽ ảnh tại đúng $d=f$ — không tồn tại ảnh ở khoảng hữu hạn; (3) vẽ nhầm tia ló của thấu kính phân kì như tia thật đi qua tiêu điểm phía sau, thay vì đường kéo dài đi qua tiêu điểm phía trước.

Luyện tập tổng hợp

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ cuối khoá

Thấu kính hội tụ: 5 trường hợp ảnh tùy vị trí vật (thật nhỏ hơn/bằng/lớn hơn khi d>f, ảo lớn hơn khi d<f). Thấu kính phân kì: luôn ảo, cùng chiều, nhỏ hơn. Ảnh thật → chắc chắn hội tụ. Kính lúp và mắt đều chỉ là ứng dụng trực tiếp của những tính chất này.

Ở bậc THPT, những phép dựng ảnh định tính này sẽ được làm chính xác hơn bằng công thức thấu kính, cho phép tính đúng khoảng cách và chiều cao ảnh bằng số — nhưng kỹ năng dựng ảnh bằng tia sáng đặc biệt và suy luận định tính hôm nay chính là nền tảng không thể thiếu cho toàn bộ phần quang học ở những năm học sau.