Trên hành trình khám phá của con người trong việc hiểu và sáng tạo hình ảnh, thấu kính phân kì là một công cụ quan trọng, đã mang lại những khám phá kỳ diệu và sự tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực hình ảnh. Với khả năng tạo ra hình ảnh với độ phân giải cao và chi tiết sắc nét, thấu kính phân kì đã đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như y học, khoa học, và công nghệ. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá về cách thức hoạt động và ứng dụng của thấu kính phân kì trong việc tạo ra những bức ảnh đầy ấn tượng.
Đặc điểm của ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì
– Vật chiếu sáng đặt ở mọi vị trí trước thấu kính phân kì luôn tạo ra một ảnh ảo, có hướng giống với vật, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng cách tiêu cự của thấu kính.
– Khi vật được đặt rất xa thấu kính, ảnh ảo của vật sẽ có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.
Nếu vật được đưa ra xa thấu kính song song với trục chính, ảnh sẽ dần trở nên nhỏ và xa thấu kính.
– Khi vật được đặt gần thấu kính, ảnh ảo sẽ xuất hiện ở phía sau vật và có kích thước tương đương với vật.
Cách dựng ảnh
Cách dựng ảnh qua thấu kính phân kì
– Để tạo ra ảnh \( A’ B’ \) của \( AB \) qua thấu kính (trong trường hợp \( AB \) vuông góc với trục chính và \( A \) nằm trên trục chính), ta chỉ cần dựng ảnh \( B’ \) của \( B \) bằng cách vẽ đường truyền cho hai trong ba tia sáng đặc biệt, sau đó từ \( B’ \) hạ vuông góc xuống trục chính để thu được điểm \( A’ \) của \( A \).
+ Từ điểm \( B \), vẽ một tia song song với trục chính của thấu kính để thu được tia ló đi qua tiêu điểm \( F’ \) (tiêu điểm ảnh của thấu kính phân kì).
+ Từ điểm \( B \), tiếp tục vẽ tia đi qua quang tâm \( O \) của thấu kính để thu được tia ló truyền thẳng qua \( O \).
+ Giao điểm của hai tia trên chính là điểm \( B’ \), ảnh của điểm \( B \). Từ \( B’ \), hạ vuông góc xuống trục chính của thấu kính để thu được điểm \( A’ \).
Công thức của thấu kính phân kì
– Tỷ lệ chiều cao giữa vật và ảnh:
\( \frac{h}{h’} = \frac{d}{d’} \)
– Mối quan hệ giữa các khoảng cách \( d \), \( d’ \), \( f \) và \( f’ \):
\( \frac{1}{f} = \frac{1}{d’} – \frac{1}{d} \)
\( \frac{1}{f’} = \frac{1}{d} – \frac{1}{d’} \)
Trong đó:
+ \( h \) và \( h’ \): chiều cao của vật và chiều cao của ảnh
+ \( d \) và \( d’ \): khoảng cách từ vật đến thấu kính và từ ảnh đến thấu kính
+ \( f \) và \( f’ \): tiêu cự của thấu kính
Bài tập
Câu 1:
Hãy làm thí nghiệm để chứng tỏ rằng không thể hứng được ảnh của vật trên màn với mọi vị trí của vật?
Lời giải:
Đặt một vật ở bất kỳ vị trí nào trước thấu kính phân kì và đặt một màn hứng gần thấu kính. Dần dần di chuyển màn ra xa thấu kính và quan sát xem có hình ảnh của vật trên màn không.
Thay đổi vị trí của vật trước thấu kính và thực hiện lại quá trình trên, kết quả thu được vẫn là như vậy.
Câu 2:
Làm thế nào để quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì? Ảnh đó là ảnh thật hay ảnh ảo? Cùng chiều hay ngược chiều với vật?
Lời giải:
Để quan sát được ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì, ta cần đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló. Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì là ảnh ảo và nằm trong cùng chiều với vật.
Câu 3:
Dựa vào kiến thức đã học ở bài trước, hãy nêu cách dựng ảnh của vật AB qua thấu kính phân kì, biết AB vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính.
Lời giải:
Để xây dựng ảnh của một vật AB qua thấu kính phân kì khi AB vuông góc với trục chính và A nằm trên trục chính, ta tuân theo các bước sau:
+ Sử dụng tia đi song song với trục chính và tia đi qua quang tâm của thấu kính phân kì để xác định vị trí ảnh của điểm B.
– Xây dựng ảnh B’ của điểm B qua thấu kính, ảnh này được tạo thành khi chùm tia ló được kéo dài.
– Từ B’, kéo dựng tia vuông góc với trục chính của thấu kính, và giao điểm của tia này với trục chính tạo thành điểm A’. Điểm A’ chính là ảnh của điểm A.
– Kết quả, đoạn thẳng A’B’ là ảnh của vật AB tạo ra bởi thấu kính phân kì.
Câu 4:
Trên hình 45.2 cho biết vật AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì có tiêu cự f = 12cm. Điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm O một khoảng OA = 24cm.
+ Hãy dưng ảnh A’B’ của vật AB tạo bởi thấu kính đã cho.
+ Dựa vào hình vẽ, hãy lập luận để chứng tỏ rằng ảnh này luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.
Lời giải:
Ảnh A’B’ của vật AB tạo bởi thấu kính được xác định như sau:
+ Đầu tiên, chúng ta sử dụng tia đi song song với trục chính và tia đi qua quang tâm để xây dựng ảnh A’B’ của vật AB. Khi vật AB di chuyển một cách tịnh tiến và luôn giữ vuông góc với trục chính, tại mọi vị trí, tia từ điểm B đến thấu kính (BI) sẽ không đổi. Do đó, khi ta kéo dài tia từ điểm B qua điểm I (tạo thành tia IK), và sau đó vẽ tia từ điểm B đến tiêu điểm F, điểm giao giữa tia IK và tia BO sẽ là điểm B’, và nằm trong đoạn FI. Do đó, ảnh A’B’ luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.
