Giáo án giảng dạy bộ môn Vật lý 11 - Trường THPT Mạc Đĩnh Chi - Bài 06, 07: Thấu kính mỏng

Tieâu dieän phuï  Tiêu diện vật : Mặt phẳng vuông góc với trục chính taïi tieâu ñieåm vaät F  Tiêu diện ảnh : Mặt phẳng vuông góc với trục chính taïi tieâu ñieåm aûnh chính F’  Tieâu [r]

Tiết :

Bài 06 - 07

THẤU KÍNH MỎNG

I MỤC TIÊU :

 Cần nắm vững các điểm sau

 Cấu tạo của thấu kính

 Phân loại thấu kính : Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì.

 Các yếu tố của thấu kính (đường kính khẩu độ, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm, tiêu cự, tiêu điểm, độ tụ).

 Điều kiện cho ảnh rõ của thấu kính.

 Phân biệt được sự khác nhau về tiêu điểm, tiêu diện, tiêu cự của hai loại thấu kính.

 Nắm được đường đi của tia sáng qua hai loại thu kính (đối với các tia dặc biệt cũng như với các tia bất kì) và sự tạo ảnh của một vật cho bởi thấu kính.

 Hiểu về quang sai : cầu sai – sự biến dạng của ảnh.

 Biết cách vẽ đường đi của tia sáng qua hia loại thấu kính.

 Biết xác định ảnh của một vật bằng cách vẽ các tia sáng.

 Biết vận dụng các công thức trên để xác định vị trí của vật(hay ảnh), tính độ phóng đại của ảnh và độ tụ của thấu kính.

 Nhận ra các điểm giống nhau và các điểm khác nhau khi vẽ đường đi của tia sáng qua hia loại thấu kính.

II PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề …

III THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC :

- Một kính lúp ; Một hoặc hai con tem

- Ba thấu kính hội tụ (hai mặt lồi , mặt lồi – mặt lõm , mặt lồi – mặt phẳng )

- Ba thấu kính phân kì (hai mặt lõm , mặt lõm – mặt lồi, mặt lõm – mặt phẳng )

IV TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY 

Phần làm việc của Giáo Viên Phân phối

Kiểm tra bài

cũ và kiến

thức cũ liên

quan với bài

mới (5’)

1 CÂ1U Tạo , đường đi củatia sáng qua lăng kính

2 Công thức của lăng kính

3 Biến thiên góc lệch theo góc

4 Trả lời câu hỏi ,làm bài tập 1,2,3,4,5trang 33 SGK

Kiểm tra và đánh giá

2 Nghiên

cứu bài mới

I Định nghĩa

1 Định nghĩa Thấu kính là một khối trong suốt, được

giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt phẳng và một mặt cầu

2 Phân loại :

 Thấu kính mép mỏng gọi là thấu kính hội tụ

 Thấu kính mép dày gọi là thấu kính phân kì

Cho HS xem một kính lúp hỏi HS công dụng của kính lúp Cho HS biết kính lúp cũng là một loại kính hội tụ

Yêu cầu quan sát hình dạng của thấu kính này HS đưa ra một ĐN cho thấu kính Sửa lại hoặc bổ sung các ĐN của HS Giới thiệu mô hình ,nêu định nghĩa một cách tổng quát

Cho HS quan sát từng loại thấu kính và đề nghị nhận xét những điểm giống nhau và khác nhau giữa các loại thấu kính Gợi ý cho HS đưa ra cách phân loại thấu kính

Đưa ra cách phân loại và Định nghĩa các yếu tố của thấu kính giải thích tại sao lấy bán kính mặt phẳng là vô cực

Giải thích cho học sinh tại sao thấu kính mép mỏng được gọi là thấu kính hội tụ, tại

Quan sát và trả lời

Nhóm hội ý và đưa ra định nghĩa

Ghi nhớ Quan sát và ghi nhớ

Nhóm quan sát ,thảo luận và cho ý kiến

Thống nhất chọn ý kiến chung

Ghi nhớ

3 Định nghĩa các yếu tố của thấu kính

- R1, R2 : Bán kính các mặt cầu (mặt phẳng được coi là

có bán kính vô cực)

- C1C2 : Trục chính , là đường thẳng nối các tâm của

hai mặt cầu (hoặc đi qua tâm của mặt câu và vuông góc

với mặt phẳng)

- : Quang tâm thấu kính (O là điểm mà trục chính cắt

thấu kính)

- : Trục phụ Đường thẳng bất kì đi qua quang tâm O

- được gọi là đường kính mở hay đường kính khẩu độ

- Ta chỉ xét các thấu kính mỏng và trong không khí

4 Tính chất của quang tâm

Một tia sáng bất kì qua quang tâm thì truyền thẳng.

