Công thức tính ảnh ảo của thấu kính hội tụ hay, chi tiết - Vật lý lớp 11

Công thức tính ảnh ảo của thấu kính hội tụ - Vật lý lớp 11

1. Định nghĩa

- Thấu kính hội tụ hay còn gọi là thấu kính lồi, có rìa mỏng. Thấu kính có tác dụng khi các chùm tia sáng song song đi qua kính sẽ được hội tụ tại một tâm nhất định tùy theo hình dạng của thấu kính.

- Đường truyền của các tia sáng đặc biệt khi qua thấu kính hội tụ:

+ Tia tới đi qua quang tâm O cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.

+ Tia tới song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F' của thấu kính.

+ Tia tới đi qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính của thấu kính

- Thấu kính hội tụ có các trường hợp tạo ảnh như sau:

Khoảng cách từ vật đến thấu kính (d)	Đặc điểm của ảnh
Vật ở rất xa thấu kính	thật	ngược chiều	nhỏ hơn vật
d > 2f	thật	ngược chiều	nhỏ hơn vật
d = 2f	thật	ngược chiều	bằng vật
f < d < 2f	thật	ngược chiều	lớn hơn vật
d < f	ảo	cùng chiều	lớn hơn vật
d = f			ảnh ở vô cực

Chú ý:

+ Ảnh ảo không hiện được trên màn nhưng có thể nhìn thấy bằng mắt khi mắt đặt sau thấu kính để nhận chùm tia ló.

+ Ảnh thật có thể hiện rõ trên màn hoặc được nhìn thấy bằng mắt khi mắt đặt sau điểm hội tụ của chùm tia ló.

2. Công thức – đơn vị đo

Công thức xác định vị trí ảnh ảo tạo bởi thấu kính hội tụ:

$\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d\text{'}}=>d\text{'}=\frac{d.f}{d-f}$

Trong đó:

+ f là tiêu cự của thấu kính, có đơn vị mét, với thấu kính hội tụ f > 0;

+ d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, có đơn vị mét, vì vật thật nên d > 0;

+ d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, có đơn vị mét, vì ảnh ảo nên d’< 0.

Công thức xác định chiều cao ảnh

$\mathrm{k}=\frac{\overline{A\text{'}B\text{'}}}{\overline{AB}}=-\frac{d\text{'}}{d}=>\overline{A\text{'}B\text{'}}=k.\overline{AB}$

Trong đó:

+ k là số phóng đại ảnh, ảnh ảo nênk > 0 (ảnh cùng chiều với vật);

+ $\overline{\mathrm{A}\text{'}B\text{'}}$là chiều cao ảnh, có đơn vị mét;

+ $\overline{\mathrm{A}B}$là chiều cao vật, có đơn vị mét;

+ d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, có đơn vị mét, vì vật thật nên d > 0;

+ d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, có đơn vị mét, vì ảnh ảo nên d’ <0.

3. Mở rộng    

Từ công thức xác định vị trí ảnh ta có thể xác định số phóng đại ảnh như sau:

$\mathrm{k}=\frac{\overline{A\text{'}B\text{'}}}{\overline{AB}}=-\frac{d\text{'}}{d}=-\frac{\frac{d.f}{d-f}}{d}=\frac{f}{f-d}$

Khi biết vị trí ảnh và tiêu cự, ta có thể xác định vị trí vật như sau:

$\mathrm{d}=\frac{d\text{'}.f}{d\text{'}-f}$

Khi biết vị trí vật và ảnh, ta có thể xác định tiêu cự như sau

$\mathrm{f}=\frac{d.d\text{'}}{d+d\text{'}}$

Trong đó:

+ k là số phóng đại ảnh, ảnh ảo nên k > 0 (ảnh cùng chiều với vật);

+ $\overline{\mathrm{A}\text{'}B\text{'}}$là chiều cao ảnh, có đơn vị mét;

+ $\overline{\mathrm{A}B}$là chiều cao vật, có đơn vị mét;

+ d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, có đơn vị mét, vì vật thật nên d > 0;

+ d’ là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, có đơn vị mét, vì ảnh ảo nên d’ < 0.

+ f là tiêu cự của thấu kính, có đơn vị mét, với thấu kính hội tụ f > 0;

4. Bài tập ví dụ

Bài 1: Đặt vật sáng AB cao 2 cm trước một thấu kính hội tụ có tiêu cựf = 10 cm và cách thấu kính 5 cm. Tính chiều cao và vị trí ảnh.

Bài giải:

Vì vật thật nên d > 0, thấu kính hội tụ có f >0.

Áp dụng công thức tính vị trí ảnh:

$\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d\text{'}}=>\mathrm{d}\text{'}=\frac{d.f}{d-f}=\frac{5.10}{5-10}=-10\left(cm\right)$

Vì d’ < 0 nên đây là ảnh ảo.

Áp dụng công thức số phóng đại ảnh:

$\mathrm{k}=\frac{\overline{A\text{'}B\text{'}}}{\overline{AB}}=-\frac{d\text{'}}{d}=\frac{f}{f-d}=>\overline{A\text{'}B\text{'}}=\frac{f}{f-d}.\overline{AB}=\frac{10}{10-5}.2=4\left(cm\right)$

Đáp án: d’ = - 10 cm; A’B’ cao 4 cm

Bài 2:

Bài giải:

Vì vật thật nên d = 20 cm; ảnh ảo nên d’ = - 60 cm

Áp dụng công thức

$\frac{1}{f}=\frac{1}{d}+\frac{1}{d\text{'}}=>f=\frac{d.d\text{'}}{d+d\text{'}}=\frac{20.(-60)}{20+(-60)}=30\left(cm\right)$

Đây là thấu kính hội tụ

Đáp án: f = 30 cm