Sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính SVIP

I. Thấu kính

1. Các loại thấu kính

Thấu kính là một khối đồng chất trong suốt (thủy tinh, nhựa,...) giới hạn bởi hai mặt cong hoặc một mặt cong và một mặt phẳng.

Phân loại

Dựa trên hình dạng, ta có thể phân thành hai loại: thấu kính rìa mỏng (có phần rìa thấu kính mỏng hơn phần giữa) và thấu kính rìa dày (có phần rìa thấu kính dày hơn phần giữa).

Đường truyền tia sáng qua thấu kính

Trong không khí:

• Khi chiếu chùm sáng song song qua thấu kính rìa mỏng ta thu được chùm tia ló hội tụ. Do đó, thấu kính rìa mỏng là thấu kính hội tụ.
• Khi chiếu chùm sáng song song qua thấu kính phân kì rìa dày ta thu được chùm tia ló phân kì. Do đó, thấu kính rìa dày là thấu kính phân kì.

2. Nguyên lí hoạt động của thấu kính

Sự truyền ánh sáng qua thấu kính hội tụ

Hình dung thấu kính được tạo thành bởi các lăng kính nhỏ ghép liền nhau, ở giữa là một khối trong suốt có hai mặt song song. Các lăng kính có đáy hướng về trục chính. Do các tia sáng qua lăng kính bị lệch về phía đáy, còn tia sáng chính giữa vuông góc với hai mặt của khối trong suốt nên truyền thẳng, vì vậy chùm sáng song song qua thấu kính hội tụ trở thành chùm sáng hội tụ.

Lưu ý: Khi giải thích đường truyền ánh sáng qua thấu kính, ta không xem xét tác dụng tán sắc ánh sáng của các lăng kính trong mô hình thấu kính được tạo thành bởi các lăng kính ghép liền nhau này.

Sự truyền ánh sáng qua thấu kính phân kì

Hãy hình dung thấu kình phân kì được tạo thành bởi các lăng kính nhỏ ghép liền nhau, ở giữa là một khối trong suốt có hai mặt song song. Các lăng kính có đáy hướng ra xa trục chính. Do các tia sáng qua lăng kính bị lệch về phía đáy, còn tia sáng chính giữa vuông góc với hai mặt của khối trong suốt nên truyền thẳng. Vì vậy, chùm sáng song song qua thấu kính phân kì trở thành chùm sáng phân kì và khi kéo dài các tia ló, chúng sẽ giao nhau tại tiêu điểm.

3. Trục chính và quang tâm của thấu kính

Từ hình vẽ, thấu kính có:

• Quang tâm: Có một điểm O của thấu kính mà mọi tia sáng tới O đều truyền thẳng qua thấu kính. Điểm O gọi là quang tâm của thấu kính.
• Trục chính: Đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với tiết diện thẳng của thấu kính gọi là trục chính của thấu kính.

II. Sự khúc xạ của một số tia sáng qua thấu kính

• Tiêu điểm chính: Một chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính cho chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính (đối với thấu kính hội tụ); hoặc đường kéo dài của chùm tia ló hội tụ tại một điểm F nằm trên trục chính (đối với thấu kính phân kì). Điểm F gọi là tiêu điểm chính của thấu kính.
• Tiêu cự: Khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm chính F của thấu kính, OF = f gọi là tiêu cự của thấu kính.

Đối với thấu kính hội tụ

• Tia sáng tới quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.
• Tia sáng song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm chính.

Đối với thấu kính phân kì

• Tia sáng tới quang tâm cho tia ló tiếp tục truyền thẳng.
• Tia sáng song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm chính.

1. Thấu kính có phần rìa mỏng hơn phần giữa khi đặt trong không khí là thấu kính hội tụ. Thấu kính này có tác dụng làm hội tụ chùm tia sáng tới song song.

2. Thấu kính có phần rìa dày hơn phần giữa khi đặt trong không khí là thấu kính phân kì. Thấu kính này có tác dụng làm phân kì chùm sáng tới song song.

3. Quang tâm là một điểm nằm trên trục chính ở trong thấu kính sao cho các tia sáng đi qua đó đều truyền thẳng.

4. Tiêu điểm chính là điểm cắt nhau (hoặc đường kéo dài cắt nhau) của chùm tia ló ứng với chùm tia tới song song với trục chính của thấu kính.

5. Tiêu cự là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm chính của thấu kính.

6. Tia tới đi qua quang tâm của thấu kính thì truyền thẳng. Tia tới song song với trục chính của thấu kính thì tia ló (hoặc đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm chính của thấu kính.