5 Điều kiện để cóảnh rõ nét điều kiện tương điểm

Các tia sáng tới thấu kính phải lập một góc nhỏ với trục

chính Trong điều kiện này ứng với một điểm vật chỉ có

một điểm ảnh rõ nét

Nêu tính chất của quang tâm và điều kiện để có ảnh rõ nét

Chú ý : đây là điều kiện quan trọng

Để có điều kiện này ta có thể làcách nào ?

GV : Bằng một tấm bìa chắn sáng, trên đó có đục một lỗ thủng tròn, được đặt trước thấu kính

Trong trường hợp này, đường kính khẩu độ

bằng đường kính lỗ tròn Nghĩa là

 Thu nhỏ đường kính khẩu độ của thấu kính (Cáh này cũng dùng cho gương cầu )

Ghi nhớ

HS : ta có thể giới hạn chùm tia tới thấu kính

Cá nhân suy nghỉ vàghi nhớ

II. Tiêu điểm.Tiêu diện.Tiêu cự

1 Tiêu điểm ảnh chính

- Thí nghiệm : Dùng thí nghiệm để xác định tiêu điểm

ảnh chính

- Tiêu điểm ảnh chính : Vị trí của điểm sáng trên truc

chính khi chùm tia tới song song ới trục chính Giao điểm

của các tia ló (hay đường kéo dài của các tia ló ) khi

chùm tia tới song song ới trục chính Kí hiệu : F’

- Vị trí tiêu điểm ảnh chính

 Thấu kính hội tụ : Nằm phía tia ló

 Thấu kính phân kì : Nằm phía tia tới

Tiêu điểm ảnh chính

Thí nghiệm

GV : Tiến hành thí nghiệm Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính tới một thấu kính hội tụ (cách đơn giản nhất là dùng thấu kính này để hứng chùm sáng song song từ mặt trời)

Dùng một màn E để hứng chùm sáng ló Hãy nhận xét hình ảnh trên màn

GV: Hãy nhận xét hình ảnh trên màn khi tiếp tục cho di chuyển màn E

GV: Vị trí điểm sáng này được gọi là tiêu điểm ảnh chính F’, thường gọi tắt là tiêu điểm ảnh

Làm thí nghiệm với thấu kính phân kì Với thấu kính phân kì, tiêu điểm ảnh F’

nằm phía tia tới

Quan sát và nhận xét

HS :Ta được một vệt sáng hiện trên màn E

HS : Có một vị trí đặt biệt lúc này vệt sáng nhỏ và sáng nhất

Ghi nhớ Quan sát và nhận xét Không có điểm sáng trên

màn E

2 Tiêu điểm vật chính

- Thí nghiệm : Dùng thí nghiệm để xác định tiêu điểm

vậït chính

- Tiêu điểm vật chính (tiêu điểm vật) : Vị trí của

nguồn sáng điểm để có chùm sáng ló song song với trục

chính Giao điểm của các tia tới (hay đường kéo dài của

các tia tới) khi chùm tia ló song song ới trục chính Vị

trí tiêu điểm vật chính

 Thấu kính hội tụ : Nằm phía tia tới

Tiêu điểm vật chính

Thí nghiệm

GV : Đặt một nguồn sáng điểm trên trục ch1nh của một thấu kính hội tụ và hứng chùm sáng ló trên một màn ảnh E Các

em hãy di chuyển nguồn sáng điểm này dọc theo trục chính và tìm xem có vị trí nào vệt sáng tròn trên màn E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính không ?

GV : Muốn có hình ảnh đó thì chùm sáng ló phải như thế nào ?

GV : Ta có thể kiểm tra lại điều này bằng cách đi chuyển màn E ra xa hay lại gần thấu kính, ta sẽ thấy kích thước của vệt sáng trên màn E không đổi.Vị trí của nguồn sáng điểm để có chùm sáng ló song song với trục chính như trên được gọi là tiêu điểm vật chính, hay gọi tắt là tiêu điểm vật của thấu kính, được kí hiệu là F

GV : Tiến hành với thấu kính phân kì , khi chiếu tới thấu kính một chùm tia hội tụ , cho HS di chuyển thấu kính đến khi tìm được vị trí vệt sáng tròn trên màn E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính

GV : Đó chính là tiêu điểm vật ch1nh hay gọi tắt là tiêu điểm vật của thấu kính phân

kì

Thực hiện thí nghiệm quan sát

Ta thấy xuất hiện một vị trí vệt sáng tròn trên màn

E có đường kính bằng đường kính khẩu độ của thấu kính

HS :Khi đó chùm sáng ló là chùm song song

Ï

Quan sát và ghi nhớ

HS : Ta tìm được một vị trí F trên trục chính của điểm hội tụ để chùm tia

lo ra khỏi thấu kính chũng là thủm tia song song với trục chính Điểm F nằm cùng phia với chùm tia ló

 Thấu kính phân kì : Nằm phía tia ló.

