Vật lý 11 bài 30: Bài tập về Hệ thấu kính đồng trục ghép sát, Công thức tính và Cách giải. những dụng cụ quang đều có cấu tạo phức tạp gồm nhiều phòng ban như thấu kính, gương,…ghép với nhau tạo thành một hệ quang học. Hệ thấu kính có thể ghép đồng trục sát nhau hoặc ghép cách nhau,…

Việc khắc phục bài toán hệ quang học bao gồm 2 bước đó là: tìm hiểu quá trình tạo ảnh và biểu thị bằng một sơ đồ; vận dụng những công thức liên quan cho mỗi khâu của sơ đồ để giải bài toán. Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết phương pháp giải hệ thấu kính ghép sát đồng trục, công thức tính và giải một số bài tập ví dụ.

Bạn đang xem bài: Vật lý 11 bài 30: Bài tập về Hệ thấu kính đồng trục ghép sát, Công thức tính và Cách giải

I. Lập sơ đồ tạo ảnh

1. Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách nhau

– Xét hệ quang học đồng trục gồm hai thấu kính L₁ và L₂ như hình sau:

– Toàn bộ quá trình tạo ảnh được tóm tắt bởi sơ đồ:

2. Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát nhau

– Với hệ này, ta sử dụng thấu kính tương đương để giải.

– Công thức hệ thấu kính đồng trục ghép sát nhau:

 hay 

– Độ tụ của hệ hai thấu kính mỏng đồng trục ghép sát nhau bằng tổng đại số những độ tụ của từng thấu kính ghép thành hệ.

II. Thực hiện tính toán bài toán hệ thấu kính

• Nội dung khảo sát một hệ quang học thường có hai yêu cầu chính:

– Xác định những đặc điểm của ảnh sau rốt.

– Xác định những đặc điểm cấu tạo của hệ.

• Gọi  là khoảng cách từ thấu kính  tới thấu kính 

– Khoảng cách từ ảnh  tới thấu kính 

– Khoảng cách từ  (xem như là vật) tới thấu kính 

– Khoảng cách từ ảnh  tới thấu kính 

– Số phóng đại ảnh sau rốt: 

III. những bài tập ví dụ về hệ thấu kính đồng trục

* Bài tập 1: Cho thấu kính hội tụ L₂ có tiêu cự f₂ = 24 cm và vật AB đặt trên trục chính cách thấu kính một đoạn không đổi a = 44 cm. Thấu kính phân kì L₁ có tiêu cự f₁ = -15 cm được đặt giữa vật AB và L₂, cách L₂ khoảng l sao cho hai trục chính trùng nhau.

Xác định vị trí và số phóng đại k của ảnh sau rốt A₂‘B₂‘ trường hợp l = 34 cm.

° Hướng dẫn giải

– Sơ đồ tạo ảnh:

– Theo bài ra, khoảng cách từ vật tới thấu kính phân kỳ L₁ là:

, nên ta có:

 

– Vậy ảnh A₂‘B₂‘ thật, cách L₂ 60 cm, và ta có:

– tương tự, ảnh ngược chiều với vật và có độ lớn bằng 9/10 vật.

* Bài tập 2: Một thấu kính mỏng phẳng lõm bằng thuỷ tinh, có tiêu cự f₁ =- 20cm. Thấu kính được đặt sao cho trục chính thẳng đứng, mặt lõm hướng lên trên.

Một điểm sáng S nằm trên trục chính và cách thấu kính một đoạn d như hình sau:

a) Ảnh S’ của S tạo bởi thấu kính cách thấu kính 12cm. Tính d.

b) Giữ S và thấu kính cố định. Đổ một chất lỏng trong suốt vào mặt lõm. Bây giờ ảnh S’ của S là ảnh ảo và cách thấu kính 20cm. Tính tiêu cự f₂ của thấu kính chất lỏng phẳng lồi.

° Hướng dẫn giải

a) Tính d

– Theo bài ra, S có ảnh ảo tạo bởi thấu kính phân kỳ: 

– do vậy: 

b) Tính tiêu cự f₂

– Hệ gồm thấu kính chất lỏng và thấu kính thuỷ tinh ghép đồng trục sát nhau. Thấu kính tương đương có tiêu cự f.

