Thấu kính hội tụ là một loại thấu kính có khả năng tập trung ánh sáng từ một nguồn phát ra thành một điểm trên mặt phẳng ảnh. Thấu kính hội tụ có nhiều ứng dụng trong khoa học, công nghệ và cuộc sống, như kính lúp, kính thiên văn, máy chiếu, máy ảnh, mắt người…
Trong bài viết này, cùng Huanluyenantoanlaodong tìm hiểu về cách dựng ảnh qua thấu kính hội tụ và các kiến thức liên quan, như nguyên lý hoạt động của thấu kính hội tụ, các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và vị trí của ảnh, cách xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ và cách sử dụng công thức dựng ảnh.
Nguyên lý hoạt động của thấu kính hội tụ- Cách Dựng Ảnh Qua Thấu Kính Hội Tụ
Thấu kính hội tụ là một miếng thủy tinh hoặc nhựa có hai mặt cong tròn hoặc một mặt cong tròn và một mặt phẳng. Khi ánh sáng đi qua thấu kính hội tụ, nó sẽ bị khúc xạ theo hai luật sau:
- Luật I: Tia sáng đi qua tâm thấu kính không bị khúc xạ.
- Luật II: Tia sáng đi song song với trục chính của thấu kính sẽ bị khúc xạ qua một điểm gọi là tiêu điểm (hay còn gọi là tiêu điểm chính).
Hình dưới đây minh họa nguyên lý hoạt động của thấu kính hội tụ:
Trong hình trên, ta có các khái niệm sau:
- Trục chính: là đường thẳng đi qua tâm O của thấu kính và vuông góc với hai mặt của thấu kính.
- Tâm thấu kính: là điểm O nằm trên trục chính của thấu kính.
- Tiêu điểm: là điểm F (hay F’) nằm trên trục chính của thấu kính, sao cho tia sáng đi song song với trục chính sẽ bị khúc xạ qua điểm này. Tiêu điểm F nằm về phía bên trái của thấu kính gọi là tiêu điểm vật, còn tiêu điểm F’ nằm về phía bên phải của thấu kính gọi là tiêu điểm ảnh.
- Tiêu cự: là khoảng cách từ tâm thấu kính đến tiêu điểm, ký hiệu là f (hay f’). Tiêu cự của thấu kính hội tụ luôn là một số dương.
Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và vị trí của ảnh
Khi một vật được chiếu sáng bởi một nguồn sáng và đặt trước một thấu kính hội tụ, thì thấu kính sẽ tạo ra một ảnh của vật trên mặt phẳng ảnh. Kích thước và vị trí của ảnh phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Khoảng cách từ vật đến thấu kính, ký hiệu là u. Khoảng cách này được tính từ tâm thấu kính đến vật, theo chiều song song với trục chính. Khoảng cách này luôn là một số âm, vì vật luôn nằm về phía bên trái của thấu kính.
- Khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, ký hiệu là v. Khoảng cách này được tính từ tâm thấu kính đến ảnh, theo chiều song song với trục chính. Khoảng cách này có thể là một số dương hoặc âm, tùy thuộc vào ảnh nằm về phía bên phải hay bên trái của thấu kính. Nếu ảnh nằm về phía bên phải của thấu kính, tức là ảnh thuộc loại ảnh thật, thì khoảng cách này là một số dương. Nếu ảnh nằm về phía bên trái của thấu kính, tức là ảnh thuộc loại ảnh ảo, thì khoảng cách này là một số âm.
- Chiều cao của vật, ký hiệu là h. Chiều cao này được tính từ trục chính đến điểm cao nhất của vật, theo chiều vuông góc với trục chính. Chiều cao này luôn là một số dương.