 Tiêu điểm F và F’ đối xứng với nhau qua quang tâm.

3) Tiêu diện Tiêu diện phụ

 Tiêu diện vật : Mặt phẳng vuông góc với trục chính

tại tiêu điểm vật F

 Tiêu diện ảnh : Mặt phẳng vuông góc với trục chính

tại tiêu điểm ảnh chính F’

 Tiêu điểm vật phụ : Điểm cắt của một trục phụ bất

kì với tiêu diện vật

 Tiêu điểm ảnh phụ.: Điểm cắt của một trục phụ bất

kì với tiêu diện ảnh

 Chiếu một chùm tia song song với một trục phụ  thì

các tia ló sẽ cắt nhau tại điểm F’1 ( Tiêu điểm ảnh

phu)ï

 Nếu đặt một nguồn sáng điểm (hay một điểm sáng

ảo ứng với tại một tiêu điểm phụ F’1 thì chùm tia

sáng ló ra khỏi thấu kính là một chùm tia song song

với trục phụ ï

Chú ý : Các định nghĩa về F vàF’ áp dụng cho cả hai loại thấu kính hội tụ lận phân kì

Tiêu diện Tiêu diện phụ

GV : Minh hoạt bằng hình vẽ Giới thiệu tên gọi các thành phần đặc biệt của thấu kính

Quan sát và ghi nhớ

III Tiêu cự

1 Định nghĩa : Tiêu cự là độ dài đại số ,được kí hiệu f,

có trị số tuyệt đối bằng khoảng cách từ các tiêu điểm tới

quang tâm thấu kính

2 Công thức : |f| = OF = OF’ (6.1)

3 Quy ước :

 f > 0 với thấu kính hội tụ

 f <0 với thấu kính phân kì

* Tiêu cự

Thông báo

GV : Nêu định nghĩa , công thức

Chú ý : Qui ước dấu

Ghi nhớ

Đường đi của tia sáng qua thấu kính

1 Các tia đặc biệt

 Tia tới song song với trục chính, tia ló tương ứng

(hoặc đường kéo dài) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’

 Tia tới (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm vật chính

F, tia ló tương ứng song song với trục chính

 Tia tới qua tâm O thì đi thẳng

Cách vẽ tia ló ứng với một tia tới bất kì

Xét một tia tới bất kì SI, ta có thể vẽ tia ló tương ứng

theo các cách sau:

a Cách 1:

- Vẽ trục phụ song song với tia tới SI

- Vẽ tiêu diện ảnh, cắt trục phụ nói trên tại một tiêu

diện phụ là F’1

- Từ I vẽ tia ló đi qua F’1

HS trả lới câu hỏi H1

b Cách 2:

- Vẽ tiêu diện vật, cắt tia tới SI tại một tiêu điểm vật

phụ là F1

- Vẽ trục phụ đi qua F1

- Vẽ tia ló song song với trục trên

IV Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng

1 Xác định ảnh bằng cách vẽ đường đi của tia sáng

Xét một vật nhỏ, phẳng AB được đặt vuông góc với trục

chính Giả sử A ở trên trục chính

- Trước hết, xác định ảnh B’

- Để xác định ảnh B’, từ B vẽ đường đi tia sáng của hai

trong các tia đặc biệt Aûnh B’ là giao điểm của các tia ló

Từ B’ hạ đường thẳng góc xuống trục chính, ta được ta

được ảnh A’B’ của vật AB

2 Aûnh của một vật qua thấu kính hội tụ

 Khi vật A1B1 ngoài tiêu điểm, ảnh A’1B’1 là ảnh thật

ngược chiều

 Khi vật A2B2 ở trong tiêu điểm, ảnh A’2B’2 là ảnh ảo,

cùng chiều

 Khi vật ở tiêu điểm, ảnh ở vô cực

Ghi nhớ

V Độ tụ

1 Định nghĩa

Độ tụ là một đại lượng dùng để xác định khả năng làm

hội tụ chùm tia nhiều hay ít

2 Công thức :

f

1

3 Đơn vị : điôp (với tiêu cự f tính ra met)

4 Qui ước dấu :

 Với thấu kính hội tụ, D > 0

 Với thấu kính phân kì, D < 0

Công thức tính độ tụ của thấu kính

 Công thức

         

2

1 R

1 R

1 ) 1 n ( f

1 D

Trong đó,

 n : chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với

môi trường xung quanh thấu kính

 R1, R2 : Bán kính của các mặt thấu kính,

 Quy ước :

 R1, R2 > 0 với các mặt lồi,

Thông tin Nhấn mạnh ý nghĩa Chu ùý:

- Qui ước về dấu

- Mối tương quan giữa hai đa lượng f vàĐ

- n là chiết suất tuyệt đối của thấu kính ,

nếu thấu kính nằm trong môitrươg không

phải là không khí thì n là chiết suất tỉ đối

của thấu kính với môi trươg ngoài

Ghi nhớ

 R1, R2 < 0 với các mặt lõm,

 R 1 (hay R 2 ) =  với mặt phẳng.