– Đối với thấu kính tương đương: d’=-20cm, nên:

– Từ đó, suy ra: 

IV. Bài tập về hệ thấu kính đồng trục ghép sát nhau, cách nhau.

* Bài 1 trang 195 SGK Vật Lý 11: Một học sinh sắp đặt thử nghiệm theo sơ đồ hình 30.5. Thấu kính phân kỳ L1 có tiêu cự là f₁ = -10cm Khoảng cách từ ảnh S’₁ tạo bởi L1 tới màn có trị giá nào?

A.60cm

B.80cm

C.Một trị giá khác A,B

D.Không xác định được, vì không có vật nên L₁ không tạo được ảnh.

° Lời giải bài 1 trang 195 SGK Vật Lý 11:

• chọn lựa đáp án: B. 80cm

– Từ hình 30.5, chùm tia tới là chùm song song:

⇒ d = ∞ ⇒ d’= f₁ = -10cm < 0

– Nên S’₁ là ảnh ảo nằm tại tiêu điểm ảnh F’, tức là trước thấu kính và cách thấu kính 10cm.

– Khoảng cách từ ảnh S’₁ tạo bởi L₁ tới màn bằng:

S₁H = S₁O + OH = |d’| + l = 10 + 70 = 80cm

* Bài 2 trang 195 SGK Vật Lý 11: Tiếp theo những giả thiết cho ở bài tập 1.

Đặt giữa L₁ và H một thấu kính tụ hội L₂. Khi xê dịch L₂ học sinh này nhận thấy chỉ có một vị trí duy nhất của L₂ tạo được điểm sáng tại H. Tiêu cự của (L₂) là bao nhiêu?

A.10cm     B.15cm.     C.20cm.     D.Một trị giá khác A,B,C.

° Lời giải bài 2 trang 195 SGK Vật Lý 11:

• chọn lựa đáp án: C. 20cm.

– Gọi khoảng cách giữa 2 thấu kính là 

– Sơ đồ tạo ảnh qua hệ thấu kính:

– Ta có: 

– Điều kiện để chỉ có một vị trí duy nhất của L₂ tạo được điểm sáng tại H là:

– Mà A₁H = A₁O₁ + O₁H = 10 + 70 = 80cm (cách tính ở bài 1 trên)

– Ta suy ra: 

– Tiêu cự của thấu kính L₂ là:

* Bài 3 trang 195 SGK Vật Lý 11: Hai thấu kính, một tụ hội (f₁=20cm), một phân kỳ (f₂=-10cm), có cùng trục chính. Khoảng cách hai quang tâm là l=30cm. Vật AB vuông góc với trục chính được đặt bên trái (L₁ ) và cách (L₁ ) một đoạn d₁.

a) Cho d₁=20cm, hãy xác định vị trí và tính số phóng đại ảnh cuối cùng cho bởi hệ hai thấu kính. Vẽ ảnh.

b) Tính d₁ để ảnh sau rốt là ảnh ảo và bằng hai lần vật.

° Lời giải bài 3 trang 195 SGK Vật Lý 11:

– Sơ đồ tạo ảnh qua hệ thấu kính:

a) d₁=20cm;

– Ta có: 

– Số phóng đại ảnh: 

b) Tính d₁;

– Ta có: 

– Ta suy ra điều kiện của d₁ là:

 hoặc 

– Giải hệ trên ta được: 

– Theo bài ra, ta có hệ số phóng đại:

– Giải phương trình trên ta được d₁ = 35cm (thỏa) hoặc d₁ = 45cm (loại)

– Kết luận: d₁=35cm thì ảnh sau rốt là ảnh ảo và bằng 2 lần vật.

Đáp số: a) d’₂ = -10cm; k = 0,5; b) d₁ = 35cm.