- Chiều cao của ảnh, ký hiệu là h’. Chiều cao này được tính từ trục chính đến điểm cao nhất của ảnh, theo chiều vuông góc với trục chính. Chiều cao này có thể là một số dương hoặc âm, tùy thuộc vào ảnh có cùng hay ngược chiều so với vật. Nếu ảnh có cùng chiều so với vật, tức là ảnh thuộc loại ảnh đứng, thì chiều cao này là một số dương. Nếu ảnh có ngược chiều so với vật, tức là ảnh thuộc loại ảnh ngược, thì chiều cao này là một số âm.
Cách xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ
Tiêu cự của thấu kính hội tụ là một đại lượng quan trọng, vì nó quyết định độ lớn và độ sắc nét của ảnh. Có nhiều cách để xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ, nhưng một cách đơn giản và phổ biến là sử dụng phương pháp dựng ảnh của một vật xa. Các bước thực hiện như sau:
- Đặt một vật có hình dạng rõ ràng, như một cây bút hay một que diêm, trước một thấu kính hội tụ. Vật phải xa thấu kính hơn tiêu cự, để tạo ra một ảnh thật.
- Đặt một tờ giấy trắng sau thấu kính, để làm mặt phẳng ảnh. Di chuyển tờ giấy đến khi nào thấy ảnh của vật trên tờ giấy rõ nét nhất.
- Đo khoảng cách từ vật đến thấu kính, gọi là u, và khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, gọi là v. Có thể dùng một thước để đo, hoặc dùng một sợi chỉ để đo rồi sau đó đo lại sợi chỉ bằng thước.
- Áp dụng công thức dựng ảnh:
1/f =u1/u+1/v
để tính được tiêu cự f của thấu kính.
Hình dưới đây minh họa cách xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng phương pháp dựng ảnh của một vật xa:
Cách sử dụng công thức dựng ảnh
Công thức dựng ảnh là công cụ toán học để tính toán các yếu tố liên quan đến ảnh qua thấu kính hội tụ, như tiêu cự, khoảng cách vật, khoảng cách ảnh, chiều cao vật và chiều cao ảnh. Công thức dựng ảnh có dạng như sau:
1/f =u1/u+1/v
Trong đó:
- f là tiêu cự của thấu kính hội tụ, luôn là một số dương.
- u là khoảng cách từ vật đến thấu kính, luôn là một số âm.
- v là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, có thể là một số dương hoặc âm.
Ngoài ra, ta còn có công thức liên hệ giữa chiều cao vật và chiều cao ảnh như sau:
h′/h=v/u
Trong đó:
- h là chiều cao của vật, luôn là một số dương.
- h’ là chiều cao của ảnh, có thể là một số dương hoặc âm.
Để sử dụng công thức dựng ảnh, ta có thể áp dụng các bước sau:
- Xác định các yếu tố đã biết và yếu tố cần tìm. Ví dụ, nếu ta biết tiêu cự và khoảng cách vật, và cần tìm khoảng cách ảnh, thì ta có f, u và v là ẩn số.
- Thay các giá trị đã biết vào công thức dựng ảnh, và giải phương trình để tìm ẩn số. Ví dụ, nếu f = 10 cm, u = -20 cm và v là ẩn số, thì ta có:
1/10=-1/20+1/v
Giải phương trình, ta được:
v=320cm
- Kiểm tra kết quả có hợp lý không. Ví dụ, nếu v là một số dương, thì ảnh là ảnh thật, nếu v là một số âm, thì ảnh là ảnh ảo. Nếu h’ là một số dương, thì ảnh là ảnh đứng, nếu h’ là một số âm, thì ảnh là ảnh ngược.
Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về cách dựng ảnh qua thấu kính hội tụ và các kiến thức liên quan, như nguyên lý hoạt động của thấu kính hội tụ, các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và vị trí của ảnh, cách xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ và cách sử dụng công thức dựng ảnh.
Huanluyenantoanlaodong hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có được những kiến thức bổ ích và thú vị về thấu kính hội tụ và áp dụng vào thực tế. Cám ơn bạn đã đọc bài viết của tôi. Chúc bạn một ngày tốt lành!