 Ýù nghĩa :

 Độ tụ D càng lớn khả năng hội tụ chùm tia sáng đi

qua thấu kính càng mạnh

Thấu kính phân kì có độ tụ âm

VI.Công thức thấu kính

Để thành lập công thức liên hệ giữa các vị trí của vật và

ảnh, ta xét trường hợp vật thật, ảnh thật như trên

Xét các tam giác đồng dạng BIJ và FOJ, ta có :

IB

OF IJ

OJ 

Xét các tam giác đồng dạng B’IJ và F’OJ, ta có :

' JB

' OF JI

OI 

cộng hai phương trình vế với vế, ta được:

JB

' OF IB

OF JI

OI OJ







Để lập công thức liên hệ giữa các độ lớn của ảnh và vật

ta chia vế với vế hai phương trình đầu tiên ở trên, ta

được :

Mà OJ + OI = JI, suy ra :

' OF

1 ' OA 1 ' OF

1 ' OA

1 OA 1

' JB

1 IB

1 ' OF hay ' JB

' OF IB

OF 1



























OA

1 hay

1

OA

' OA AB

' B ' A IB

' JB OI OJ



 ra suy

Để tổng quát hoá các công thức trên, ta thay các khoảng

cách hình học bằng các trị đại số với quy ước như sau :

OA  d ; OA’  d’ ; OF  f

d > 0 với vật thật,

d’ > 0 với ảnh thật,

f > 0 với thấu kính hội tụ

f < 0 với thấu kính phân kì

d < 0 với vật ảo

d’ < 0 với ảnh ảo

Ta được các công thức tổng quát sau, áp dụng cho mọi

trường hợp, cho cả hai loại thấu kính hội tụ và phân kì

f

1 ' d

1 d

1





Độ phóng đại được định nghĩa là :

AB

' B ' A

ta có

d

' d

k  

Chú ý :

 Nếu ảnh và vật cùng chiều, k > 0

Nếu ảnh và vật ngược chiều, k < 0

Làm bài tập áp dụng và so sánh kết quả với cách vẽ

HS hợp tác

VII Quang sai

a Cầu sai

Cầu sai xảy ra là do chùm tia tới thấu kính không thỏa

mãn điều kiện tương điểm

Xét một chùm tia rông, từ một nguồn điểm S, tới một

thấu kính hội tụ Các tia gần trục, sau khi qua thấu kính

sẽ hội tụ tại một điểm S’, các tiaở mép của chùm tia sẽ

hội tụ tại điểm S’’ gần quang tâm hơn (hình 6.24) Các

tiaở khoảng giữa hội tụ tại các điểm nằm trong khoảng

S’S’’ Như vậy chùm tia ló, ứng với chùm tia tới xuất

phát từ một điểm S, không cắt nhau tại cùng một điểm

ảnh, nên ảnh sẽ không rõ nét

Nếu hứng ảnh của S lên một màn E, ta được một hình

tròn sáng, kích thước của hình tròn sáng này nhỏ nhất tại

K

Với thấu kính phân kì, các tia sáng đi gần mép thấu kính

bị phân kì mạnh hơn, cho ảnh tại S’’, sác tiađi gần trục

cho ảnh tại S’ Ta được nhiều điểm ảnh ở trên một đoạn

sáng có chiều dài S’S’’

b Sự biến dạïng của ảnh

Là hiện tượng quang sai do độ phóng đại sủa thấu kính

không điều nhau đối với các tia sáng đi gần trục hay xa

trục của thấu kính

Cho thêm vài thí dụ

VIII Uùng dụng của thấu kính

máy ảnh, óng nhòm kính lúp (để quan sát các vật nhỏ), kính hiển vi (để quan sát các vi thể), kính thiên văn (để quan sát các thiên thể),kính tụ quang trong các đèn chiếu, dụng cụ đo quang học… nhằm biến chùm tia sáng phân kì thành chùm song song

3 Củng cố

bài giảng

Dặn dò của

học sinh

(5’)

Yêu cầu nhắc lại :

Nhấn mạnh các nội dung quan trọng Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK Chuẩn bị bài mới” Kính lúp “

  