* Bài 4 trang 195 SGK Vật Lý 11:  Một hệ bao gồm hai thấu kính (L₁ )và (L₂) đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của (L₁) trùng với tiểu điểm chính của (L₂). Chiếu một chùm tia sáng song song tới (L₁) theo bất kì.

a) Chứng minh chùm tia ló ra khỏi (L₂) cũng là chùm tia ló song song.

b) Vẽ đường đi của chùm tia sáng ứng với những trườn hợp:

– (L₁) và (L₂) đều là thấu kính tụ hội.

– (L₁) là thấu kính tụ hội; (L₂) là thấu kính phân kì.

– (L₁) là thấu kính phân kì; (L₂) là thấu kính tụ hội.

° Lời giải bài 4 trang 195 SGK Vật Lý 11:

a) Sơ đồ tạo ảnh của hệ hai thấu kính đồng trục:

– Hệ gồm hai thấu kính L₁ và L₂ đồng trục có tiêu điểm ảnh chính của (L₁) trùng với tiêu điểm vật chính của L₂ ⇒ 

– Chùm tia sáng tới song song: d₁ = ∞ ⇒ d’₁ = f₁ ⇒ d₂ = a – d’₁ = f₂ ⇒ d’₂ = ∞

⇒ chùm tia ló ra khỏi (L₂) cũng là chùm tia song song.

b) Vẽ đường đi của chùm tia sáng ứng với những trường hợp:

¤ Trường hợp (L₁) và (L₂) đều là thấu kính tụ hội:

¤ Trường hợp (L₁) là thấu kính tụ hội còn (L₂) là thấu kính phân kỳ:

¤ Trường hợp (L₁) là thấu kính phân kỳ còn (L₂) là thấu kính tụ hội:

* Bài 5 trang 195 SGK Vật Lý 11: Một thấu kính mỏng phẳng – lồi L₁ có tiêu cự f₁ = 60cm được ghép sát đồng trục với một thấu kính mỏng phẳng – lồi khác L₂ có tiêu cự f₂ = 30cm. Mặt phẳng có hai thấu kính sát nhau.

Thấu kính (L₁) có đường kính rìa gấp đôi đường kính rìa của thấu kính (L₂). Một điểm sáng S nằm trên trục chính của hệ, trước (L₁)

a) Chứng tỏ có hai ảnh của S được tạo bởi hệ.

b) Tìm điều kiện về vị trí của S để hai ảnh đều thật và hai ảnh đều ảo.

° Lời giải bài 5 trang 195 SGK Vật Lý 11:

a) Chứng tỏ có hai ảnh của S được tạo bởi hệ.

– Khi chùm tia sáng từ S tới những điểm tới từ miền vành ngoài của thấu kính L₂ trở ra thì chỉ đi qua thấu kính L₁ và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S₁

– Còn chùm tia sáng từ S tới những điểm tới trong khoảng từ tâm thấu kính tới miền vành trong của thấu kính L₂ thì đi qua cả hai thấu kính L₁ và L₂ và chùm tia ló sẽ tạo ảnh S’₂. tương tự sẽ có hai đồng thời được tạo thành như hình vẽ:.

– Sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính L₁: 

– Sơ đồ tạo ảnh của hệ 2 thấu kính đồng trục:

– Trong đó:  với f₂ = 30cm

– Và: ; 

– Ta thấy 

⇒ Hai hình ảnh S’₁ và S’₂ không trùng nhau.

b) Vì f₁ > f₂ > f₁₂ nên:

– Điều kiện để hai ảnh S’₁ và S’₂ đều thật là: d₁ và d₂ > f₁ = 60cm

– Điều kiện để hai ảnh S’₁ và S’₂ đều ảo: d₁ và d₂ < f₁₂ = 20cm.

Hy vọng với bài viết về Bài tập về Hệ thấu kính đồng trục ghép sát, Công thức tính và Cách giải ở trên sẽ giúp những em hiểu rõ hơn, mọi góp ý và thắc mắc những em hãy để lại bình luận dưới bài viết để được hỗ trợ tư vấn.

Bản quyền bài viết thuộc trường Trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường miền Trung. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận!

Nguồn chia sẻ: Trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường miền Trung (cmm.edu.vn)